Ce travail de thèse s’inscrit dans le cadre de l’étude des réponses optiques des nanocristaux à base de semiconducteurs II-VI. Ici nous avons déterminé les propriétés optiques de ZnTe, ZnS et ‘ZnS : Mn’ nanostructurés par ellipsométrie spectroscopique (SE). Nous avons déterminé la fonction diélectrique et les transitions optiques des NC-ZnTe par SE dans la gamme spectrale 0.6 à 6.5 eV. L’influence de la taille des NC sur les propriétés optiques et en particulier sur les transitions optiques a été aussi montrée. Les réponses optiques ont été déterminées en utilisant deux modèles : le modèle des points critiques d’Adachi et la loi de dispersion de Tauc-Lorentz. Tout au long de ce travail, nous avons tenté de contribuer à la compréhension du processus d’absorption dans les NC semi-conducteurs avec une technique non destructive capable de rendre compte des phénomènes liés à la réduction de la taille. Malgré le caractère indirect de l’ellipsométrie nécessitant une bonne connaissance de l’échantillon, nous avons démontré qu’elle est capable de déterminer plusieurs propriétés des NC (indice de réfraction complexe, coefficient d’absorption, énergie de gap, signatures des transitions optiques, excès de NC, taille moyenne, épaisseurs des couches de silice) et même de tenir compte des défauts liés à l’implantation / In this work, we report on the study of the optical responses of nanocrystals semiconductor based II-VI. Here we have determined the optical properties of nanostructured ZnTe, ZnS and 'ZnS:Mn' by spectroscopic ellipsometry (SE). We have obtained the dielectric function and optical transitions of NC-ZnTe by spectroscopic ellipsometry in the spectral range 0.6 à 6.5 eV. The influence of the NC size on the optical properties and on the optical transitions was also shown. The optical responses were extracted using two models: the generalized critical points model of Adachi and the Tauc-Lorentz dispersion formula. Throughout this work we have tried to contribute to the understanding of absorption processes in semiconductor NC with a nondestructive technique by tacking into account the phenomena related to quantum confinement. Despite the indirect nature of ellipsometry requiring a good knowledge of the sample, we demonstrated that it is able to determine several properties of NC (complex refractive index, absorption coefficient, energy gap, optical transition energies, NC of excess, thick layers of silica) and even to take account into defects due to implantation.

Les dattes sont le siège d'attaques importantes d'insectes. La fumigation à l'aide de gaz toxiques est la réponse classique et efficace pour tuer ces insectes, mais celle-ci est peu respectueuse de l'environnement et incompatible avec le cahier des charges des dattes certifiées biologiques. Aussi, des alternatives de désinfestation par des procédés thermiques sont envisagées. Ces dans ce contexte, que s'inscrit le présent travail qui a pour but de développer des approches expérimentales et de modélisation pour évaluer l'impact de transfert de chaleur (convection thermique et ondes électromagnétiques) sur la désinfestation des dattes, tout en limitant leur brunissement. Pour y parvenir, un élevage d'insecte (Ephestia kuehniella Zeller) a été réalisé et une base de données originale du taux de survie des oeufs et larves est construite entre 46 et 75°C. Les deux modèles cinétiques retenus (ordre 1 pour les oeufs ; distribution de Weibull pour les larves) représentent bien le taux de survie des insectes en fonction de leur historique thermique. En parallèle, un modèle numérique de transfert d'énergie en 2D axisymétrique a été conçu et résolu par la méthode des éléments finis (Comsol). Il prend notamment en compte, les diverses parties d'une datte (pulpe, lame d'air, noyau) et la position de l'hôte-insectes dans la datte. Les propriétés diélectriques des insectes et de la datte ont été mesurées et injectées dans le modèle afin de simuler le couplage entre les transferts d'énergie, le taux de survie de la larve localisée dans la lame d'air, celui des oeufs à la surface des dattes, ainsi que de leurs interactions lors du chauffage et refroidissement. L'obtention d'un faible taux de survie d'une larve constitue l'élément limitant pour l'opération de désinfestation par convection. En revanche, c'est le taux de survie des oeufs qui devient l'élément limitant pour les traitements par ondes électromagnétiques. Eu égard à leurs surfaces spécifiques élevées, les oeufs ne s'échauffent pas suffisamment pour mourir pendant les traitements micro-ondes (915 MHz) à des champs électriques. Une désinfestation par micro-ondes ne présente un intérêt qu'en étant associée simultanément ou séquentiellement à un traitement de surface avec un fluide chaud (air, liquide, vapeur). En revanche, un transfert convectif intense (avec un liquide) utilisé seul risque d'aboutir à un brunissement superficiel trop important des dattes. Aussi, un traitement micro-ondes (1 290 V m-1) associé à une ventilation modérée (20 W m-2 K-1) à l'air chaud (60°C) permet en 180 s, d'obtenir un taux de survie d'insectes de 0,01% tout en limitant le brunissement. En revanche, cette opération combinée ne peut être mise de façon efficace qu'avec une bonne homogénéité de la teneur en eau des dattes. En effet, le facteur de pertes diélectriques de la pulpe de datte dépend fortement de la teneur en eau. / Date fruits are subject to major attacks by insect pests. Fumigation with toxic gases is the classic and effective response to insect infestation, but it is neither environmentally friendly nor compatible with organic date certification. Alternative forms of disinfestation by thermal processes are therefore considered. The present work aims to develop experimental and modelling approaches to evaluate the impact of heat transfer (convection and electromagnetic waves) on the disinfestation of dates, while limiting browning. To achieve this, a breeding population of insects (Ephestia kuehniella Zeller) was established and a database of survival rate of eggs and larvae between 46 °C and 75 °C constructed. The two kinetic models selected (first order for eggs and a Weibull distribution for larvae) accurately describe insect survival according to their thermal history. In parallel, a 2D axis-symmetric numerical model of energy transfer was designed and solved by the finite element method (Comsol). It takes into account the various parts of a date fruit (pulp, air layer and pit) and the position of an insect in the fruit. The dielectric properties of insects and date fruit were measured and used in the model in order to simulate the coupling between the energy transfer, the survival rate of larvae located in the air layer (between pulp and pit), that of eggs on the date surface, and their interactions during heating and cooling. Achieving a low survival rate of larvae is the limiting factor for disinfestation by convection, whereas in contrast, the survival rate of eggs becomes the limiting factor for treatment by electromagnetic waves. Due to their high specific surface area, the eggs do not become hot enough to die during microwave treatment (915 MHz) at an electric field . Disinfestation by microwaves is therefore only of interest if associated simultaneously or sequentially with a surface treatment using a hot fluid (air, liquid, vapour). In contrast, an intense convective transfer (with liquid) used alone may lead to unacceptable surface browning. A microwave treatment (1 290 V m-1) associated with moderate ventilation (20 W m-2 K-1) with hot air (60 °C) for 180 s achieves an insect survival rate of 0.01% while limiting surface browning. However, this combined operation is only effective if the water content of dates is homogeneous. Indeed, the dielectric loss factor of date pulp depends strongly on water content.

Les matériaux diélectriques jouent un rôle important dans les applications industrielles et les domaines de la recherche scientifique et leur utilisation a augmenté ces dernières années. Leurs applications concernent l'industrie moderne des circuits intégrés et les réseaux d'antennes compacts. De plus, les composites structuraux légers dans l'industrie aérospatiale, les armures corporelles en Kevlar et les composites à matrice céramique pour la stabilité thermique dans les environnements chauds des moteurs sont des exemples de certaines des applications récemment développées des matériaux diélectriques. Par conséquent, la détection des défauts de ces matériaux diélectriques devient très importante pour le contrôle du processus de fabrication, l'optimisation de la conception et des performances des appareils électriques, et la surveillance et le diagnostic du système. Par conséquent, le besoin de tests de contrôle non destructifs (CND) précis des matériaux structurels et fonctionnels diélectriques a également augmenté. Cependant, le CND de ces matériaux n'est pas aussi développé que celui des métaux et de nouvelles approches pour évaluer la qualité de ces matériaux lors de la fabrication et de la maintenance n'ont pas encore été développées. Par conséquent, il sera utile de développer de nouvelles méthodes telles que des techniques de détection capacitive qui peuvent surmonter certaines des restrictions associées à d'autres techniques d'évaluation des matériaux diélectriques. La simulation numérique utilisant la modélisation par éléments finis (FEM) tridimensionnelle (3D) est utilisée dans le logiciel COMSOL Multiphysics pour simuler la distribution du champ électrique à partir d'un capteur capacitif coplanaire et la façon dont il interagit avec divers échantillons composés de différents types de défauts. Une analyse détaillée FEM est fournie pour étudier les paramètres de conception, y compris la forme/taille/distance des électrodes coplanaires pour évaluer et identifier les caractéristiques importantes des électrodes capacitives coplanaires, telles que la pénétration et la force du champ électrique en fonction du capteur propriétés géométriques. De plus, l'influence des différentes fréquences, du décollement et de la présence ou de l'absence d'une plaque de blindage métallique et d'une électrode de garde sur le résultat de sortie est analysée par la même méthode. En outre, la distribution du champ électrique, en fonction du nombre d'électrodes, à partir d'un capteur capacitif coplanaire multi-électrodes avec différents agencements d'électrodes d'entraînement et de détection, et comment ce champ peut être modifié en changeant l'agencement est simulé et illustré par le MEF 3D. Des expériences physiques sont réalisées avec plusieurs capteurs capacitifs coplanaires pour vérifier les résultats de la simulation et évaluer les performances de la sonde. Dans ces expériences, les performances d'imagerie du capteur, l'effet des paramètres de conception sur les performances du capteur, l'impact des divers matériaux testés et la faisabilité de la sonde capacitive coplanaire multi-électrodes seront pris en compte. La comparaison des résultats de simulation numérique et d'expériences physiques montre qu'ils sont en bon accord qualitatif. / Dielectric materials have an extensive role in both industrial applications and scientific research areas and their use has increased in recent years. Furthermore, lightweight structural composites in the aerospace industry, Kevlar body-armour and ceramic-matrix composites for thermal stability in hot engine environments are examples of some of the recently developed applications of dielectric materials. Therefore, the flaw detection of these dielectric materials becomes markedly important for the process control in manufacturing, optimization of electrical apparatus design and performance, and system monitoring and diagnostics. Consequently, the need for accurate non-destructive testing (NDT) of dielectric structural and functional materials has also been increased. However, the NDT of such materials is not as well developed as those for metals and new approaches to evaluate the quality of these materials during manufacturing and maintenance have not yet been expanded. Therefore, it will be valuable to develop new methods such as capacitive sensing techniques which can overcome some of the restrictions associated with other techniques for assessing dielectric materials. The numerical simulation using three dimensional (3 D) Finite Element Modelling (FEM) is employed in COMSOL Multiphysics software to simulate the electric field distribution from a coplanar capacitive sensor and the way it interacts with various specimens composed of different types of defects. A detailed analysis FEM is provided to study the design parameters including the shape/size/distance of the coplanar electrodes to assess and identify the important features of the coplanar capacitive electrodes, such as the penetration and strength of the electric field as a function of sensor geometrical properties. In addition, the influence of the different frequencies, lift-off, and the presence or absence of a metal shielding plate and guard electrode on the output result is analyzed by the same method. Besides, the electric field distribution, as a function of the number of electrodes, from a multi-electrode coplanar capacitive sensor with different arrangements of driving and sensing electrodes, and how this field may be altered by changing the arrangement is simulated and illustrated by the 3D FEM. Physical experiments are carried out by several coplanar capacitive sensors to verify the simulation results and evaluate the performance of the probe. In these experiments, the imaging performance of the sensor, the effect of design parameters on the sensor performance, the impact of various materials under test, and the feasibility of the multi-electrode coplanar capacitive probe will be considered. Comparison of the numerical simulation results and physical experiments illustrate that they are in good qualitative agreement.

Ce mémoire présente les démarches qui ont menées à l’obtention d’un modèle statistique pouvant prédire les propriétés d’une surface de fluoropolymère traitée en défilant entre les électrodes d’un système de décharge à barrière diélectrique (DBD) en caractérisant le procédé plasma utilisé. Le réacteur plasma utilisé ainsi que les différents moyens de caractérisation du procédé et de la surface y sont présentés. De plus, plusieurs voies de modélisation utilisant l’algorithme de régression par projection sur les structures latentes (PLS) sont présentées. Afin de modéliser le procédé, une étude de répétabilité en temps de celui-ci a été effectuée. Cette étude avait pour but de montrer que malgré l’apparition d’une couche de dépôt non désirée à la surface de l’électrode découverte du montage DBD, la caractérisation de la surface traitée restait inchangée. Par la suite, la modélisation par PLS est présentée. Avec celle-ci, il est possible d’identifier les facteurs du procédé ayant le plus d’impacts sur la modification de surface. Ces facteurs sont la nature du film de fluoropolymère utilisé comme substrat, la vitesse de défilement de ce film de polymère entre les électrodes de la DBD, le rapport cyclique du signal électrique servant à entretenir la décharge plasma, et le temps de résidence du gaz porteur et du précurseur dans la décharge. Connaissant ces facteurs principaux, des études de cas particuliers sont présentés. Avec ces derniers, il est montré que le modèle devient de moins en moins efficace plus le dépôt est important. Des effets non-linéaires observés sur différentes propriétés de la surface traitée sont aussi observés. / This master thesis contains the steps that lead to a statistical model able to predict the properties of a treated fluoropolymer surface circulating between the electrodes of a dielectric barrier discharge (DBD) system by characterization of the plasma process. The reactor used as well as different characterization apparatus of the plasma process and surface treatment are described. Moreover, different means of modelization using the projection to latent structure (PLS) algorithm are shown. To be able to model the plasma process, a preliminary study of the process repeatability in time has been made. Results of the study show that despite the apparition of an unwanted layer of deposition on the uncovered electrode during the plasma process, the surface treatment physicochemistry does not change. Subsequently, the plasma process modelization by PLS is shown. Using this technique, it is possible to identify and quantify the importance of the input factors in the model. The important factors that are highlighted are the nature of the fluoropolymer film, the line speed of the polymer film between the electrodes, the duty cycle of the electrical signal used to maintain the plasma discharge, and the carrier and precursor gas residence time in the discharge. Knowing these factors, specific case studies were made to assess the proficiency of the model to do predictions. It was observed that the model becomes less precise when the surface shows bigger change. Non-linear effects were also seen of different surface treatment properties.

Les interactions entre un milieu diélectrique et des impulsions laser intenses sont étudiées, d’abord d’un point de vue général, puis dans le contexte de la fabrication de nanostructures de surface auto-organisées. Les bases de l’électromagnétisme, de l’optique et de la physique des plasmas sont posées, avant de présenter la première contribution majeure de cette étude. Un nouveau modèle décrivant la formation de plasma induit par laser dans un milieu diélectrique, nommé delayed rate equations (DRE), est présenté. Ce modèle d’ionisation a les avantages d’être facile à implémenter dans une simulation numérique, peu coûteux en ressources computationnelles. L’émergence de nanostructures périodiques auto-organisées à la surface initialement rugueuse et aléatoire de matériaux exposés à des impulsions laser est ensuite étudiée numériquement, en tenant compte des effets électromagnétiques (équations de Maxwell). La seconde contribution majeure est l’implémentation d’une boucle de rétroaction dans les simulations, entre le champ électromagnétique et le plasma en formation. Ces simulations révèlent un nouveau phénomène, l’auto-reconfiguration de nanostructures de plasma, se produisant durant l’interaction. Finalement, on effectue des simulations multi-impulsionnelles qui permettent d’observer l’évolution de la forme de la surface après chaque impulsion laser. On observe la croissance de nanostructures de surface ayant une période et une orientation semblables à celles obtenues dans la densité du plasma après sa reconfiguration. Ceci confirme l’hypothèse que les motifs observés dans le plasma peuvent effectivement être inscrits de façon permanente dans la forme de la surface. / The interactions between intense laser pulses and a dielectric medium are studied, first in a general perspective, then in the context of the fabrication of self-organized surface nanostructures. After going through the rudiments of electromagnetism, optics and plasma physics, the first major contribution of this study is presented. A novel model for laser-induced plasma formation in dielectrics, the delayed rate equations model (DRE) is described. This ionization model has several advantages, among which are the ease of implementation in numerical simulations and low computational cost, while preserving all the advantages of the state of the art model that can be incorporated in tridimensional simulations. The emergence of periodic self-organized nanostructures at the initially rough and random surface of materials after being exposed to intense light is then numerically studied in a time domain electromagnetic framework. The second major contribution is the implementation of a feedback loop in the simulations, between the electromagnetic field and the plasma information. Simulations reveal a new phenomenon, the self-reconfiguration of plasma nanostructures, which occurs at the laser pulse time scale. Finally, multi-pulses simulations are performed, revealing the evolution of the shape of the irradiated surface after each laser pulse. The growth of surface nanostructures with period and orientation similar to what was observed in the plasma density, after its reconfiguration, is observed. This confirms the hypothesis that the plasma patterns can effectively be permanently inscribed in an irradiated surface.

Les matériaux composites ayant une phase de matrice polymère dans lequel les particules de céramique (charge) à haute permittivité sont dispersés ont les avantages de ces deux matériaux et peuvent être un excellent choix pour des dispositifs diélectriques. Par exemple, la taille des particules céramiques, la fraction volumique ainsi que la manière dont ces particules sont dispersées dans la matrice déterminent les performances du dispositif. Les céramiques communes dans le domaine diélectrique comportent une permittivité de 2000. Le CaCu₃Ti₄O₁₂ (CCTO) est un oxyde mixte, présentant une constante diélectrique extraordinaire de 60000 et est habituellement synthétisé en mélangeant les oxydes simples, suivit d'un frittage à 950°C [1]. Le broyage à haute énergie (« High-Energy Ball Milling » ou HEBM) est une technique appropriée pour synthétiser le CCTO dans différentes tailles de particules. Dans ce travail, les paramètres ont un D50 d’environ 60 μm, 15 μm et 1.6 μm. La combinaison du broyage à haute et à basse énergie a été utilisée pour ajuster la taille des particules à 2,5 μm, 1,4 μm et 950 nm, et pour augmenter la surface spécifique des solides à 18 m²/g. L'évolution de la structure et de la composition chimique des matériaux, a été mesurée par XRD et XRF. Leur surface spécifique (modèle BET) ainsi que la distribution de taille des particules ont été mesurées. Les poudres synthétisées de CCTO ont été dispersées dans une matrice de résine d’époxy DER 332. Un composite à deux phases (CCTO-époxy) a été fabriqué et il a démontré une amélioration de la permittivité diélectrique. Les propriétés diélectriques des composites ont été mesurées par BDS (spectromètre diélectrique à large bande). La résistance à la rupture a également été mesurée. Il a été démontré que la permittivité du composite CCTO-époxy augmente en réduisant la taille des particules de charges CCTO. / Composite materials with a polymer matrix phase, in which high-permittivity ceramic particles are dispersed as the filler phase, take advantage of both materials and provide an excellent choice for dielectric devices. In addition to the intrinsic properties of matrix and filler phases, the process parameters may greatly affect the overall dielectric properties of the composite. For instance, the ceramic particles size and volume fraction and the way these particles are dispersed in the matrix determine, to a great extent, the device performance.The common ceramics in dielectric field comprise a permittivity of 2000. However, CaCu3Ti4O12 (CCTO) is a mixed oxide, exhibiting a wonderful dielectric constant of 60000 [1]. This compound is typically synthesized by mixing the simple oxides, followed by sintering at temperatures as high as 950 °C. High-Energy Ball Milling (HEBM) is a suitable technique to synthesize CCTO in different particle sizes. In this work, the synthesis parameters were optimized, aiming to synthesizing single-phase CaCu₃Ti₄O₁₂ powders, having a D50 around 60 μm, 1.6 μm and 15 μm. A combination of High- and Low-energy milling was used to adjust the particle size to 2.5 μm, 1.4 μm and 950 nm, and to increase the specific surface area of the fillers to 18 m²/g. The structural evolution and the chemical composition of the materials were measured by XRD and XRF, as well as their specific surface area (BET) and particle size distribution. The synthesized CCTO powders were dispersed in an epoxy resin DER 332 matrix, using heating plate and ultrasonication. A two phases composite (CCTO/epoxy) was fabricated and showed an improved dielectric permittivity. The dielectric properties of composites were reported, as measured by BDS (broadband dielectric spectrometer) and breakdown strength tester. It was shown that the permittivity of the CCTO-epoxy composite increases by reducing the particle size of CCTO fillers.

Actuellement, les céramiques diélectriques suscitent de nombreux travaux pour des applications microondes (résonateurs diélectriques accordables ou déphaseurs). Pour cela, elles devront être commandables - modification de la constante diélectrique sous l'action d'un champ électrique – avoir une permittivité modérée (de 30 à 1000) et des tangentes de pertes les plus faibles possibles. Dans ce but, nous avons étudié des céramiques composites à base de Ba0.6Sr0.4TiO3 (BSTO) et d'un oxyde non-ferroélectrique de faible permittivité (MgTiO3 ou MgO). Il s'agissait de corréler la microstructure des céramiques et leurs propriétés diélectriques, notamment la température de Curie et les relaxations diélectriques.<br />Des céramiques à grains nanométriques de BSTO, pour comparaison à des céramiques à grains microniques obtenues par frittage conventionnel, ont été réalisées par pressage à chaud de poudres broyées par attrition. L'hypothèse que ces céramiques amélioreraient les performances des dispositifs microondes s'est avérée inexacte. Une réduction des permittivités est observée mais au détriment de la commandabilité et des pertes. Les céramiques à grains micrométriques de BSTO dopées Mn ont conduit aux meilleures performances. Cependant, les pertes mesurées atteindraient une valeur limite basse lors de l'optimisation du matériau ; il s'agirait de pertes intrinsèques au matériau dues à une relaxation diélectrique de type dipolaire dans la gamme des GHz. Il faudra le vérifier par des mesures en infra-rouge.<br />Les températures de Curie (Tc) chutent drastiquement lors de l'ajout de MgTiO3 ou MgO, montrant une réaction entre les oxydes - observée par DRX seulement pour les céramiques à base de MgTiO3. Une faible interdiffusion abaisse donc largement Tc, et de ce fait la permittivité, et dégrade la commandabilité. Pour pallier ces problèmes, une structure multicouche est testée. Un affinement des dopages des composites pourrait aussi améliorer les performances.

Actuellement, les céramiques diélectriques suscitent de nombreux travaux pour des applications microondes (résonateurs diélectriques accordables ou déphaseurs). Pour cela, elles devront être commandables - modification de la constante diélectrique sous l'action d'un champ électrique – avoir une permittivité modérée (de 30 à 1000) et des tangentes de pertes les plus faibles possibles. Dans ce but, nous avons étudié des céramiques composites à base de Ba0.6Sr0.4TiO3 (BSTO) et d'un oxyde non-ferroélectrique de faible permittivité (MgTiO3 ou MgO). Il s'agissait de corréler la microstructure des céramiques et leurs propriétés diélectriques, notamment la température de Curie et les relaxations diélectriques.<br />Des céramiques à grains nanométriques de BSTO, pour comparaison à des céramiques à grains microniques obtenues par frittage conventionnel, ont été réalisées par pressage à chaud de poudres broyées par attrition. L'hypothèse que ces céramiques amélioreraient les performances des dispositifs microondes s'est avérée inexacte. Une réduction des permittivités est observée mais au détriment de la commandabilité et des pertes. Les céramiques à grains micrométriques de BSTO dopées Mn ont conduit aux meilleures performances. Cependant, les pertes mesurées atteindraient une valeur limite basse lors de l'optimisation du matériau ; il s'agirait de pertes intrinsèques au matériau dues à une relaxation diélectrique de type dipolaire dans la gamme des GHz. Il faudra le vérifier par des mesures en infra-rouge.<br />Les températures de Curie (Tc) chutent drastiquement lors de l'ajout de MgTiO3 ou MgO, montrant une réaction entre les oxydes - observée par DRX seulement pour les céramiques à base de MgTiO3. Une faible interdiffusion abaisse donc largement Tc, et de ce fait la permittivité, et dégrade la commandabilité. Pour pallier ces problèmes, une structure multicouche est testée. Un affinement des dopages des composites pourrait aussi améliorer les performances.

L'augmentation croissante de la demande en énergie et l'épuisement des combustibles fossiles exigent l'amélioration de l'efficacité de l'utilisation de l'énergie ainsi que la recherche de ressources durables et renouvelables. Les condensateurs sont des systèmes de stockage de l'énergie qui se sont imposés comme une des solutions aux problèmes énergétiques en raison de leurs avantages, tels que le respect de l'environnement, et la charge et la décharge d'énergie très rapides. Des besoins se sont créés pour un système de stockage capacitif à faible coût et à haut rendement, il est donc nécessaire de développer des matériaux avec une forte permittivité diélectrique. A ce propos, les composites diélectriques à matrice polymère suscitent une attention croissante en raison de leurs bonnes performances diélectriques. Des composites à matrice polymère chargée de particules céramiques ont par exemple été utilisés dans certains condensateurs pour le stockage d'énergie. Pourtant, en pratique, l'applicabilité de tels dispositifs est sérieusement entravée par la faible permittivité diélectrique des matériaux d'une part, et par la détérioration des propriétés mécaniques en raison de la forte teneur en particules céramiques rigides dans la matrice polymère flexible d'autre part. En remplaçant ces particules céramiques par des particules conductrices dans la matrice polymère, des composites percolatifs peuvent être réalisés avec une permittivité diélectrique nettement accrue au voisinage du seuil de percolation. Parmi les charges conductrices, les nanotubes de carbone (NTC) ont été les plus étudiés. En effet, du fait de leur facteur d'aspect et de leur conductivité élevée, ces derniers peuvent conduire à des niveaux de percolation dans les composites pour une très faible quantité de charges. Un des plus grands défis pour l'utilisation des NTC dans les matériaux composites est de séparer les NTC les uns des autres afin de réaliser une dispersion uniforme dans les polymères. Les travaux présentés dans cette thèse ont porté sur l'augmentation de la permittivité diélectrique de matériaux composites à matrice polymère à base de NTC en optimisant à la fois la dispersion des nanotubes ainsi que le contrôle de la microstructure des matériaux composites finaux. L'augmentation de la permittivité diélectrique dans les composites précédents provient de la formation de microcondensateurs au sein du matériau. Toutefois, les NTC ont toujours tendance à s'agglomérer dans le composite, ce qui n'est pas bénéfique à la formation de microcondensateurs. Pour surmonter ce problème, nous avons proposé une microarchitecture hybride SiC-NTC comme charge conductrice. Ces hybrides mulit-échelles ont été produits par dépôt chimique catalytique en phase vapeur assisté par aérosol. L'organisation des NTC sur les particules de SiC peut être efficacement contrôlée en ajustant les différents paramètres de synthèse. Les résultats ont montré que les propriétés de surface asymétriques des micro-particules de SiC étaient plutôt favorables à la croissance des NTC sur SiC selon "une direction unique", alors que certaines conditions expérimentales particulières peuvent aboutir à une croissance "multi-directionnelle". Les particules hybrides de SiC-NTC ainsi obtenues ont également été incorporées dans le PVDF pour préparer des composites percolatifs. Il a été constaté que les hybrides SiC-NTC permettent d'améliorer considérablement la permittivité diélectrique du composite avec un chargement extrêmement faible en NTC. Les NTC sont orientés le long d'un axe sur chaque microplaque de SiC et séparés par une couche mince de polymère, donnant lieu à un réseau de microcondensateurs. Par conséquent, de grandes permittivités diélectriques de plus de 8700 et 2100 à 100 Hz peuvent être obtenues pour un faible taux de chargement de NTC de l'ordre de 2,30% et 1,48% en volume pour les composites à renforts "multi-directionnel" et "unidirectionnel" respectivement.

La recherche sur les matériaux diélectriques souples et biodégradable a été augmenté considérablement en raison de l'augmentation des exigences concernant l'énergie et les questions environnementales. Les composites polymériques, avec constante diélectrique élevée ont ainsi, été préférés par rapport aux composites à base de céramique pour les périphériques de stockage de l'énergie. L'objectif de cette thèse est de fabriquer une électrode biodégradable matériaux à base de nano-fibrilles de cellulose natives et oxydés (CNF) et de graphène pour améliorer le stockage diélectrique ainsi que les applications de stockage de charge électrochimique. La présente méthode de réduction, induite par les UV sur l'oxyde de graphène (GO) dans des matrices de cellulose, est une alternative prometteuse aux traitements à base de solvant en évitant la détérioration des propriétés des matériaux et l'utilisation de solvants organiques. Cette méthode pourrait être étendue à d’autres matériaux composites polymères. / The research on biodegradable and flexible dielectric materials has been increased widely because of increasing requirements about energy and environmental issues. Polymeric composites with high dielectric constant have, thus, been demanded increasingly compared to ceramic based composites for energy storage devices. The objective of this thesis is to fabricate a biodegradable electrode materials based on pristine and oxidized cellulose nanofibrils (CNF) with different graphene based fillers for enhanced dielectric storage as well as electrochemical charge storage applications. The presented dry method of UV induced reduction of graphene oxide (GO) in cellulose matrices are promising alternatives to solvent based treatments avoiding the deterioration of material properties and the use of organic solvents. This method could be extended to alternative polymer composite materials. In contrast to previous reports, the dielectric properties mainly focussed on the higher frequency regions to provide real, intrinsic material properties and obtained significant enhancement than reported studies. This approach gives a new insight to the exact performance of materials on dielectric charge storage applications. The current study gives more insight for the development of flexible, lightweight and biodegradable electrode materials for energy storage device applications.