Les polymères ferroélectriques et plus récemment les matériaux électrostrictifs ont attiré l’attention de la communauté scientifique en raison de leur capacité de conversion d’une excitation électrique en une réponse mécanique et vice versa. La synergie entre les propriétés électro actives de ces polymères et leurs propriétés physico-chimiques intrinsèques (souplesse, légèreté, grande résistance mécanique, facilité de mise en œuvre etc.) en font des candidats de choix pour des applications de types capteurs et actionneurs souples. Cette thèse vise à déterminer de façon systématique le comportement électromécanique des terpolymères P (fluorure de vinylidène-trifluoréthylène-chlorotrifluoroéthylène) [P (VDF-TrFE-CTFE)] par des techniques de cristallisation et de technologies additives et entend étendre ces terpolymères à l'application des dispositifs de type capteur de force électromécanique. L'influence du traitement thermique sur la réponse électromécanique et la microstructure des terpolymères a d'abord été étudiée. Il a été mis en évidence que la déformation électrostrictive transversale S31 pour chaque terpolymère traité thermiquement suit une loi quadratique avec le champ électrique. Par ailleurs il a été démontré que la déflexion d’un actionneur unimorphe est maximisée pour une fraction de phase cristalline de 39,3%. La dynamique moléculaire des terpolymères cristallisés a également été étudiée par spectroscopie diélectrique à large bande. Une dynamique segmentaire contrainte a été observée dans le terpolymère contenant la fraction cristalline la plus élevée pour laquelle une distribution étroite du temps de relaxation a été mise en évidence. En outre, il a été démontré que l’ajout d’agent plastifiant permet d’augmenter de manière significative la réponse électromécanique des terpolymères fluorés, ouvrant la voie vers de nouveaux matériaux électrostrictifs hautes performances fonctionnant sous faible champ électrique. De plus, la réponse diélectrique et électromécanique accrue du terpolymère dopé a été étudiée par microscope à force atomique et spectroscopie diélectrique dynamique. Ces analyses ont permis de lier l’augmentation de la réponse électromécanique de ces mélanges à un effet de polarisation interfaciale intensifié lors de l’augmentation de mobilité moléculaire de la phase amorphe rigide de ces terpolymères fluorés. Enfin, des dispositifs électromécaniques basés sur le polymère ferroélectrique P (VDF-TrFE) et le terpolymère électrostrictif P (VDF-TrFE-CTFE) ont été élaborés. Un procédé de fabrication additive utilisant la technologie d'impression jet d'encre a permis de concevoir et valider la faisabilité de réalisation de capteurs de force dynamique. Il a alors été démontré que les propriétés pseudo-piézoélectriques du terpolymère électrostrictif sont équivalentes à celles du copolymère ferroélectrique pour un faible champ électrique de biais de 7,5 V /μ / Electromechanical coupling effect has been paid the increasing attention due to ability to realize conversion between electric excitation and mechanical response and vice versa. Thanks to their flexibility, light weight, relatively low mechanical strength, ease of processability into large-area films, and ability to be molded into desirable geometric dimensions, polymers materials which possess an electromechanical coupling effect have been emerging recently. This thesis aims to systematically determine the electromechanical behavior of the P(vinylidene fluoride-trifluoroethylene-chlorotrifluoroethylene) [P(VDF-TrFE-CTFE)] terpolymers via crystallization and additive technology approaches and intend to extend such terpolymers to the electromechanical force sensor devices application. The influence of the thermal processing on the electromechanical response and microstructure of the terpolymers were firstly investigated. Cantilever unimorph bending measurement found the tip displacement δ and transverse strain S_31 for each thermally treated terpolymer followed a quadratic correlation with the electric field. δ was maximized at a 39.3% crystal content, instead of S_31 peaking at lowest crystal content, showing an exponential decay against the crystal fraction increasing. The dynamics of crystallized terpolymers were additionally studied via broadband dielectric spectroscopy. Constrained segmental dynamics was observed in the terpolymer containing the highest crystal fraction for which a narrow relaxation time distribution was found. Moreover, the enhanced dielectric and electromechanical response of DEHP doped terpolymer were interpreted via morphology microstructure and molecular mobility analysis. Interfacial polarization shifted to the high frequency by one decade because of dopant DEHP. Finally, electromechanical devices based on ferroelectric P(VDF-TrFE) and electrostrictive P(VDF-TrFE-CTFE) towards the dynamic force sensor implementation were designed and fabricated via inkjet printing technology. The bias electric field for terpolymer sensor was much lower than the poling electric field for a copolymer sensor. And the piezoelectric properties equivalent to the corresponding copolymer sensor can be obtained for a bias as low as 7.5 V/μ

Les fluctuations sont présentes dans toute mesure et elles en limitent la sensibilité ultime. Ceci est vrai en particulier pour les fluctuations de nature fondamentale qui correspondent au bruit thermique et au bruit quantique. Un premier objectif de cette thèse a été le développement d'une méthode générale qui permette le traitement de ces fluctuations dans des systèmes de mesure comportant des éléments passifs et des éléments actifs remplissant des fonctions d'amplification ou de contre-réaction. Cette méthode, basée d'une part sur la théorie des réseaux, d'autre part sur le formalisme quantique de la matrice S, s'applique aux systèmes linéaires et, plus généralement, aux systèmes linéarisables autour du point de fonctionnement. Elle peut prendre en compte toutes les sources de bruit et décrit donc la non-idéalité de la mesure. Son caractère modulaire se prête bien au traitement des systèmes complexes. Un deuxième objectif a été l'étude des effets des fluctuations quantiques et thermiques sur la sensibilité des mesures électromécaniques. Le bruit dans ces systèmes, habituellement dominé par les fluctuations thermiques, s'est rapproché du niveau quantique, sous la pression des expériences nécessitant de très hautes sensibilités (détection des ondes gravitationnelles, test du principe d'équivalence dans l'espace) et grâce aux développements technologiques dans le domaine cryogénique. La méthode développée dans cette thèse fournit un cadre théorique consistent pour traiter fluctuations quantiques et thermiques dans ces systèmes. Des résultats précis ont été obtenus pour un accéléromètre conçu par l'ONERA pour des expériences de physique fondamentale dans l'espace et qui présente la particularité d'utiliser un mécanisme de friction froide. Ces résultats permettent d'estimer les limites ultimes de sensibilité d'un tel instrument.

Ce travail de thèse porte sur l’étude et la réalisation de micro-capteurs dédiés à la mesure de vitesse angulaire par des principes basés sur des échanges thermiques. Deux types de gyromètres ont été développés dont la principale différence est liée au principe qui permet la mise en mouvement du gaz : convection forcée pour l’un et expansion thermique pour l’autre. Le principe est basé sur la modification par la force de Coriolis des échanges thermiques dans un fluide chauffé localement lorsque le dispositif est soumis à une vitesse de rotation. L’utilisation d’un fluide comme masse sismique est en rupture avec les concepts de gyromètres dits traditionnels. Cet avantage a pour conséquence la possibilité d’une utilisation dans des conditions environnementales sévères telles que de fortes accélérations (> 10 000 g) et de fortes vibrations. Les objectifs de ce travail consistent à étudier, à développer et à caractériser ces deux types de gyromètres. Pour cela, des études numériques ont été menées afin de mieux appréhender les phénomènes physiques et thermiques mis en jeu dans la cavité. On a pu aussi étudier l’effet des paramètres thermo-physiques du fluide, des différentes dimensions géométriques et de la vitesse d’écoulement du gaz sur la sensibilité et l’étendue de mesure. Par ailleurs, des prototypes des deux types de gyromètres ont été réalisés puis caractérisés. Les résultats sont très encourageants et les principes validés, mais leur confrontation avec ceux de la simulation montre que des améliorations sont à apporter sur le modèle numérique. / This PhD thesis deals with both study and fabrication of micro-sensors dedicated to the measurement of angular velocity, these devices are based on heat exchanges. Two types of gyroscopes have been developed, one using a jet of gas being deflected by the rotation, the other one using thermal expansion of a gas. Under rotation, heat transfers in a locally heated fluid is modified by the Coriolis force and induces a change in temperature distribution. Using a fluid as seismic mass enhances performances in terms shock (> 10 000g) and vibration resistances compared with standard mechanical gyroscopes.The aim of this work has been to study, develop and characterize these two gyroscopes. For this purpose, numerical studies have been carried out in order to improve our understanding of physical and thermal phenomena involved in the device. Effects of thermo-physical parameters, sensor size and gas flow velocity on both sensitivity and measuring range were analyzed.On the other hand, prototypes of both gyroscopes were manufactured and characterized. The proof of concept has been validated and encouraging results have been found. Comparison of measure and simulation have shown that improvements have to be made on the numerical model.

Un (bio)capteur classique est principalement composé de deux éléments essentiels : une couche réceptrice sensible à l’analyte à laquelle on s’intéresse et un transducteur qui permet de convertir une stimulation chimique / biologique en un signal physique mesurable. Dans le cas idéal, un capteur ne doit pas nécessiter de marquage de la cible, doit posséder de très grandes sensibilité et sélectivité envers elle, ne requiert qu’une faible quantité de cette dernière et doit présenter un temps de réponse très court. Au vu de ces critères, les microsystèmes électromécaniques (MEMS) sont des candidats très prometteurs dans le développement de capteurs. Les polymères fonctionnels, tels que les polymères à empreinte moléculaire (MIPs), sont une approche très intéressante dans l’utilisation des MEMS car ils peuvent être intégrés dans des technologies existantes de MEMS à base de silicium ou complètement remplacer ces technologies. Le but de cette thèse porte sur le développement d’un capteur MEMS composé de polymères (fonctionnels). Un chapitre initial (chapitre 2) introduit des nouveaux systèmes de fabrication de polymères fonctionnels. Des biopuces composées de MIPs imprimés par jet d’encre sont présentées ainsi qu’une technique basée sur la polymérisation radicale contrôlée qui permet le dépôt d’un fin enrobage de MIPs sur des microstructures. La deuxième partie de ce chapitre présente la fabrication de polymères à empreinte moléculaire par stéréolithographie deux-photons, qui peut être vue comme une extension de l’impression 3D. Afin d’illustrer cette technologie de prototypage rapide, deux capteurs composés de MIPs sont présentés : un capteur à grille de diffraction et un capteur en microlevier. Les deux principaux chapitres de ce manuscrit (chapitre 3 et 4) se focalisent sur le développement d’un nouveau concept de fabrication pour les capteurs MEMS. Ce concept est basé sur la polymérisation d’une poutre à fort ratio de forme à l’extrémité d’une fibre optique de télécommunication. Cette poutre a été mise en vibration à sa résonnance et a ainsi pu être utilisée comme un capteur à base de levier. Le capteur en polymère a permis l’intégration de MIPs comme élément récepteur et la reconnaissance sélective de l’antibiotique enrofloxacine. De plus, un nouveau système de mesure intégré est présenté dans le chapitre 4. Ce système de mesure intègre la fibre optique en guidant un rayon laser à travers elle ainsi qu’à travers le levier qui y est attaché.Le rayon lumineux sortant est ensuite focalisé sur une photodiode sensible à la position du rayon lumineux, permettant ainsi la mesure du spectre de résonance de la poutre en polymère. Ce système de mesure est caractérisé et ses performances sont présentées au travers de la détection de masse du levier en polymère et de mesures faites en milieu liquide. / A classical (bio)sensor consists of two key components: A receptor layer that detects the analyte of interest and the transducer which converts the chemical / biological stimuli into a physical measurable signal. Ideally a sensor is label-free, highly sensitive and selective towards the target, requires low sample amount and shows a fast response time. Regarding these criteria microelectromechanical systems (MEMS) offer great potential for the sensor development. One interesting approach for this development are functional polymer materials, such as molecularly imprinted polymers (MIPs), that can be either integrated to existing MEMS based on silicon or completely replace the silicon technology. The emphasis of this thesis is focused on the development of a MEMS sensor based on (functional) polymers. In an initial chapter (chapter 2) new fabrication schemes for functional polymers are introduced. Inkjet-printed biochips based on MIPs are presented and a technique based on controlled radical polymerization is shown that allows the deposition of thin MIP shells on a microfabricated pattern. In the second part of this chapter the fabrication of molecularly imprinted polymers by two-photon stereolithography is shown which can be seen as an extension of 3dimensional printing. As possible application of this rapid prototyping technology two sensors based on MIPs are introduced a diffraction grating sensor and a microcantilever sensor. The two main chapters of this manuscript (chapter 3 and chapter 4) report the development of a new fabrication concept for MEMS sensors. It is based on the polymerization of a high aspect ratio beam on the extremity of an optical telecommunication fiber which was actuated at resonance and thus could be used as a cantilever sensor. The polymer sensor allowed the integration of MIPs as sensing element and the selective recognition of the antibiotic enrofloxacin. Furthermore, is a new, integrated read-out scheme presented in chapter 4. This read-out scheme integrates the optical fiber, by guiding a probe laser beam through it and attached cantilever beam. The output light beam is then focused on a position sensitive photodiode and thus enabled to monitor the resonance spectra of the polymer beam. The read-out scheme is characterized and its performance is shown by demonstrating the mass sensitivity of the polymeric cantilever beam and by measurements in liquid environments.

La détection des déplacements nano-mécaniques par les techniques de transport électronique a atteint un haut niveau de sensibilité et de polyvalence. Afin de détecter l'amplitude d'oscillation d'un oscillateur nano-mécanique, une technique largement utilisée consiste à coupler ce mouvement de façon capacitive à un transistor à un seul électron ou, plus généralement, à un dispositif de transport, et à détecter la modulation haute fréquence du courant à travers le mélange non linéaire avec un signal électrique à une fréquence légèrement désaccordée. Cette méthode, connue sous le nom de technique de mélange des courants, est utilisée notamment pour la détection de nanotubes de carbone suspendus et s'est avérée particulièrement efficace, ce qui a permis d'obtenir des records de sensibilité dans la détection de masse et de force. Dans cette thèse nous étudions théoriquement les conditions qui limitent la sensibilité de cette méthode dans différents types de dispositifs de transport. La sensibilité est un compromis entre le bruit, le bruit de rétroaction et la fonction de réponse. Cette dernière est proportionnel au couplage électromécanique. Pour ces raisons dans la thèse, nous étudions la fonction de réponse, l'effet des fluctuations de courant et de déplacement (back-action) dans les dispositifs de détection suivants: (i) le transistor métallique à électron unique, (ii) le transistor à un seul niveau électronique et (iii) le point quantique cohérent. La sensibilité optimale est obtenue, comme d'habitude, lorsque la rétroaction du dispositif de détection est égale au bruit du signal intrinsèque, ce qui, dans notre cas, est le bruit en courant. Nous avons constaté que les valeurs optimales typiques du couplage sont obtenues dans la limite de couplage fort, où une forte renormalisation de la fréquence de résonance est observée et une bistabilité de l'oscillateur mécanique est présente [comme discuté dans G. Micchi, R. Avriller, F. Pistolesi, Phys. Rev. Lett. 115, 206802 (2015)]. Nous trouvons donc des limites supérieures à la sensibilité de la technique de détection de mélange des courants. Nous considérons également comment la technique du mélange des courants est modifiée dans la limite où le taux de transmission tunnel devient comparable à la fréquence de résonance de l'oscillateur mécanique / Detection of nanomechanical displacement by electronic transport techniques has reached a high level of sensitivity and versatility. In order to detect the amplitude of oscillation of a nanomechanical oscillator, a widely used technique consists of coupling this motion capacitively to a single-electron transistor or, more generally, to a transport device, and to detect the high-frequency modulation of the current through the nonlinear mixing with an electric signal at a slightly detuned frequency. This method, known as mixing-current technique, is employed in particular for the detection of suspended carbon nanotubes and has proven to be particularly successful leading to record sensitivities of mass and force detection. In this thesis we study theoretically the limiting conditions on the sensitivity of this method in different kind of transport devices. The sensitivity is a compromise between the noise, the back-action noise, and the response function. The latter is proportional to the electromechanical coupling. For these reasons in the thesis we study the response function, the effect of current and displacement (back-action) fluctuations for the following detection devices: (i) the metallic single electron transistor, (ii) the single-electronic level single electron transistor, and (iii) the coherent transport quantum dot. The optimal sensitivity is obtained, as usual, when the back-action of the detection device equals the intrinsic signal noise that, in our case, is the current noise. We found that the typical optimal values of the coupling are obtained in the strong coupling limit, where a strong renormalization of the resonating frequency is observed and a bistability of the mechanical oscillator is present [as discussed in G. Micchi, R. Avriller, F. Pistolesi, Phys. Rev. Lett. 115, 206802 (2015)]. We thus find upper bounds to the sensitivity of the mixing-current detection technique. We also consider how the mixing-current technique is modified in the limit where the tunneling rate becomes comparable to the resonating frequency of the mechanical oscillator.

In the past two decades much effort has been put in the characterization of the mechanical<p>and surface properties at the nano-scale in order to conceive reliable N/MEMS<p>(Nano and Micro ElectroMechanical Systems) applications. Techniques like nanoindentation,<p>nanoscratching, atomic force microscopy have become widely used to measure<p>the mechanical and surface properties of materials at sub-micro or nano scale. Nevertheless,<p>many phenomena such us pile-up and pop-in as well as surface anomalies<p>and roughness play an important role in the accurate determination of the materials<p>properties. The first goal of this report is to study the infulence of these sources of data<p>distortion on the experimental data. The results are discussed in the first experimental<p>chapter.<p>On the other hand, conceptors would like to adapt/tune the mechanical and surface<p>properties as a function of the required application so as to adapt them to the industrial<p>need. Coatings are usually applied to materials to enhance performances and reliability<p>such as better hardness and elastic modulus, chemical resistance and wear resistance.<p>In this work, the magnetron sputtering technique is used to deposit biocompatible thin<p>layers of different compositions (titanium carbide, titanium nitride and amorphous<p>carbon) over a titanium substrate. The goal of this second experimental part is the<p>study of the deposition parameters influence on the resulting mechanical and surface<p>properties.<p>New materials such as nanocrystal superlattices have recently received considerable<p>attention due to their versatile electronic and optical properties. However, this new<p>class of material requires robust mechanical properties to be useful for technological<p>applications. In the third and last experimental chapter, nanoindentation and atomic<p>force microscopy are used to characterize the mechanical behavior of well ordered lead<p>sulfide (PbS) nanocrystal superlattices. The goal of this last chapter is the understanding<p>of the deformation process in order to conceive more reliable nanocrystal<p>superlattices. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le couplage fort entre le transport électronique dans une boîte quantique à un seul niveau et un oscillateur nano-mécanique couplé capacitivement peut conduire à une transition vers un état mécaniquement bistable et bloqué en courant. Son observation est à portée de main dans les expériences de pointe menées sur les nanotubes de carbone. Nous étudions donc la réponse mécanique du système et plus précisément la fonction spectrale de déplacement, la réponse linéaire à une solicitation externe et le comportement pendant le retour à l'équilibre. Nous montrons qu'il existe une relation étroite entre les grandeurs électriques (telles le courant électrique et la fonction spectrale des fluctuations du courant) et mécaniques. Nous constatons qu'en augmentant le couplage électromécanique, les deux fonctions spectrales présentent un pic qui s'élargit et se déplace vers les basses fréquences alors que le temps de déphasage de l'oscillateur se raccourcit. Ces effets sont maximaux à la transition où les non-linéarités dominent la dynamique et sont robustes vis-à-vis de l'effet des fluctuations extérieures et de la dissipation. Ces caractéristiques fortes ouvrent la voie à la détection de la transition vers l'état de blocage du courant dans des dispositifs actuellement étudiées par plusieurs groupes. / The strong coupling between electronic transport in a single-level quantum dot and a capacitively coupled nano-mechanical oscillator may lead to a transition towards a mechanically-bistable and blocked-current state. Its observation is at reach in carbonnanotube state-of-art experiments. Therefore, we investigate the mechanical response of the system, namely the displacement spectral function, the linear response to a driving, and the ring-down behavior, and the electric response, namely the electric current and current spectral function. We show that a close relation between electric and mechanical quantities exists. We find that, by increasing the lectromechanical coupling, the peak in both spectral functions broadens and shifts at low frequencies while the oscillator dephasing time shortens. These effects are maximum at the transition where nonlinearities dominate the dynamics, and are robust towards the effect of external uctuations and dissipation. These strong signatures open the way to detect the blockade transition in devices currently studied by several groups.

Ce travail a pour objectif d’élaborer de manière contrôlée différentes microstructures de (K0,5Na0,5)NbO3 non dopées par différentes mises en forme, bien caractérisées structuralement et microstructuralement, afin d’étudier et d’éclaircir l’influence de la densification et de la taille des grains sur les propriétés piézoélectriques. Il s’agit pour cela de produire des microstructures, avec une composition maitrisée, ayant d’abord des grains de taille micrométrique, ensuite millimétrique et enfin si possible des grains centimétriques de KNN et d’atteindre des densifications allant de 80 % à plus de 95 %. Au-delà de l’ingénierie des microstructures de KNN, l’obtention de monocristaux du composé (K0,5Na0,5)NbO3 de plusieurs mm3, de bonne qualité cristalline et bien caractérisés structuralement et microstructuralement permettrait de caractériser l’ensemble des tenseurs élastiques, diélectriques et piézoélectriques ainsi que de valider des méthodes de caractérisation originales développées au sein du laboratoire GREMAN. / The purpose of this work is to elaborate different controlled microstructures of undoped (K0,5Na0,5)NbO3 by different methods, with full structural and microstructural characterization in order to study and to elucidate the influence of the densification and grain size effect on the piezoelectric properties. For this, it is necessary to produce KNN microstructures with controlled composition, starting with micrometer grain size, then millimeter and if possible centimeter grain size and to attain densification ranging from 80 % up to 95 % of the theoretical one. Beyond the KNN microstructure engineering, the growth of large (K0,5Na0,5)NbO3 single crystals about several mm3 with good crystallinity and full structural and microstructural characterization would enable the elastic, dielectric and piezoelectric tensors to be fully characterized as well as to validate the original characterization methods developed within the GREMAN laboratory.

Les travaux de thèse portent sur le développement de méthodologies d'élaboration de dispositifs à base de polymères PDMS, destinés à des applications médicales. Ce travail s'appuie sur deux volets applicatifs : le développement de matrices de micro-capteurs capacitifs souples portables destinées à la mesure de champs de pression dans un contexte de suivi d'appuis du corps humain, et le développement d'une technique de collage réversible de composants PDMS dans une application de laboratoire sur puce en micro-fluidique. Dans ces travaux, les propriétés mécaniques du PDMS sont déterminées expérimentalement et à l'aide de modélisations numériques, afin d'identifier les éléments essentiels du dimensionnement des micro-capteurs capacitifs. Différents types de micro-capteurs de pression souples sont réalisés par un procédé de microfabrication à transfert de films. Ce procédé est optimisé à chacune de ses étapes afin d'obtenir un procédé fiable et reproductible. Les caractérisations électromécaniques montrent que les capteurs fabriqués sont opérationnels et adaptés aux applications médicales visées. Les capteurs de pression normale ont une variation de capacité de 3 à 17 % à 10 N - 300 kPa, adaptée à une application dentaire. Les capteurs à trois axes de sensibilité ont une résolution spatiale de 25 mm2, et une sensibilité de 4 % à 3 N en compression et 1,4 % par Newton en cisaillement pur, et sont adaptés à une application de mesure de la pression plantaire destinée à l'analyse de la marche et la détection des hyper-appuis. Par ailleurs, deux méthodes différentes permettant le collage réversible de composants PDMS sont développées. Les dispositifs microfluidiques fabriqués avec ces méthodes peuvent être utilisés avec jusqu'à 5 cycles de collage/décollage, et travailler à débit élevé (500 µL/min, correspondant à une pression de 148 kPa). Les méthodologies développées dans ces travaux ouvrent la voie à l'élaboration de dispositifs à base de PDMS performants et optimisés pour répondre à des cahiers des charges exigeants pour des applications biomédicales ciblées. / This thesis focuses on the development of methodologies dedicated to the development of PDMS-based devices, which are required in medical applications. Two objective applications are considered in this work: i) the development of wearable flexible micro-sensors arrays for measuring pressure fields on human body and ii) the development of a reversible bonding technique of PDMS components dedicated to microfluidic chips. In this work, the mechanical properties of PDMS are determined using experiments and computations; they allow identifying the essential elements of the design of capacitive micro-sensors. The manufacturing process is reliable and reproducible, and different types of flexible pressure sensor have been fabricated by a film transfer process. Electromechanical characterizations show that the fabricated sensors are fully operational and suitable for the intended applications. Normal pressure sensors have a capacitance change ranging from 3 to 17% under a 10 N - 300 kPa - load, which is suitable for dental applications. Fabricated triaxial sensor arrays have a spatial resolution of 25 mm2, and a sensitivity of 4% under 3 N load in compression, and 1.4% / N under shear. These features are suitable for plantar pressure measurements required in gait analyses or for the detection of over-pressures. Besides, two different process methods for the reversible bonding of PDMS devices are developed. The microfluidic devices fabrcitated with these methods can be used within up to 5 “bonding & peeling off” cycles, and can be working at high microfluidic flows (500 µL / min, corresponding to a pressure of 148 kPa). The methodologies developed in these works open the way to the design and fabrication of PDMS-based devices suitable for demanding biomedical applications.

Avec une limite de détection ultime pouvant atteindre le yoctogramme (1 yg = 10-24 g), les nanosystèmes électromécaniques (NEMS) employés comme capteurs gravimétriques présentent un fort potentiel pour la détection ultra-sensible et sans marquage de molécules biologiques. A l’heure actuelle, plusieurs défis restent cependant à relever avant de pouvoir envisager de manière réaliste leur utilisation comme outils de biodétection. Ces travaux de thèse adressent en particulier l’intégration du moyen de transduction et le développement de stratégies de biofonctionnalisation. En vue de répondre à la première problématique, l’intégration d’une couche piézoélectrique à base de Titano-Zirconate de Plomb (PZT) selon une approche de fabrication collective de réseaux de NEMS par voie descendante a été développée et caractérisée.Deux approches de biofonctionnalisation adaptées à une organisation de NEMS en réseaux,respectivement basées sur le dépôt localisé de matériel biologique par impression moléculaire et sur la structuration par photolithographie d’une couche bioréceptrice à base de polymères à empreintes moléculaires (MIP), ont ensuite été mises en oeuvre et ont permis de démontrer une première preuve de concept. Ces différentes contributions constituent un premier pas dans le développement des NEMS pour des applications de biodétection. / With an ultimate limit of detection down to the yoctogram regime (1 yg = 10-24 g),nanoelectromechanical systems (NEMS) resonators used as ultra-sensitive and label-free gravimetric sensors have a high potential for biodetection applications. To date, several challenges currently limit their wide spread use as viable biosensing tools. This PhD thesis addresses the issues related to the transducer integration and the biofunctionnalization. A Lead Zirconate Titatane (PZT)-based piezoelectric transducer has been implemented according to a top-down approach compatible with collective fabrication of NEMS arrays. Two biofunctionnalization strategies, suitable for a NEMS array organization and based on the localized deposition of biological material assisted by microcontact printing and the patterning of molecularly imprinted polymers (MIP) by photolithography, have also been investigated and first proof-of-concept biosensors were demonstrated. These various contributions have the potential to drive future advancements in the realm of NEMS as effective biosensing tools.