L'objectif principal de la présente étude est de développer des encres à base de graphène présentant d'excellentes propriétés de stabilité, électriques et physiques pour l'électronique d'impression en utilisant des techniques de revêtement par pulvérisation et d'impression par jet d'encre. Premièrement, la comparaison des différents types de matériaux similaires au graphène a montré que la mousse de graphène (GF) présentait la plus grande surface spécifique avec une valeur de 2136 m2g-1. Par ailleurs, les nanoplaquettes de graphite (GNPs) et le graphite synthétique (SG) présentaient des structures hautement cristallines avec la présence d'un pic aigu et étroit (002) et de particules de haute qualité avec un rapport ID/IG inférieur. Deuxièmement, les résultats ont montré que la viscosité et l'angle de contact des encres conductrices augmentaient significativement avec l'augmentation des charges de GF, GNPs et SG dans un liant de vernis polyester (PV). L'incorporation de 10 % en volume de PNB a amélioré la conductivité électrique du PV de 186 %, et seulement 40 % pour la SG et 10 % pour le GF avec la même charge de remplissage. Ensuite, il a été constaté que les PNB dispersés dans l'éthylène glycol (EG) présentaient une meilleure stabilité avec une diminution de 85% de la concentration initiale après un mois, une viscosité et une mouillabilité supérieures à celles du propylène glycol (PG) et du 2-propanol (IPA). D'autre part, le GF dispersé dans un solvant mélangé IPA:EG avec un rapport de 1:1 n'a montré qu'une diminution de 50 % par rapport à la concentration initiale après un mois comparant à ceux des encres GNP dans le même rapport de mélange. Dans la dernière partie, l'encre hybride GF/poly(3,4-éthylènedioxythiophène) poly(styrène-sulfonate) (PEDOT:PSS) a montré une meilleure stabilité que l'encre hybride GF et l'encre hybride GF/nanoparticules d’argent (AgNPs) où l'encre a montré 30 % de réduction de concentration après un mois, 100 % d'amélioration en termes de conductivité superficielle à 50 couches imprimées et un facteur de gauge de 4.3. En conclusion, l'encre hybride imprimée GF/PEDOT:PSS a le potentiel d'être utilisée pour les applications de capteurs de contrainte. / The main aim of the present study is to develop graphene-based ink with excellent stability, electrical and physical properties for printing electronics by utilizing spray coating and inkjet printing techniques. Firstly, comparison on the different types of graphene-like materials showed that graphene foam (GF) exhibited the highest surface area with the value of 2136 m2g-1. Meanwhile, graphite nanoplatelets (GNPs) and synthetic graphite (SG) displayed highly crystalline structures with the presence of sharp and narrow (002) peak, and high-quality particles with lower ID/IG ratio. Secondly, results showed that viscosity and contact angle of the conductive inks increased significantly with increasing GF, GNPs and SG filler loadings in a polyester varnish (PV) binder. The incorporation of 10 vol.% GNPs improved the electrical conductivity of PV by 186 %, and only 40 % for SG and 10 % for GF at the same filler loading. Next, it is found that GNPs dispersed in ethylene glycol (EG) exhibited better stability with 85 % decrement of the initial concentration after a month, viscosity and wettability than those of propylene glycol (PG) and 2-propanol (IPA). On the other hand, GF dispersed in IPA:EG mixed solvent at ratio of 1:1 showed only 50 % decrement from the initial concentration after a month compared to those of GNPs inks at the same mixed ratio. In the last part, GF/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) hybrid ink exhibited better stability than GF ink and GF/silver nanoparticles (AgNPs) hybrid ink where the ink showed 30 % decrement from the concentration after a month, 100 % improvement in surface conductivity at 50 printed layers and gauge factor of 4.3. As a conclusion, printed GF/PEDOT:PSS hybrid ink has the potential to be used for strain sensor applications.

Un géoradar (GPR) effectue une détection non destructive d'objets enfouis, ou l'imagerie du sous-sol par transmission d'ondes électromagnétiques et la détection et l'analyse des réflexions. Le principal défi de GPR est la réduction de la portée de détection en raison de l'atténuation du signal grave causée par la conductivité du sous-sol qui devient plus sévère dans les hautes fréquences. Afin d'augmenter la portée de détection, GPR utilise des fréquences plus basses que les radars non-GPR et nécessite donc de plus grandes antennes qui peuvent limiter la portabilité du système. La plupart des systèmes utilisent des radars GPR à impulsion mais le FMCW (onde continue à fréquence modulée) radar peut présenter certains avantages tels que la versatilité de la fréquence, une maintenance réduite du système et une meilleure résolution de gamme. Les fréquences inférieures à 1 GHz ont d'abord été rares en radars de courte portée FMCW mais trouvent maintenant leur chemin de retour dans des systèmes comme ultra-large bande (UWB) pénétrant dans le sol des radars pour la détection des mines et ainsi que d'autres applications. Lorsque les mesures sont effectuées sur des véhicules, de grands appareils d'antenne ne sont pas un problème. La portabilité, cependant, peut devenir un problème dans les études géophysiques ou des travaux d'urgence dans laquelle on peut avoir besoin de transporter le système par des endroits accidentés, inexplorés et / ou dangereux sans accès aux véhicules. Des environnements inaccessibles peuvent nécessiter la manœuvrabilité à travers d’obstacles (montagnes, grottes, lacs, zones rocheuses). D’ailleurs, l’installation rapide du système est critique dans des conditions difficiles telles que les températures extrêmes, où le temps d'exposition est coûteux et le temps de mesure limité. Une solution pour améliorer la portabilité et la capacité de déploiement d'un système GPR est de réaliser un système complet sur un substrat qui est enroulable afin de permettre une transportation facile. L’électronique sur substrat flexible a déjà été utilisée dans des applications militaires et des sports en plein air. Actuellement, il y a quelques technologies disponibles pour réaliser l'électronique flexible qui ont été un thème majeur en recherche, chacune avec différents niveaux d'intégration. La technologie d'impression à jet d'encre offre une méthode efficace, polyvalente et rentable pour la réalisation de dispositifs flexibles. Dans ce travail, un système radar FMCW classique a été conçu et un travail présenté, pour la première fois, d’application de la technologie d'impression à jet d'encre sur un système de radar. Le système est appelé un système de radar monolithique portable dans lequel tous les agents actifs, passifs et l'antenne sont destinés à partager le même substrat enroulable continu. Ainsi, une intégration hybride est utilisée pour étudier la fiabilité et la performance du système complet enroulé autour d’un rayon serré. Plusieurs défis de conception d'un grand système ont été surmontés qui donneront un aperçu de nouveaux modèles au fur et à mesure que le niveau d'intégration à l'aide de la technologie d'impression à jet d'encre continue d’augmenter. / Flexible monolithic ultra-portable ground penetrating radar using inkjet printing technology A Ground Penetrating Radar (GPR) performs nondestructive detection of buried objects, or subsurface imaging by transmitting electromagnetic waves and detecting and analyzing the reflections. The main challenge of GPR is the reduction in detection range due to the severe signal attenuation that is caused by subsurface conductivity that becomes more severe at high frequencies. In order to increase the detection range, GPR uses lower frequencies than non-GPR radars and thus requires larger antennas that may limit system portability. Most GPR systems use impulse radars however the FMCW (frequency modulated continuous wave) radar can provide some advantages such as frequency versatility, reduced system maintenance and improved range resolution. Frequencies below 1 GHz were initially uncommon in short-range FMCW radars but are now finding their way back in systems such as ultra-wideband (UWB) ground penetrating radars for mine detection and as well as other applications. When measurements are performed on vehicles, large antenna fixtures are not a problem. Portability, however, can become an issue in geophysical studies or emergency work in which one may need to transport the system through rugged, unexplored and/or hazardous locations without vehicle access and perform measurements. Inaccessible environments may require climbing up and down, squeezing through, jumping over, crawling under, maneuvering through or swimming through obstacles (mountains, caves, lakes, rocky areas). In addition to transportation, rapid system setup is critical in difficult conditions such as freezing temperatures or extreme heat where exposure time is costly and limits measurement time. One solution to enhance the portability and deployability of a GPR system for wide area rugged measurements is to realize a complete system on a continuous substrate that is rollable around a reasonably small radius and storable in a scroll or poster-like fashion for easy backpack transportation. Electronics that can flex and bend have already used in military applications and for outdoor sporting gear. Currently, there are a few types of technology available to realize flexible electronics that have been a major topic of research, each with different levels of integration. Inkjet printing technology offers a cost effective, versatile and efficient method for realizing flexible devices. In this work a classical FMCW radar system is designed and an effort is made, for the first time, to apply inkjet printing technology to a radar system. The system is referred to as a portable monolithic radar system in which all actives, passives and antenna are meant to share the same continuous rollable substrate. In doing this, a medium level of integration is used to investigate limits of system complexity, resolution and ultra miniaturization for tight rollability. Various design challenges of a large system are overcome that will hopefully give insight to new designs as the integration level using inkjet printing technology increases.