L’objectif de ces travaux est le développement de réseaux de nanoparticules conductrices telles que les nanotubes de carbone (CNT) ou feuillets de graphene dans une matrice polymère élastique faite de polydimethylsiloxane (PDMS). Une approche par voie émulsion est utilisée pour contrôler de façon précise la structure interne des matériaux. Les dispersions de CNT ou de graphène sont incorporées dans la phase continue d’une émulsion directe composée de gouttelettes de PDMS dans l’eau. Après évaporation, les nanoparticules s’agrègent au niveau de bords de Plateau pour former de réseaux dont la morphologie dépend de la taille de gouttelettes. Les propriétés diélectriques de ces matériaux sont contrôlées par la taille de gouttelettes, la concentration de charges et leur état d’agrégation. L’optimisation de leviers de formulation permet d’atteindre des valeurs de permittivité diélectrique très élevées (ϵ'r≈104 à 100Hz). De plus, nous avons développé une méthode expérimentale adaptée et précise afin d’étudier les propriétés diélectriques du matériau soumis à une contrainte mécanique (i.e. électrostriction). Les propriétés d’électrostriction des matériaux sont étudiées et nous obtenons des coefficients d’électrostriction très élevée (M33 ≈10-11 m2/V2 à 100Hz). Cette valeur est à ce jour et à notre connaissance la plus élevée dans la littérature. Les matériaux développés au cours de ces travaux peuvent être utilisés dans des capacités variables pour la conversion d’énergie mécanique en énergie électrique. Les matériaux électrostrictifs développés dans cette thèse sont donc des candidats potentiels pour des applications de récupération d’énergie vibratoire, cependant l’optimisation de certains paramètres reste à étudier. / The aim of this work is to develop near percolated networks of conductive nanoparticles such as carbon nanotubes (CNT) or graphenesheets within an elastic polymer matrix, such as polydimethylsiloxane (PDMS). A novel emulsion formulation route is employed to achieve a fine control over the inner structure of the materials. Graphene or CNT aqueous dispersions are integrated in the continuous phase of an emulsion made of PDMS droplets in water. After water removal, the nanoparticles are segregated in between the PDMS droplets at the Plateau borders of the emulsion. The morphology of the networks formed by the particles is controlled by the size of the emulsion droplets. The dielectrics properties of such materials are governed by (i) the droplets size, (ii) the filler concentration and (iii) the aggregation state. The optimization of such factors by the emulsion approach leads to giant dielectric permittivity (ϵ'r≈104 à 100Hz). In addition, we developed accurate characterization devices to study the material dielectric properties in response to a mechanical stress (i.e. electrostriction). Particularly high electrostrictive coefficients of M33 ≈ 10-11 m2/V2 at 100Hz are measured. To our knowledge, these are the highest values in the literature to date. The electrostrictive materials developed in the present work can be implemented in variable capacitors for conversion of mechanical energy into electrical energy. They are promising candidates for ambient mechanical energy harvesting; however, the optimization of some parameters remains to be studied.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration tripartite entre STMicroelectronics, le CEALeti et le TIMA. Elle a pour objet la caractérisation et l'étude de la fiabilité des composants à ondes acoustiques de volume (ou BAW pour Bulk Acoustic Wave) fabriqués à partir de couches piézoélectriques minces déposées sur un miroir de Bragg réalisé sur silicium (la technologie SMR pour Solidly Mounted Resonator) pour des applications Radiofréquence (RF). Dans ce travail, on s'intéresse particulièrement aux résonateurs et filtres à modes longitudinaux à base de Nitrure d'Aluminium (AlN) excités et piégés dans des capacités de type Métal-Insolant-Métal (MIM) dans le but de caractériser leur adéquation à répondre aux critères industriels et de permettre la compréhension et la modélisation des phénomènes physiques entrant en jeu dans la dégradation des composants. Le premier chapitre introduit la problématique des composants radiofréquences pour la téléphonie cellulaire et plus particulièrement les composants à ondes acoustiques de volume. Ce chapitre décrit le principe de fonctionnement de la technologie BAW, ses avantages ainsi que la problématique de la fiabilité comme étant un point clef dont l'étude est nécessaire avant la commercialisation. Le deuxième chapitre est consacré à l'analyse des propriétés électriques et acoustiques de la brique de base de la technologie BAW SMR qui est la structure MIM. Dans le troisième chapitre, on s'intéresse à l'étude de résonateurs sur miroir de Bragg sous différentes conditions de fonctionnement afin d'évaluer leur stabilité, de mettre en évidence les modes de défaillance et d'expliquer les phénomènes physiques observés. Enfin, le quatrième chapitre de ce manuscrit est consacré à l'étude d'un filtre complet exploitant ces résonateurs comme éléments d'impédance. La conclusion du mémoire reprend les principaux résultats des travaux effectués et fournit des lignes directrices en vue d'améliorer la stabilité et la fiabilité de la technologie BAW.

Afin d'étudier la contribution des non-linéarités à l'endommagement laser ou de prévoir l'évolution d'une impulsion courte, la mesure précise de l'indice de réfraction non-linéaire est importante. Plusieurs bancs de mesure, reposant sur la méthode de Z-scan, sensibles à de faibles indices de réfraction non-linéaire ont été développés afin d'étudier la contribution des différents mécanismes. <br />Nous avons développé un modèle numérique permettant d'étudier le signal. Nous montrons que le profil spatial du faisceau avait une grande importance sur la mesure. Ensuite la réalisation expérimentale des bancs comprenant tous les moyens de caractérisation nécessaires à une mesure absolue est détaillée. <br />Enfin, une étude de l'indice de réfraction non-linéaire de la silice est entreprise pour différents régimes temporels. Une grande dépendance avec la durée des impulsions et l'absence d'effets thermiques sont constatées ainsi qu'une contribution non négligeable de l'électrostriction en nanoseconde.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'une collaboration tripartite entre STMicroelectronics, le CEA-Leti et le TIMA. Elle a pour objet la caractérisation et l'étude de la fiabilité des composants à ondes acoustiques de volume (ou BAW pour Bulk Acoustic Wave) fabriqués à partir de couches piézoélectriques minces déposées sur un miroir de Bragg réalisé sur silicium (la technologie SMR pour Solidly Mounted Resonator) pour des applications Radiofréquence (RF). Dans ce travail, on s'intéresse particulièrement aux résonateurs et filtres à modes longitudinaux à base de Nitrure d'Aluminium (AlN) excités et piégés dans des capacités de type Métal-Insolant-Métal (MIM) dans le but de caractériser leur adéquation à répondre aux critères industriels et de permettre la compréhension et la modélisation des phénomènes physiques entrant en jeu dans la dégradation des composants. Le premier chapitre introduit la problématique des composants radiofréquences pour la téléphonie cellulaire et plus particulièrement les composants à ondes acoustiques de volume. Ce chapitre décrit le principe de fonctionnement de la technologie BAW, ses avantages ainsi que la problématique de la fiabilité comme étant un point clé dont l'étude est nécessaire avant la commercialisation. Le deuxième chapitre est consacré à l'analyse des propriétés électriques et acoustiques de la brique de base de la technologie BAW SMR qui est la structure MIM. Dans le troisième chapitre, on s'intéresse à l'étude de résonateurs sur miroir de Bragg sous différentes conditions de fonctionnement afin d'évaluer leur stabilité, de mettre en évidence les modes de défaillance et d'expliquer les phénomènes physiques observés. Enfin, le quatrième chapitre de ce manuscrit est consacré à l'étude d'un filtre complet exploitant ces résonateurs comme éléments d'impédance. La conclusion du mémoire reprend les principaux résultats des travaux effectués et fournit des lignes directrices en vue d'améliorer la stabilité et la fiabilité de la technologie BAW.

L'intérêt croissant susciter par les applications biomédicales des plasmas non thermiques, inspire le développement de nouvelles sources plasmas. Les décharges à barrière diélectrique (DBD) ou les décharges couronne générées dans l'air ambiant ou dans le flux de gaz rare sont généralement utilisées. Production des plasmas directement dans un liquide a un grand potentiel pour les processus de stérilisation des substances liquides et pour le traitement extracorporel du sang. Les mécanismes physiques de formation d’une décharge électrique dans un milieu liquide ne sont toujours pas entièrement compris .La première partie de cette thèse examine le sujet de l'initiation et le développement de décharge nanoseconde dans les diélectriques liquides (eau déminéralisée, éthanol et n-pentane). La visualisation ombroscopique résolue en temps, la spectroscopie optique d'émission et les mesures électrique sont appliqués à l’étude d’une décharge électrique initiée sur une électrode à pointe positive.Nous avons montré que, selon l'amplitude de tension trois scénarios différents peuvent se produire dans des diélectriques polaires, notamment, la cavitation d'une bulle, le développement de décharge dans une cavité gazeuse (le mode ‘buisson’) et l'initiation de la décharge filamentaire (le mode ‘arborescent’) se propageant directement dans le liquide. La différence dans la formation et la propagation de deux modes de la décharge (‘buisson’ et ‘arbre’) révèle les mécanismes physiques étant très distincts.Dans la deuxième partie de ce travail, nous abordons la question d’interaction entre les plasmas froids atmosphériques avec les cellules vivantes in vitro et in vivo. L’étude porte sur le mécanisme de la mort cellulaire induite par le plasma. Cytométrie de flux avec deux marqueurs AnnexinV (AV) et de l'iodure de propidium (PI) a été appliquée pour l’analyse de la viabilité cellulaire. On montre l’induction de l' apoptose dans les cellules de T lymphocyte humain (Jurkat) et dans les cellules épithéliales (HMEC) traités par le plasma de DBD nanoseconde. Dans les souris nudes l'induction de l'apoptose et de la nécrose en fonction de la dose est observé par la microscopie électronique dans les coupes de l'épiderme. L'analyse histologique montre l’apparition des lésions importantes dans l'épiderme , derme, hypoderme et les muscles en fonction de la durée du traitement. Production de peroxyde d'hydrogène dans le milieu de culture (PBS) exposé au plasma de DBD est mesurée à l’aide d’une sonde fluorescente sélective (Amplex® Red). La viabilité des cellules de la thyroïde humaines ( HTori -3) et des cellules de mélanome (1205Lu) cellules démontre la dépendance nonmonotone de la concentration de H2O2. Le rôle majeur du peroxyde d'hydrogène produit par plasma et du champ électrique de la DBD est suggéré. / Growing interest in biomedical applications of nonthermal plasmas inspires the development of new plasmas sources. Dielectric barrier (DBD) and corona discharges produced in ambient air or in noble gas flow are typically applied. Direct production of plasma in liquids has a great potential for sterilization of liquid substances and extracorporeal blood treatment. The physical mechanisms of discharge formation in liquid medium are not fully understood.The first part of this thesis deals with the initiation and development of the nanosecond discharge in liquid dielectrics (deionized water, ethanol and n-pentane). Time-resolved shadowgraph visualization, optical emission spectroscopy and electrical diagnostics are applied to investigate the discharge formation on point anode.We have shown that depending on the applied voltage amplitude three different scenario can occur in the polar dielectric, namely, cavitation of a bubble, discharge development in the gaseous cavity (bush-like mode) and initiation of the filamentary discharge (tree-like mode) propagating in bulk liquid. Formation of the bush-like and the tree-like discharges is governed by distinct physical mechanisms, resulting in strongly different plasma parameters.In the second part of this work we address the question of how cold atmospheric plasma interacts with living cells in-vitro and in-vivo, and what is the mechanism of plasma induced cell death. Flowcytometry based cell viability assay with two markers AnnexinV (AV) and Propidium iodide (PI), demonstrates a dose dependent induction of the apoptosis for human T lymphocyte (Jurkat) and epithelial (HMEC) cells treated with DBD plasma. In nude mice model, induction of apoptosis and necrosis in dose dependant manner is observed by electron microscopy in thin epidermis sections. Histological analysis shows significant lesions appeared in epidermis, dermis, hypodermis and muscle as a function of treatment duration. Production of hydrogen peroxide in culture medium (PBS) exposed to DBD plasma is measured using selective fluorescent probe (Amplex® Red). Cell viability of human thyroid epithelial (HTori-3) and melanoma (1205Lu) cells demonstrates nonmonotonous dependence on H2O2 concentration. The major role of plasma produced hydrogen peroxide and DBD electric field is suggested.

Lorsqu'un faisceau laser de forte puissance traverse un matériau transparent, l'autofocalisation peut mener à une dégradation de la surface d'onde ou conduire à un endommagement du matériau. Afin de mieux comprendre ces phénomènes, la mesure précise de l'indice de réfraction non-linéaire est capitale. Dans le régime nanoseconde, plusieurs mécanismes peuvent mener à une variation photo-induite de l'indice de réfraction non-linéaire. Afin d'étudier les variations d'indice de réfraction photo-induites dans le régime nanoseconde, un banc de mesure sensible de faibles indices de réfraction non-linéaire a été développé. Ce banc de mesure est basé sur une méthode de mesure de déformation de faisceau : la méthode de Z-scan. A l'aide d'une parfaite maîtrise de la métrologie et d'un algorithme de simulation trés général, l'indice de réfraction non-linéaire peut être mesuré avec une sensibilité de lambda/3000 sur la variation de chemin optique dans le matériau et une erreur absolue estimée à 12% à 1064nm et 16% à 532nm sur l'indice de réfraction non-linéaire. Dans ces conditions, l'indice de réfraction non-linéaire de la silice et du BK7 a pu être mesuré à 1064nm et à 532 nm. Une contribution non négligeable de l'électrostriction et des effets thermiques a pu être constatée.