Les polymères stimuli-sensibles ont considérablement attiré l’intérêt scientifique grâce à leur capacité à changer de conformation ou d’état de solvatation sous l’influence d’un stimulus externe tel que la température, le pH, la lumière, les champs électriques et magnétiques ou encore la composition du solvant. Ces polymères peuvent être préparés sous différentes formes (micro-/nanoparticules, films minces, membranes, polymère peigne, micelles …) et sont utilisés dans diverses applications telles que l’ingénierie tissulaire, la vectorisation/libération de médicaments et les (bio)capteurs. Dans le domaine des capteurs, les polymères stimuli-sensibles sont souvent utilisés comme transducteurs entre le milieu à analyser et la plateforme de détection. Le but de cette étude est de développer un film transducteur à base de polymère thermo-sensible pour la détection du fer. La première étape consiste à synthétiser un microgel de poly(N-isopropylacrylamide-co-acide acrylique) (PNIPAM-co-AAc) via une polymérisation radicalaire par précipitation en utilisant un monomère thermo-sensible (NIPAM), un co-monomère (AAc) et l’agent de réticulation N, N’-methylenebis(acrylamide) (BIS). La réaction mène à des microgels dotés d’une température critique inférieure de solubilité (LCST) définie comme la température à laquelle le microgel subit une transition d’un état gonflé à un état replié. Dans le but d’étudier la taille du microgel, la concentration en monomères et la vitesse d’agitation sont variés. Ensuite, les quantités de co-monomère (AAc) et de réticulant (BIS) sont variés afin d’étudier le comportement thermo-sensible. Toutes ces synthèses produisent des microgels dont la LCST se situe autour de 30-32°C avec une excellente réversibilité de la transition de l’état gonflé vers l’état replié. Considérant la nature de l’objet (microgel), la synthèse utilisée dans ce projet est reproductible d’un point de vue taille de microgel et LCST. Afin de prouver le concept de détection, les microgels sont fonctionnalisés avec la dopamine qui contient des groupements catéchol connus pour leur affinité spécifique avec les ions du fer. La LCST des microgels fonctionnalisés est décalée vers les plus hautes températures et la transition de phase est moins brutale. La deuxième étape du projet consiste à déposer le microgel sur un substrat en verre revêtu d’une fine couche d’or fonctionnalisée avec la cystéamine. Différents paramètres (pH, concentration, température, durée de trempage) sont variés afin d’optimiser la déposition du microgel. La microscopie à force atomique (AFM) est utilisée pour observer la surface du microgel déposé et déterminer les conditions optimales de déposition. Suite à cette étape, la spectroscopie par résonance de plasmon de surface (SPR) est utilisée dans le but d’étudier les comportements thermo- et iono-sensibles du film mince de microgel. / Stimuli-responsive polymers have attracted considerable scientific interest because of their ability to undergo conformational or solvation state changes under the influence of an external stimulus such as temperature, pH, light, magnetic and electric field or solvent composition. These polymers can be prepared in various architectures (as micro-/nanoparticles, thin films, membranes, polymer brushes, micelles …) and have found application in diverse fields, including tissue engineering, drug delivery and as (bio)sensors. In the field of sensors, stimuliresponsive polymers are often used as transducers between the environment to be analyzed and the detection platform. In this study, we aim to develop a transducer film based on a thermo-responsive polymer for iron detection. The first step is to synthesize a poly(N-isopropylacrylamide-co-acrylic acid) (PNIPAM-co-AAc) microgel via free radical precipitation polymerization using a thermo-responsive monomer (NIPAM), a co-monomer (AAc) and a crosslinker (N, N’-methylenebisacrylamide) (BIS). This polymerization yields microgels which exhibit a Lower Critical Solution Temperature (LCST), identified as the temperature at which the microgel undergoes a transition from a swollen state to a collapsed state. In order to study the microgel size, the monomer concentration and the stirring speed were varied. Then, the comonomer (AAc) and crosslinker (BIS) quantities were varied to study the thermo-responsive behaviour. All of these syntheses produce microgels with a LCST around 30-32°C and an excellent reversibility in terms of transition from the swollen state to the collapsed state. Considering the nature of the object (microgel), the synthesis used in this project is reproducible in terms of microgel size and LCST. To demonstrate the detection concept, microgels are functionalized with dopamine that contains catechol groups known for their specific affinity for the iron ions. The LCST of functionalized microgels shifts toward higher temperatures and their phase transition is less sharp. The second step of the project consists of depositing the microgel on a glass substrate coated with a gold thin film functionalized with cysteamine. Different parameters (pH, concentration, temperature, dipping duration) were varied in order to optimize microgel deposition. Atomic Force Microscopy (AFM) was used to observe the surface of the microgel to determine the optimal coating conditions. After this step, Surface Plasmon Resonance (SPR) spectroscopy was used to characterize the thermo- and iono-responsive behaviours of the microgel thin film.

Ce projet de thèse explore les paramètres régissant l’incorporation de nanoparticules métalliques à l’intérieur d’une couche ultramince de copolymère à bloc. Les composites sont mis en forme à l’interface air/eau à l’aide d’une cuve de Langmuir, puis transférés sur substrat solide à l’aide de la technique de Langmuir-Blodgett. Cette méthode permet d’obtenir une couche pseudo-monomoléculaire nano-structurée. Le comportement du copolymère seul à l’interface air-eau est d’abord étudié en fonction de différents paramètres tels que la température de la sous-phase, la masse molaire du copolymère, la vitesse de compression de la couche, etc… Deux types de nanoparticules métalliques sont utilisés afin de former les composites : celles étant décorées de polystyrène comportant un groupement thiol en bout de chaîne et celles étant décorées de courts thioalcanes. Pour chacun des deux cas la morphologie du nanocomposite est systématiquement étudiée en fonction de la taille des cœurs d’or et de la longueur des ligands organiques greffés à leur surface. Il est démontré que ces paramètres affectent la morphologie de la matrice ainsi que la distribution des nanoparticules. Quatre morphologies principales sont observées : particules disposées de manière disparate et brisant la morphologie de la matrice, particules agrégées sous forme d’îlots sans égards à la structure de la matrice, particules dispersées l’intérieur des domaines hydrophobes du copolymère et particules ségrégées à l’interface triple entre les deux blocs et l’air formant des anneaux de nanoparticules. Diverses expériences permettant de mieux caractériser ces systèmes ainsi que des preuves de concept permettant de valider les modèles débattus dans la thèse sont aussi présentées. Les systèmes sont principalement caractérisés par microscopie électronique en transmission et microscopie à force atomique.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les verres de chalcogénure sont reconnus depuis longtemps comme le meilleur matériau pour la transmission de la lumière infrarouge et les propriétés non linéaires. Bien que ces propriétés aient été considérablement explorées dans les verres massifs, l'utilisation de verres de chalcogénure dans des applications de faible dimensions, telles que les micro et nano composants pour la photonique intégrée, a été fortement limitée en raison des difficultés de fabrication et de traitement des composants passifs et actifs de verres de chalcogénure. Les caractéristiques intrinsèques des verres de chalcogénures comme la photosensibilité élevée, la température de transition vitreuse faible et la sensibilité élevée aux solutions basiques, ont toujours été un obstacle pour la fabrication de nano et micro-composants optiques. Les procédés standards de microfabrication créent des structures non uniformes avec une haute densité de défauts et un faible rendement. De plus, comme élément actif, le développement de lasers et d'amplificateurs opérant dans l'infrarouge moyen en utilisant les chalcogénures comme matériau hôte pour les émissions de terres rares est également complexe. Malgré la transparence dans le moyen IR, les faibles énergies des phonons, et l'indice de réfraction élevé, l'incorporation des ions de terres rares dans la matrice vitreuse, sans obtenir d'agglomération et de séparation de phase, est un défi important. Dans ce doctorat, nous étudions deux approches qui peuvent apporter des solutions aux deux problèmes : la fabrication de micro et nanostructures de chalcogénure de haute qualité et l'incorporation de dopants dans des structures optiques de faible dimension. Nous étudions le système vitreux As-Se en couche mince pour la production de micro-composants optiques. La méthode de démouillage et de refusion thermique est proposée comme alternative pour corriger les défauts produits lors du processus de photolithographie ainsi que pour produire des îlots de matière répartis sur le substrat. Le démouillage des couches minces de As-Se est également utilisé pour étudier la dynamique et la cinétique du transport de masse, régies par les forces moléculaires et le flux visqueux du verre. Nous avons découvert qu'un tel processus est principalement déterminé par la structure moléculaire du verre et la connectivité du réseau et qu'il peut être contrôlé par des paramètres comme l'épaisseur de la couche mince, la température, la vitesse de chauffage et l'atmosphère, permettant la création de microstructures avec des rapports de forme élevés et de bonnes qualités optiques. La production de couches minces d'As-Se dopées à l'erbium est également abordée par l'utilisation de la méthode de co-évaporation. Nous avons pu augmenter les limites de dopage au-dessus des limites structurelles du verre As-Se en évaporant simultanément l'erbium métallique par évaporation thermique et le verre par la technique du faisceau d'électrons. Cette méthode réduit le taux d'agglomération de l'erbium et crée des films homogènes et uniformes avec une efficacité d'émission augmentée et des propriétés de fluorescence prometteuses. De plus, le rôle des défauts de chalcogénure (états localisés inter-bandes interdites) dans le mécanisme d'échange d'énergie, qui permet à l'erbium d'émettre dans une région d'excitation plus large, est étudié. Finalement, nous utilisons le traitement thermique dans le matériau dopé à l'erbium et induisons une refusion thermique de la matrice vitreuse As₂₀Se₈₀ dopée à l'erbium, dans la configuration de couche mince et de guide d'onde. Nous avons constaté que la refusion thermique peut être utilisée pour améliorer la morphologie du guide d'onde tout en augmentant simultanément l'émission de fluorescence. Ce travail démontre qu'avec les bonnes stratégies de fabrication et de traitement thermique, il est possible d'exploiter les propriétés exceptionnelles des verres de chalcogénure, qui ont le potentiel de révolutionner le domaine en plein essor de la photonique intégrée des matériaux exotiques. / Chalcogenide glasses have long been recognized for being the best material for infrared light transmission and nonlinear properties. Although such properties have been considerably explored in the bulk form, the use of chalcogenide glasses in low-dimension applications, such as micro and nano components for integrated photonics, has been severely limited due to the difficulties in the fabrication and processing of chalcogenide passive and active components. The intrinsic characteristics of chalcogenide glasses such as high photosensitivity, low glass transition temperature, and high sensitivity to basic solutions, have long been an hurdle for the fabrication of micro and nano-optical components. The standard processes of microfabrication results in non-uniform structures with a high density of defects and low yield. Furthermore, as an active element, the development of mid-IR lasers and amplifiers by using chalcogenide as host material for rare earth mid-IR emissions is also troublesome. Despite the transparency in mid-IR, the low phonon energies, and the high refractive index, the incorporation of rare earth ions into the glass matrix without obtaining agglomeration and phase separation remains a significant challenge. In this Ph.D. thesis, we investigate two approaches that may shed light on the solutions to both problems: the fabrication of high-quality chalcogenide micro and nanostructures and the incorporation of dopants into low-dimension optical structures. We investigate the As-Se glassy system in thin film configuration for the potential production of micro-optical components. The dewetting and thermal reflow method is proposed as an alternative for correcting defects produced during the photolithography process as well as producing islands of material distributed on the substrate. Dewetting of As-Se thin films is also used to investigate the dynamics and kinetics of mass transport, governed by the molecular forces and the glass viscous flow. We discovered that such process is primarily determined by the molecular structure of the glass and network connectivity and that it can be controlled by parameters such as thickness, temperature, heating rate, and atmosphere, allowing the creation of high aspect ratio microstructures with good optical quality. The production of erbium-doped As-Se thin films is also approached by the use of the co-evaporation method. We were able to increase the limits of doping beyond the structural limitations of the As-Se structure by thermally evaporating metallic erbium while simultaneously evaporating glass by the electron beam technique. This method reduces the rate of erbium agglomeration and creates homogeneous and uniform films with increased emission efficiency and promising fluorescence properties. Moreover, the role of chalcogenide defect states (localized inter-band gap states) in the energy exchange mechanism that allows erbium to emit over a wider excitation region is investigated. Finally, we implement the thermal processing in the Er-doped material, and induce thermal reflow in the erbium-doped glassy matrix As₂₀Se₈₀, in thin film and waveguide configuration. We found that thermal reflow can be used to improve the waveguide morphology while simultaneously increasing the fluorescence emission. This work demonstrates that with the appropriate production and processing strategies, it is possible to exploit the outstanding properties of chalcogenide glasses, which have the potential to revolutionize the growing field of integrated photonics of exotic materials.

Dans ce projet nous avons étudié le phénomène photo-induit dans les couches minces de chalcogénures à base d’arsenic (As) dopé au cuivre (Cu). Les échantillons ont été préparés sous forme de couches minces par la méthode de co-évaporation. En raison du fait que les effets photo-induits dans les chalcogénures amorphes dépendent de l’énergie des photons, nous avons employé un laser argon pour irradier ces couches minces à une énergie en-dessous (1.5 eV), près (2.4 et 2.5 eV), et au-dessus (5 eV) de la bande interdite de ces derniers. D’autres variables d’exposition contrôlables telles que la densité de puissance et le temps d’exposition ont également été étudiées. Il est bien connu que l'un des changements photo-induits dans les matériaux de chalcogénures basés sur l’arsenic par exposition à une lumière proche de la bande interdite résulte en un déplacement de la bande interdite vers de plus grandes longueurs d’onde, c'est-à-dire un photodarkening (PD). Cependant l'observation de Liu [1] montre que la présence de 1% Cu dans le verre As₂S₃ supprime le PD, il reste un manque d'étude détaillée concernant l'influence de différentes conditions expérimentales sur la structure, et les propriétés optiques des verres à base d’arsenic dopés avec le cuivre. Dans le présent travail, nous avons étudié l’effet de l’addition du cuivre sur les phénomènes photo-induits dans le système Cux(As₂₀S₈₀)₁₀₀₋x. Les changements photo-induits tels sur les propriétés optiques et structurales des couches minces ont été étudiés après exposition des couches à différentes longueur d’onde et temps d`irradiation (0-90 min). La morphologie de la surface après exposition a été examinée au microscope électronique à balayage (SEM). Les compositions chimiques mesurées par analyse d'énergie dispersive (EDX) indiquent une augmentation des atomes d'oxygène dans la région exposée. Les mesures Raman des échantillons avant et après irradiation fournissent une preuve des changements structurels induits par la lumière: une diminution des unités pyramidales AsS₃/₂ et la formation de la liaison Cu-S. La formation d'arsénosulfure de cuivre (Cu₃AsS₄) et de As₂O₃ a également été confirmée lorsque la densité de puissance de l'exposition augmente. / The aim of this project is the study of the photo-induced phenomenon in arsenic-based chalcogenides thin film doped with copper. The arsenic based chalcogenide thin films were prepared by the co-evaporation method. Due to the fact that photo-induced effects in amorphous chalcogenides depend on the energy of the photons, we used an Argon laser to irradiate these thin films at an energy below (1.5 eV), near (2.4 and 2.5 eV), and above (5eV) of the band gap. Other controllable exposure variables such as power density and exposure time were also studied. This work was done in the laboratory of COPL (Center of Optics Photonics Laser) of the University Laval. It is well known that one of the photo-induced changes in As-based chalcogenide materials by exposure to near-bandgap light result in the red shift of the absorption edge i.e. photodarkening (PD). However since the observation of Liu [1] showing that the presence of 1% Cu in bulk As₂S₃, eliminates the PD, there remains a lack of detailed study concerning the influence of different experimental conditions on the structure, and optical properties of As-based glasses doped with copper. Accordingly, in the present work we have investigated the effect of copper on the photo-induced phenomena of chalcogenide glassy system Cux(As₂₀S₈₀)₁₀₀₋x. Photo-induced changes of the optical and structural properties of the films were studied after the films were exposed to different band-gap illuminations (5, 2.5, 2.4, 1.55 eV) and time exposure (0-90 min). The optical absorption edge measured for the Cu10-(As₂₀S₈₀)₉₀ thin films above and near the bandgap show that the red shift of the gap by above bandgap photon illumination is considerably higher (ΔEg=0.9 eV) than ΔEg induced by near bandgap illumination (ΔEg =0.14 eV). The morphology of the surface after exposure was examined using a scanning electron microscopy (SEM). The chemical compositions measured using energy dispersive spectroscopy (EDX) indicate an increase of the oxygen atoms into the exposed area. Raman spectra of the illuminated samples provide an evidence of the light-induced structural changes: a decrease in AsS₃/₂ pyramidal units and formation of Cu-S bond. The formation of copper arsenosulphide (Cu₃AsS₄) and As₂O₃ was also confirmed as the power density of exposure increases.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Les fluoropolymères sont une classe de polymères connus pour leurs propriétés exceptionnelles, les distinguant ainsi des autres matériaux. Leurs caractéristiques uniques incluent une stabilité thermique, une faible constante diélectrique, un faible coefficient de frottement, une inertie chimique et une faible énergie de surface. En raison de ces attributs, les fluoropolymères sont amplement utilisés dans diverses industries, par exemple en tant que matériaux barrières ou encore dans les matériaux composites et multicouches. Bien que leur inertie chimique soit bénéfique à de nombreuses fins, elle peut gêner l'adhésion à des cibles spécifiques comme les adhésifs ou d'autres matériaux. Par conséquent, des techniques de modification de surface sont souvent utilisées pour améliorer leurs propriétés d'adhésion tout en conservant leurs propriétés de volume souhaitées. Actuellement, des modifications de surface des polymères fluorés peuvent être obtenues grâce à des traitements chimiques humides et des traitements au plasma. Les traitements chimiques humides impliquent des produits résiduels nocifs et une perte potentielle des propriétés optiques et mécaniques du polymère. En revanche, les traitements au plasma offrent une approche sèche avec moins de sous-produits chimiques. Les traitements plasmas à basse pression ont été largement étudiés depuis les années 1950, rapportant des changements morphologiques et chimiques sur la surface du polymère, conduisant à des propriétés d'adhésion améliorées. Cependant, les limites de l'approche basse pression incluent des substrats de petite taille, des pompes à vide spécialisées et une approche de traitement par lots, qui réduit les taux de production. Par conséquent, l'utilisation de systèmes de plasma à pression atmosphérique suscite un intérêt croissant pour remédier à ces limitations. Ceci est généralement réalisé en employant des plasmas de gaz non réactifs tels que l'hélium ou l'argon. Cependant, ces gaz sont relativement coûteux par rapport aux gaz réactifs courants (par exemple l'air, l'azote), et peuvent avoir un impact significatif sur le coût global des procédés. De plus, l'utilisation d'approches via plasma pour traiter différents fluoropolymères peut s'avérer complexe. Les processus et conditions expérimentales peuvent ne pas fonctionner pour des polymères de natures différentes (par exemple le degré de fluoration, la cristallinité, ou encore le poids moléculaire). En conséquence, ce travail de thèse de doctorat propose d'étudier la modification de films de fluoropolymères en utilisant un traitement au plasma d'azote à pression atmosphérique. Le traitement induit une modification de surface stable avec des caractéristiques morphologiques et physico-chimiques améliorant les propriétés d'adhésion. Plus précisément, le traitement améliore l'adhésion à différents degrés, allant des films aux adhésifs silicones, caoutchoucs et acryliques. Ces informations peuvent être utilisées pour sélectionner l'adhésif approprié pour une application particulière et pour évaluer les modifications de surface grâce à des tests de pelage. De plus, il a été démontré que le traitement au plasma crée une surface qui résiste au lavage avec divers solvants. De plus, les résultats indiquent que l'énergie de surface n'est pas un paramètre précis pour évaluer l'adhésion des fluoropolymères traités au plasma. En effet, l'évolution de l'adhésion est plutôt liée à une signature chimique qui dépendrait du ratio de groupes fonctionnels spécifiques dans la surface du polymère fluoré. Enfin, l'adhésion obtenue à partir de surfaces traitées a été comparée à celle de polymères fluorés chimiquement attaqués, soulignant qu'il est possible d'obtenir une adhésion plus élevée grâce au traitement proposé ici. Dans l'ensemble, ce travail de doctorat a mis en évidence le potentiel d'utiliser un plasma à pression atmosphérique, généré dans l'azote, afin de fournir une solution alternative. Notamment, en ayant un impact environnemental moindre que celui de la gravure chimique humide, avec l'avantage d'utiliser un plasma à pression atmosphérique et de l'azote comme gaz de travail. / Fluoropolymers are a class of polymers known for their exceptional properties, making them stand out among other materials. These unique characteristics include thermal stability, low dielectric constant, low friction coefficient, chemical inertness, and low surface energy. Due to these attributes, fluoropolymers find widespread use in various industries, serving as barrier materials, composites, and multilayer materials. Although their chemical inertness is beneficial for many purposes, it can hinder adhesion to specific targets like adhesives or other materials. Therefore, surface modification techniques are often employed to enhance their adhesion properties while maintaining their desirable bulk properties. Currently, surface modifications of fluoropolymers can be achieved through wet-chemical treatments and plasma treatments. Wet-chemical treatments involve harmful residual products and potential loss of optical and mechanical properties of the polymer. On the other hand, plasma treatments offer a dry approach with fewer chemical by-products. Low-pressure plasma treatments have been studied extensively since the 1950s, reporting morphological and chemical changes on the polymer surface, leading to improved adhesion properties. However, low-pressure plasma approach limitations include small substrate sizes, specialized vacuum pumps, and a batch processing approach, which reduces production rates. Consequently, there has been a growing interest in using atmospheric pressure plasma systems to address these limitations. This is usually achieved by employing plasmas of non-reactive gases such as helium or argon. However, these gases are relatively expensive compared to common reactive gases (*e.g.*, air, nitrogen) and can significantly impact the overall cost of plasma surface modifications. In addition, the use of plasma approaches to treat different fluoropolymers can be challenging. Standardized processes and guidelines may not work for polymers of different natures (*i.e.*, degree of fluorination, crystallinity, molecular weight). Accordingly, this thesis proposes an atmospheric pressure nitrogen plasma treatment of fluoropolymer films. The treatment induces a stable surface modification with morphological and physicochemical characteristics that improve the adhesion properties. More specifically, the treatment improves the adhesion of fully fluorinated polymer films to silicones, rubbers, and acrylic adhesives. This information can be used to select the appropriate adhesive for a particular application and to evaluate surface modifications through peel testing. In addition, it was shown that plasma treatment creates a surface that withstands washing with various solvents. Moreover, the findings indicate that the surface energy is not an accurate parameter for assessing plasma-treated fluoropolymers adhesion. Indeed, the evolution of the adhesion was linked to a specific chemical signature that depended on the ratio of specific functional groups in the fluoropolymer surface. Finally, the adhesion obtained from treated surfaces was compared with that from chemically etched fluoropolymers, highlighting that it is possible to get higher adhesion by the treatment proposed here. Overall, this research project highlighted the potential of plasma processes to provide an alternative solution with a lower environmental impact than wet chemical etching, with the advantage of using an atmospheric pressure plasma and nitrogen as working gas.

Ce travail est relatif au développement de microcapteurs de gaz sélectifs. De façon générale, ces dispositifs sont composés d'un oxyde semi-conducteur, le dioxyde d'étain, associé à deux électrodes métalliques. L'objectif de l'étude est double, d'une part, améliorer la sélectivité par dépôt de filtre catalytique métallique, et d'autre part mieux appréhender les interactions entre l'oxygène, les métaux qu'ils soient utilisés sous forme d'électrode ou de membrane et le dioxyde d'étain.<br /><br />Le dépôt d'un film mince de platine sur une couche épaisse de 20 μm de dioxyde d'étain a permis d'améliorer la sélectivité du dispositif au CH4 en présence de C2H5OH et de CO. En revanche, lorsqu'il a été déposé à la surface d'une couche mince de 70 nm de dioxyde d'étain, le film mince de platine n'a pas rendu possible l'amélioration de la sélectivité du matériau sensible.<br /><br />Par la suite, notre démarche a consisté à évaluer les propriétés physico-chimiques de chaque constituant du dispositif à savoir le dioxyde d'étain, le métal ou l'association des deux. Pour cela, nous avons fait appel à différentes techniques couramment utilisées pour la caractérisation des interactions gaz – solide telles que la catalyse, la calorimétrie ou la mesure électrique. Des effets de synergie entre le métal et l'oxyde vis-à-vis de l'adsorption et des effets électriques de l'oxygène gazeux ont pu être mis en évidence. Ces résultats ont été exploités pour proposer un mécanisme permettant d'expliciter les phénomènes électriques qui interviennent lors de la chimisorption d'oxygène à la surface d'un système regroupant le dioxyde d'étain et un métal. Ce modèle a été confronté aux résultats expérimentaux relatifs à l'influence de l'épaisseur du dioxyde d'étain sur les réponses électriques sous gaz réducteur des capteurs de gaz.

L'intérêt des guides d'onde à base de couches minces chalcogénures pour des applications dans l'infrarouge comme la métrologie de l'environnement, l'amplification optique ou l'interférométrie spatiale est démontré. La réalisation de ces guides par empilement et gravure de couches non dopées ou dopées erbium est ensuite décrite, étape par étape. La première d'entre elles a consisté à acquérir la maîtrise du dépôt des verres chalcogénures purs par pulvérisation cathodique radiofréquence. Des films de bonne qualité et aux propriétés reproductibles ont pu être obtenus. La dépendance des propriétés des films en fonction de leur épaisseur a été mise en évidence. La deuxième étape concerne le dopage erbium des couches minces chalcogénures, pour la réalisation de composants actifs. L'introduction de l'erbium sous sa forme optiquement active Er(3+) a pu être mise en évidence par la présence du phénomène de photoluminescence dans les couches. Les premières mesures de durées de vie sont par ailleurs très encourageantes. La troisième étape de la réalisation des guides d'onde est la gravure des couches guidantes : trois types de gravure (gravures chimique, sous plasma inerte et sous plasma réactif) ont été testés et comparés. Des marches de bonne qualité ont pu être obtenues par chacune de ces trois méthodes. La dernière étape décrite dans ce manuscrit est la réalisation et la caractérisation des guides proprement dits : deux types de guide (TIR et ARROW) ont été réalisés et testés avec succès.

Cette étude porte sur la construction d’un modèle de prévision de la durée de vie à écaillage des barrièresthermiques protégeant les aubes de turbines aéronautiques, par le développement et l’exploitation d’essaisd’adhérence. La chaîne de modélisation de la durée de vie proposée comporte trois étapes. Tout d’abord, leschamps mécaniques dans les différentes couches du système sont évalués par un modèle semi-analytique decomportement de la structure multicouche, qui a été modifié pour favoriser son adaptabilité industrielle. Àpartir de l’histoire thermo-mécanique du substrat comme donnée d’entrée, qui peut être extraite d’un calculd’aube par EF, ce modèle prévoit la déformation de l’interface entre la pièce métallique et sa protectioncéramique lorsqu’un champ de contraintes lié à l’oxydation du métal lui est appliqué. Des mesures de rumpling,provoqué par le vieillissement du système à différentes températures, ont permis d’identifier et de valider lemodèle.Dans un deuxième temps, l’énergie d’adhérence est estimée au travers d’un modèle d’endommagements’appuyant sur la réponse mécanique du modèle de comportement précédent. L’endommagement, écrit àl’échelle de l’interface et découplé du comportement mécanique, a été identifié sur l’énergie d’adhérencequantifiée expérimentalement. Afin de caractériser au mieux l’énergie d’adhérence de la barrière thermiquesur son substrat, plusieurs essais ont été mis en oeuvre, permettant de solliciter l’interface dans une largegamme de mixité modale. Pour ce faire, des essais spécifiques ont été développés pour se rapprocher d’unepropagation de la fissure interfaciale en mode de cisaillement. Finalement, un critère énergétique permet dedéterminer la durée de vie du système, par comparaison de l’énergie d’adhérence et de l’énergie disponibledans le système pour la propagation d’une fissure interfaciale. Cette chaîne de prévision de la durée de vie estapplicable en post-traitement d’un calcul d’aube. Il a été montré que les tendances expérimentales sontcorrectement reproduites par la chaîne de durée de vie mise en place. / The aim of this study is to build a lifetime assessment model for thermal barrier coatings protecting aircraftturbine blades, by setting up and using adhesion tests. The model involves three steps: first, the mechanicalfields inside the layers are computed by a semi-analytical model of the multi-layered system behaviour, whichwas improved to fit the industrial demands. Given the thermo-mechanical history of the substrate (which canbe derived from FE computations), the model computes the interface strains between the metallic substrateand the ceramic protection under a stress field induced by oxidation. The model has been identified andvalidated with respect to rumpling measurements for different ageing temperatures of the system.During a second step, the interface toughness is estimated through a damage model depending on themechanical response of the multi-layered system. The damage parameters have been identified on toughnessmeasurements, and are not coupled to the multi-layer behaviour. In order to characterize the TBC toughness,several shear mode interface crack propagation tests have been developed and carried out.Finally, an energetic approach allows computing the system lifetime by comparing the decreasing interfacetoughness to the elastic stored energy. This lifetime assessment model can be applied as a post-processing of afinite element computation on a turbine blade and it has been shown that the experimental trends areconsistent with the lifetime given by the model.

Grâce à leur haute efficacité et leur durée de vie plus longue, les LED sont de plus en plus utilisées pour l’éclairage, et particulièrement depuis ces dernières années, pour l’éclairage public. Toutefois, le spectre d’émission d’une LED diffère de celui d’une ampoule à incandescence ou à décharge, avec notamment des longueurs d’onde dont l’amplitude est plus élevée dans le domaine du bleu. Il a été démontré que ces longueurs d’onde bleues réduisent la sécrétion de mélatonine, une hormone qui, en plus de ses propriétés anti-oxydantes et anti- cancérigènes, permet de réguler l’horloge biologique du corps humain. La carence de mélatonine peut provoquer des états de fatigue et de stress, pouvant conduire dans certains cas à la dépression. Les longueurs d’onde rouges et proche-IR issues d’éclairages LED ou incandescent ont également des effets négatifs sur l’environnement, puisqu’elles perturbent les cycles de la végétation, comme la photosynthèse. Ces problèmes de santé publique sont connus des autorités, si bien qu’elles imposent des normes pour réduire l’émission de longueurs d’onde bleue, rouge et proche-IR issues de l’éclairage public (ex. norme BNQ 4930-100 au Québec). Dans ce projet, nous proposons des filtres interférentiels permettant d’éliminer les longueurs d’onde nuisibles issues d’un éclairage LED, sans impacter la qualité et l’efficacité de cet éclairage. En utilisant la technique de dépôt PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition), nous avons développé des matériaux optiques innovants qui permettent de réaliser des filtres efficaces, simples et à faible coût.

Ce travail de thèse porte sur l'étude et la réalisation de micro-capteurs d'accélération à détection thermique. Ils sont basés sur la modification des échanges thermiques par convection naturelle dans un fluide chauffé localement lorsque le dispositif est soumis à une accélération. L'utilisation d'un fluide comme masse sismique est en rupture avec les concepts d'accéléromètres dits traditionnels. Cet avantage a pour conséquence directe leur tenue aux fortes accélérations. Un des objectifs de ce travail consiste à développer et à caractériser des accéléromètres à grande étendue de mesures (> 10 000 g). D'autre part, des études fondamentales menées en parallèle nous ont permis de mieux comprendre les phénomènes thermiques intervenant dans la cavité ainsi que d'en déduire l'effet des paramètres thermo-physiques du fluide, des conditions expérimentales et des dimensions géométriques du capteur sur la sensibilité et la bande passante. Par ailleurs, l'étude de nouveaux concepts de détection thermique basés sur l'utilisation de matériaux pyroélectriques a été entreprise pour aboutir à une amélioration de la sensibilité comme de la bande passante. Après la maîtrise des dépôts en couches minces, ce nouveau mode de détection a été mis en oeuvre et le principe validé.