L'objectif de ce travail est de comprendre l'influence de nano-plaquettes d'argile sur le comportement mécanique de polymères nano-renforcés. Cette compréhension nécessite une caractérisation fine de la micro-structure mais aussi l'étude du comportement mécanique de ces matériaux (en élasticité et en visco-élasticité). A l’échelle microscopique, la taille des agrégats de plaquettes d'argile et la distribution spatiale de ces agrégats ont été observées au TEM. A l’échelle nanoscopique, le d-spacing entre plaquettes d'un agrégat a été mesuré en utilisant la XRD. Ces techniques expérimentales ont permis de mettre en évidence une micro-structure intercalée. A l’échelle macroscopique, des essais de traction monotones ainsi que des essais dynamiques (DMA) ont été réalisé afin d'étudier le comportement mécanique des matériaux. Pour prédire les propriétés élastiques macroscopiques, la combinaison de deux approches a été envisagée; modèles hybrides et modèles matrice-inclusion. Cet outil permet d'anticiper les propriétés de ces matériaux sans avoir à les fabriquer ainsi que de tester simplement l'influence de la micro-structure sur le comportement macroscopique. Le schéma d'homogénéisation mis en place permet de prendre en compte la micro-structure intercalée d'une matrice polymère renforcée par des empilements de sandwiches bi-couches (plaquettes d'argile et polymère). On observe, en élasticité, un bon encadrement des données expérimentales. Une extension de cette approche en visco-élasticité a été développée. Les prédictions en visco-élasticité comparées aux données expérimentales ont fourni une bonne estimation du module complexe et des modules de conservation et de perte. / This work aims to understand the influence of nano-clay platelets on the mechanical behavior of nano–reinforced polymers. This understanding requires a good description of the micro-structure and a characterization of the mechanical behavior of these materials (elastic and visco-elastic). At the micro-scale, the size of the aggregates of nano-platelets and their spatial distribution were observed using TEM. At the nano-scale, the d-spacing between platelets within an aggregate was measured using XRD. These experimental techniques highlighted intercalated micro-structures. At the macroscale, monotonic tensile tests and Dynamic Mechanical Analysis (DMA) have been performed to study the mechanical behavior of the materials. To predict the macroscopic elastic behavior, the combination of two approaches has been considered; hybrid and matrix-inclusion models. This needed tool allows to anticipate the behavior of these materials without process them. By the consideration of the morphology into the modeling scheme, the influence of the micro-structure on the macroscopic behavior can be studied. The considered multiscale approach is able to estimate the macroscopic behavior of an intercalated nano-composite, in which a polymeric matrix is reinforced by stacks of bi-layers sandwiches (nano-clay platelets and polymer). It was observed from their comparison that the modeling predictions well bounded the experimental data in elasticity. This multi-scale approach was extended in the context of viscoelasticity and the predictions in this context were in good agreement with the experimental data for the complex modulus and for the storage and loss moduli.

Ce travail de recherche traite de l’optimisation et de la modélisation de nanofibres obtenues par filage électrostatique pour des applications techniques en tant que, a) cellules résistives pour génération de chaleur et b) couche ultra filtrante pour système de protection respiratoire. Afin d’intégrer ces matériaux nanofibreux aux applications visées, deux procédés de production ont été mis en oeuvre, à savoir mono-aiguille et multijets. Une étude statistique a été réalisée pour modéliser et optimiser les non-tissés de nanofibres pour des productions à échelle laboratoire et semi-industrielle. L’outil statistique c’est révélé pertinent pour anticiper la morphologie des matériaux produits et assurer une homogénéité optimale. Les non-tissés présentant les caractéristiques morphologiques souhaitées ont été sélectionnés, testés, et les résultats ont révélé leur fort potentiel pour les champs applicatifs visés. Ces travaux valident deux pistes de recherche qui déboucheraient sur une intégration concrète de ces matériaux innovants. / Optimization and modelling of electrospun nanofibrous nonwovens and their technical applications, i-e heat generation and respiratory protection, were studied in this work. For utilization in these applications, nanowebs were statistically modelled and optimized using different electrospinning techniques i-e needle and needleless setups based on significance of these techniques for lab and bulk scale production of nanowebs. Moreover, quantitative impact of different electrospinning parameters was also observed. Statistical analysis was found to be a useful tool for study of electrospinning process and production of nanowebs with minimum defects. The optimized nanowebs were used for selected applications and based on results it was concluded that they can be a potential material for both, heat generation and respiratory protection. These observations are expected to initiate more focused studies in both the fields.

Le nombre croissant de sites affectés par la présence de matériaux technogéniques rend nécessaire l’étude du (bio)fonctionnement des Technosols, qui s’y développent. Un matériau technogénique, issu d’une ancienne friche industrielle de cokerie et présentant une multipollution en HAP et en métaux a été disposé dans des parcelles lysimétriques pour une étude in situ (site d’Homécourt, www.gisfi.fr). La caractérisation morphologique et analytique à différentes échelles du matériau initial nous a permis d’y définir, en analogie avec la classification pédologique standard, la présence (1) de constituants primaires tels que quartz, oxydes de fer, gypse et matières organiques anthropiques, (2) de pseudo-sables technogéniques, soit des laitiers, (3) d’agrégats technogéniques stables à l’eau (12% de la masse du sol) néoformés grâce au rôle agrégeant de la fraction fine (0-20µm). Matières organiques anthropiques et ETM (Zn Pb, Ba) contribuent à la formation de ces associations organo-minérales. Ce matériau d’origine anthropique, tout spécifique qu’il soit, contient des constituants minéraux et organiques capables de s’associer et donc susceptibles, au même titre que ceux des sols naturels, d’évoluer sous l’effet des facteurs pédogénétiques et former ainsi un technosol. Si les deux années d’expérimentation n’ont pas été suffisantes pour mettre en évidence une modification de la stabilité structurale de ce jeune Technosol, les résultats y soulignent l’impact des plantes colonisatrices et de la microflore rhizosphérique sur la formation d’associations organo-minérales. L’activité biologique est donc un facteur clef d’évolution de ces sols / The increasing number of sites affected by the presence of technogenic materials makes necessary the study of (bio)functioning of Technosols, developed there. A technogenic material, resulting from an old industrial coking plant and presenting a multipollution of HAP and metals was laid out in lysimetric pieces for an “in situ” study (site of Homécourt, www.gisfi.fr). The morphological and analytical characterization at different scales of initial material enabled us to define, in analogy with standard pedological classification, the presence (1) of primary constituents such as quartz, iron oxides, gypsum and anthropic organic matters, (2) of technogenic pseudo-sands, like slags, (3) of water-stable technogenic aggregates (12% of the soil mass), generated through the aggregating role of the fine fraction (0-20 µm). Anthropic organic matter and ETM (Zn Pb, Ba) contribute to the formation of these organo-mineral associations. This material of anthropic origin, while it is specific, contains mineral and organic components able to aggregate and is thus, as well as natural soils, able to develop under the influence of pedogenic factors to form a Technosol. If the two years of experimentation were not sufficient to highlight a modification of the structural stability of this young Technosol, the results underline there the impact of the colonizing plants and the rhizospheric microflora on the formation of organo-mineral associations. The biological activity is thus a key factor of evolution of these soils

La miniaturisation des composants et l’amélioration des performances des circuits intégrés (ICs) sont dues aux progrès liés au procédé de fabrication. Malgré le nombre de technologie existante, la technologie CMOS est la plus utilisée. Dans le cadre du développement de la technologie CMOS 90nm à double niveau de poly, des recherches sur l’introduction de techniques innovantes de procédé de fabrication et d’une nouvelle architecture de transistor MOS à tension de seuil ajustable ont été menées dans le but d’améliorer les performances des ICs. Une première étude sur l’implémentation des effets de pointe dans les ICs, en particulier pour les mémoires non volatiles est entreprise. Un nouveau procédé de fabrication permettant d’obtenir des pointes dans un matériau est proposé. Il est démontré le gain en courant tunnel obtenu sur une structure pointue par rapport à une structure plane. Une seconde étude est orientée sur le développement d’une nouvelle technique de « patterning ». Les techniques de « patterning » permettent de réduire les dimensions de la photolithographie sans utiliser de masque ayant des dimensions agressives. Les avantages de cette nouvelle technique aux niveaux de sa mise en œuvre et de la suppression des problèmes d’alignement sont présentés. Une dernière étude sur le développement d’un transistor à tension de seuil ajustable est développée. Il est démontré l’avantage de ce composant par rapport aux autres composants à tension de seuil ajustable. La réalisation du modèle et des premières simulations électriques de circuit élémentaire à base de se composant sont présentés. L’amélioration de certaines performances des circuits élémentaire est démontrée. / The component miniaturization and the circuit performance improvement are due to the progress related to the manufacturing process. Despite the number of existing technology, the CMOS technology is the most used. In the 90nm CMOS technology development, with a double poly-silicon level, the research on the introduction of innovative manufacturing process techniques and a new architecture of MOS transistor with an adjustable threshold voltage are carried out to improve the integrated circuit performances. A first study, on the peak effect implementation in the integrated circuits, particularly in the non-volatile memories is undertaken. A new process to obtain a peak effect in a material is proposed. It is shown the tunnel current gain obtained on a peak structure compared with a planar structure. A second study is focused on the development of a new patterning technique. The patterning techniques allow to reduce the photolithography dimensions without using an aggressive mask. The advantages of this new technique in terms of its implementation and the suppression of alignment problems are presented. A last study on the development of a MOS transistor with an adjustable threshold voltage is developed. It is shown the advantage of this component relative to the other components with an adjustable threshold voltage. The model implementation and the first electrical simulations of elementary circuits composed with this new component are presented. The performance improvement of some elementary circuits is demonstrated.