Le travail présenté dans cette thèse porte sur la synthèse et les caractérisations thermiques et rhéologiques d’un nouveau type de nanofluide : le système Cu2O/Glycérol. La caractérisation est faite en fonction de la taille des particules mises en suspension, de la température et de la fraction volumique solide. Ce travail a nécessité la synthèse des nanoparticules et des nanofluides par la méthode de décomposition thermique des précuseurs organométalliques, qui présente un bon rendement en quantité de nanoparticules (17%). Et le montage d’un dispositif de caractérisation thermique utilisant la méthode 3ω. Finalement, nous avons passé à la caractérisation rhéologique et thermique de ces échantillons. Les résultats obtenus avec ce nouveau système sont intéressants, car l’augmentation de la conductivité thermique atteint des valeurs importantes : 120% et 35% respectivement pour des fractions volumiques aussi faibles que 0,625% et 0,078% de nanoparticules de 7 nm de diamètre, sans influence notable sur la viscosité du fluide hôte, permettant une bonne amélioration du bilan énergétique total. Nous avons observé que la concentration et la taille (surface) des nanoparticules sont des paramètres clefs du comportement de la conductivité thermique effective du nanofluide Cu2O/Glycérol. Nos mesures nous ont permis de déduire la prédominance des modifications de la surface des nanoparticules (par fonctionnalisation ou par réaction chimique secondaire) sur le mouvement brownien dans les transferts thermiques nanoparticules/ fluide hôte. / The work presented in this thesis involves the synthesis and thermal and rheological characterization of a new type of nanofluid : the Cu2O/glycerol system. The characterization was carried out as a function of the size of the particles in suspension, the temperature and the volume fraction of nanoparticles. The nanoparticles and nanofluids were synthesised by the thermal decomposition method, providing a good yield of nanoparticles (17%). Apparatus for thermal measurements using the 3ω method was constructed, and rheological and thermal characterization was carried out. Significant increases in thermal conductivity were observed : 120% and 35% for volume fractions as low as 0.625% and 0.078%, respectively, of 7-nm-diameter nanoparticles, without noticeable effect on the viscosity of the host fluid, leading to a considerable improvement in the energy content.We found that the concentration and surface area of the nanoparticles are key parameters influencing the behaviour of the effective thermal conductivity of the nanofluid. Surface modification of the nanoparticles by functionalization or secondary chemical reactions has a profound effect on the Brownian motion in the heat transfer between nanoparticles and fluid host.

La conversion thermoélectrique a suscité un regain d'intérêt en raison des possibilités d'augmenter l'efficacité tout en exploitant les effets de taille. Par exemple, les nanofils montrent théoriquement une augmentation des facteurs de puissance ainsi qu'une réduction du transport des phonons en raison d'effets de confinement et/ou de taille. Dans ce contexte, le diamètre des nanofils devient un paramètre crucial à prendre en compte pour obtenir des rendements thermoélectriques élevés. Une approche habituelle consiste à réduire la conductivité thermique phononique dans les nanofils en améliorant la diffusion sur les surfaces tout en réduisant les diamètres.Dans ce travail, la caractérisation thermique d'une forêt dense de nanofils de silicium, germanium, silicium-germanium et alliage Bi2Te3 est réalisée par une méthode 3-omega très sensible. Ces forêts de nanofils pour le silicium, le germanium et les alliages silicium-germanium ont été fabriqués selon une technique "bottom-up" suivant le mécanisme Vapeur-Liquide-Solide en dépôt chimique en phase vapeur. La croissance assistée par matrice et la croissance par catalyseurs en or des nanofils à diamètres contrôlés ont été réalisés à l'aide d'alumine nanoporeuse comme matrice. Les nanofils sont fabriqués selon la géométrie interne des nanopores, dans ce cas le profil de surface des nanofils peut être modifié en fonction de la géométrie des nanopores. Profitant de ce fait, la croissance à haute densité de nanofils modulés en diamètre a également été démontrée, où l'amplitude et la période de modulation peuvent être facilement contrôlées pendant la fabrication des matrices. Même en modulant les diamètres pendant la croissance, les nanofils ont été structurellement caractérisés comme étant monocristallins par microscopie électronique à transmission et analyse par diffraction des rayons X.La caractérisation thermique de ces nanofils a révélé une forte diminution de la conductivité thermique en fonction du diamètre, dont la réduction était principalement liée à une forte diffusion par les surfaces. La contribution du libre parcours moyen à la conductivité thermique observée dans ces matériaux "bulk" varie beaucoup, Bi2Te3 ayant une distribution en libre parcours moyen (0,1 nm à 15 nm) très faible par rapport aux autres matériaux. Même alors, des conductivités thermiques réduites (~40%) ont été observées dans ces alliages attribuées à la diffusion par les surfaces et par les impuretés. D'autre part, le silicium et le germanium ont une conductivité thermique plus élevée avec une plus grande distribution de libre parcours moyen. Dans ces nanofils, une réduction significative (facteur 10 à 15 ) a été observée avec une forte dépendance avec la taille des nanofils.Alors que les effets de taille réduisent la conductivité thermique par une meilleure diffusion sur les surfaces, le dopage de ces nanofils peut ajouter un mécanisme de diffusion par différence de masse à des échelles de longueur atomique. La dépendance en température de la conductivité thermique a été déterminée pour les nanofils dopés de silicium afin d'observer une réduction de la conductivité thermique à une valeur de 4,6 W.m-1K-1 dans des nanofils de silicium fortement dopés avec un diamètre de 38 nm. En tenant compte de la conductivité électrique et du coefficient Seebeck calculé, on a observé un ZT de 0,5. Avec l'augmentation significative de l'efficacité du silicium en tant que matériau thermoélectrique, une application pratique réelle sur les appareils n'est pas loin de la réalité. / Thermoelectric conversion has gained renewed interest based on the possibilities of increasing the efficiencies while exploiting the size effects. For instance, nanowires theoretically show increased power factors along with reduced phonon transport owing to confinement and/or size effects. In this context, the diameter of the nanowires becomes a crucial parameter to address in order to obtain high thermoelectric efficiencies. A usual approach is directed towards reducing the phononic thermal conductivity in nanowires by achieving enhanced boundary scattering while reducing diameters.In this work, thermal characterisation of a dense forest of silicon, germanium, silicon-germanium and Bi2Te3 alloy nanowires is done through a sensitive 3ω method. These forest of nanowires for silicon, germanium and silicon-germanium alloy were grown through bottom-up technique following the Vapour-Liquid-Solid mechanism in Chemical vapour deposition. The template-assisted and gold catalyst growth of nanowires with controlled diameters was achieved with the aid of tuneable nanoporous alumina as templates. The nanowires are grown following the internal geometry of the nanopores, in such a case the surface profile of the nanowires can be modified according to the fabricated geometry of nanopores. Benefiting from this fact, high-density growth of diameter-modulated nanowires was also demonstrated, where the amplitude and the period of modulation can be easily tuned during the fabrication of the templates. Even while modulating the diameters during growth, the nanowires were structurally characterised to be monocrystalline through transmission electron microscopy and X-ray diffraction analysis.The thermal characterisation of these nanowires revealed a strong diameter dependent decrease in the thermal conductivity, where the reduction was predominantly linked to strong boundary scattering. The mean free path contribution to the thermal conductivity observed in the bulk of fabricated nanowire materials vary a lot, where Bi2Te3 has strikingly low mean free path distribution (0.1 nm to 15 nm) as compared to the other materials. Even then, reduced thermal conductivities (~40%) were observed in these alloys attributed to boundary and impurity scattering. On the other hand, silicon and germanium have higher thermal conductivity with a larger mean free path distribution. In these nanowires, a significant reduction (10-15 times) was observed with a strong dependence on the size of the nanowires.While size effects reduce the thermal conductivity by enhanced boundary scattering, doping these nanowires can incorporate mass-difference scattering at atomic length scales. The temperature dependence of thermal conductivity was determined for doped nanowires of silicon to observe a reduction in thermal conductivity to a value of 4.6 W.m-1K-1 in highly n-doped silicon nanowires with 38 nm diameter. Taking into account the electrical conductivity and calculated Seebeck coefficient, a ZT of 0.5 was observed. With these significant increase in the efficiency of silicon as a thermoelectric material, a real practical application to devices is not far from reality.

Ce document porte sur le développement d’un nouveau banc de mesure pour la caractérisation de l’impédance thermique des HEMTs GaN. Le banc développé repose sur la méthode dite « 3ω » qui consiste à mesurer l’harmonique 3 d’un signal électrique véritable image des variations thermiques du composant. Un balayage en fonction de la fréquence d’excitation conduit à l’extraction de l’impédance thermique. Les résultats de mesures ont été validés par les simulations électriques. Des études complémentaires ont été réalisées pour l’identification des effets de pièges en utilisant différentes méthodes permettant l’extraction de la signature des pièges. La réalisation des modèles non-linéaires est présentée pour les transistors HEMT AlGaN/GaN et InAIN/GaN pour des applications d’amplificateur de puissance dans les bandes de fréquences X et K. / This report is devoted to the development of a new measurement bench for thermal impedance characterization of GaN HEMTs. This measurement test set uses the so-called « 3ω » technique, which consists to measure the electrical signal at third harmonic real image of the thermal magnitude variations of the device. A sweep in function of the excitation frequency allows extracting of the thermal impedance. The measurement results have been validated by electrical simulation. Other complementary studies were performed to identify the trapping effects using different methods to extract the traps signature. The realization of nonlinear models is presented for AlGaN HEMT / GaN and InAIN / GaN to the power amplification applications in frequency bands X and K.