Ces travaux de thèse consistent à élaborer des nanocomposites Polyaniline/hexaferrite pour l’absorption des micro-ondes. L’idée principale est la mise en œuvre de matériaux composites à base de polymères conducteurs intrinsèques telle la Polyaniline que nous avons dopée avec différents types d’acides (HCl, CSA, NSA et TSA…) et l’hexaferrite de baryum de type magnétoplombite (M) stœchiométrique ou substitué. Au niveau de l’hexaferrite de baryum, la substitution du Fe3+ s’est faite par les ions Al3+, Bi3+, Cr3+ et Mn3+.L’hexaferrite de baryum et les hexaferrites substitués par les différents ions cités ci-dessus ont été synthétisés par voie hydrothermale dynamique en faisant varier divers paramètres au cours de la synthèse (pH, température, temps, rapport [OH-]/[NO3-]…).L’élaboration des composites Polyaniline/hexaferrite (pur ou substitués) a été effectuée par polymérisation oxydative en utilisant plusieurs techniques de synthèse : la polymérisation chimique en solution (en tenant compte de la nature de l’acide utilisé) avec ou sans agitation (Aqueous-Based Polymerization with or without stirring) et la polymérisation oxydative par voie solide (Solid-Based Polymerization). L’optimisation de ces différentes techniques de synthèse après caractérisations physicochimiques (DRX, FTIR, ATG, MEB, EDX), diélectriques (ε’, ε’’, σdc) et magnétiques (Mr, Ms, Hc, Tc, µ’, µ’’) des échantillons, a montré que la polymérisation par voie solide se trouve la méthode la plus facile, économique et respectueuse de l’environnement. Elle est aussi adaptée à la production du composite Pani/BaFe12O19 avec de bonnes propriétés structurales, physiques et magnétiques. L’étude de la substitution du Fe3+ dans le BaFe12O19 par Al3+, Bi3+, Cr3+ et Mn3+ a montré une forte dépendance des propriétés structurales et magnétiques avec la distribution de ces ions dans la maille cristalline hexagonale. En effet, les ions Al3+, Cr3+ et Mn3+ ont une tendance à occuper les sites tétraédriques, alors que le Bi3+ occupe les sites octaédriques. Une augmentation de Hc associée à la taille des cristallites a été observée pour les particules substituées avec l'Al et le Cr alors qu’une modification de l'anisotropie magnetocristalline (fort terme d'ordre supérieur) a été mise en évidence pour les substitutions Bi et Mn, dû à leur grand rayon ionique. L’incorporation des hexaferrites substitués dans la Polyaniline pour obtenir des composites Pani/BaMeFe11O19, où Me = Al, Bi, Cr et Mn, révèle une variation des propriétés électromagnétiques dans la gamme de fréquences allant de 1 à 18 GHz. En effet, ces variations sont dues à la formation de dipôles entre l’ion de substitution et les cations O2- dans le ferrite qui sont responsables de la résonance ferromagnétique, de l'anisotropie magnétocristalline et des interactions avec la matrice polymérique. Le composite Pani/BaFe12O19 présente des absorptions dans la bande X qui se déplacent vers la bande Ku avec la substitution du fer confirmant / This thesis deals with the formulation of Polyaniline/hexaferrite nanocomposite for absorbing electromagnetic waves. The main idea is the process of composite materials based on polymers intrinsic conductors such as polyaniline that we doped with different types of acids (HCl, CSA, NSA, and ... TSA) and barium hexaferrite with magnetoplumbite structure with or without substitution according to desired stoichiometries. In the barium hexaferrite, the substitution of Fe 3+ is made by Al3+, Bi3+, Cr3+ and Mn3+ ions.The barium hexaferrite and its substitutions by different ions mentioned above were synthesized dynamic hydrothermal method by varying various parameters during the synthesis (pH, temperature, time, ratio [OH-]/[NO3-] ...).The elaboration of polyaniline/hexaferrite composite (pure or substituted) was carried out by oxidative polymerization using various synthesis techniques: Aqueous-Based Polymerisation with or without agitation (taking into account the nature of the acid used) (ABP) and Solid-Based Polymerization (SBP). The optimization of these various synthesis techniques after physicochemical (XRD, FTIR, TGA, SEM, EDX), dielectric (ε ', ε' ', σdc) and magnetic (Mr, Ms, Hc, Tc, µ', µ'') characterizations of the samples showed that the solid route is the easiest method, economical and environmentally friendly. It is also suitable for the production of composite Pani/BaFe12O19 with good structural, physical and magnetic properties.The study of the substitution of Fe 3+ in the BaFe12O19 by Al3+, Bi3+, Cr3+ and Mn3+ showed a strong dependence of the structural and magnetic properties with the distribution of these ions in the hexagonal crystal lattice. In fact, Al3+, Cr3+ and Mn3+ ions tend to occupy the tetrahedral sites, while the Bi3+ favoured the octahedral sites. An increase in Hc associated with the small crystallite size observed for particles substituted with Al and Cr and the enhancement magnetocristalline anisotropy (strong higher order term) for Bi and Mn due to their high ionic radius.The incorporation of the substituted hexaferrite in the polyaniline to obtain Pani/BaMeFe11O19 composite, where Me = Al, Bi, Cr and Mn, reveals a variation in electromagnetic properties in the frequency range from 1 to 18 GHz. In fact, these variations are due to the formation of dipoles between the substituting ion and surrounding O2- cations in the ferrite which are responsible for the ferromagnetic resonance, the magnetocrystalline anisotropy and the exchange interaction with the polymer. The composite Pani/BaFe12O19 shows absorption bands at the X-band that shift to the Ku-band with the substitution of iron, confirming the potential of these materials for microwave applications.

Le contrôle des chaussées neuves en génie civil est primordial pour assurer sa bonne miseen oeuvre et lui conférer une durée de vie optimale. Dans cet objectif, divers paramètresphysiques nécessitent d'être scrupuleusement calibrés et contrôlés afin d'éviter une dégradation précoce de la chaussée et des problèmes de sécurité pour les conducteurs qui l'empruntent. De plus, les coûts associés à la mise en place et à la maintenance des chaussées sont considérables. Parmi les propriétés qui requièrent une attention particulière, la compacité, qui est indicative de la quantité d'air en volume dans la chaussée, est celle qui nous intéresse dans cette étude. Actuellement, seulement deux méthodes en laboratoire (en Europe) sont considérées comme des méthodes normalisées pour déterminer la compacité. Néanmoins, ces techniques sont destructives et/ou nucléaires ce qui est un frein majeur à leur utilisation. Durant ces deux dernières décennies, de nouvelles techniques électromagnétiques (non nucléaires et non destructives) ont émergé et ont prouvé leur forte utilité dans le domaine de la géophysique et du génie civil et plus particulièrement pour la détermination de la compacité. Cependant, ces nouvelles techniques nécessitent de prendre un certain nombre de précautions pour déterminer la compacité. Tout d'abord, elles permettent de mesurer la permittivité diélectrique du matériau en question. Ainsi pour déterminer la compacité, il est nécessaire d'utiliser des lois de mélange électromagnétiques. L'utilisation de ces modèles requiert une connaissance précise des constituants qui composent la chaussée ainsi que de leurs propriétés (masse volumique et permittivité diélectrique). La première partie de ce travail démontre la pertinence d'utiliser un radar à sauts de fréquences pour déterminer la compacité. L'étude de plusieurs lois de mélange électromagnétiques a été réalisée et les modèles présentant les meilleurs résultats ont été sélectionnés. Cependant, ces techniques font face de nos jours à un problème majeur. En effet, l'utilisation de matériaux recyclés est de plus en plus fréquente pour la construction de nouvelles chaussées ce qui rend la détermination de la compacité encore plus difficile par des méthodes électromagnétiques. Par conséquent, plusieurs méthodologies ont été développées, et sont proposées pour déterminer la compacité d'une nouvelle autoroute qui comporte des matériaux recyclés. La seconde partie de ces travaux de recherche porte sur la caractérisation diélectrique de plusieurs roches qui sont les éléments principaux d'une chaussée. Cette caractérisation est validée de basses à hautes fréquences mais aussi en fonction de la température. Les résultats montrent que à haute fréquence, la permittivité est principalement dépendante de la densité et de la composition chimique de la roche. En revanche, lorsque la fréquence d'investigation diminue et que la température varie, d'autres phénomènes apparaissent et changent dramatiquement le comportement diélectrique de la roche. Il a également été montré que l'eau joue un rôle majeur dans le comportement diélectrique à basse fréquence de la roche. Ces phénomènes se répercutent à "haute fréquence" par de très faibles variations qui pourraient expliquer les déviations obtenues par les méthodes électromagnétiques capacitives qui fonctionnent dans la région du MHz et qui sont également utilisées pour le contrôle de la compacité des chaussées neuves. / The control of new paved road is primordial to ensure its quality as well as its lifetime. Thus, several physical properties need to be well calibrated and controlled in order to avoid early degradations and safety issues for the drivers. Furthermore, the coast associated to the road building and the road maintenance is significant which makes the implementation of asphalt pavement according to the standard even more important. Among the properties that need attentions, the compactness which is indicative of the air void concentration in the asphalt pavement is the one we are interested in. Currently, only two methods in laboratory (in Europe) are considered as standards to assess the compactness. Nevertheless, these techniques are either nuclear or destructive which is a major hindrance. In the past two decades, new electromagnetic (EM) techniques have emerged and proved their great utility for geophysics or civil engineering applications and more importantly for the compactness assessment. However, these non-destructive and non-nuclear methods require many special precautions for the compactness assessment. First of all, they allow to measure the dielectric permittivity of the investigated material. Then to figure out the compactness, the use of EM mixing models is required. This leads to the accurate knowledge of every components constituting the asphalt pavement and their related properties (density and permittivity). The first main part of this work spotlights the relevance of using a step frequency radar for the compactness assessment. The study of several EM mixing models is performed to select the most appropriate ones. Nowadays, one of the challenges to address for these techniques is that the use of recycled materials is more and more commonly implemented for new roads building. Indeed, as the knowledge of the component properties is required, this makes the compactness assessment even more difficult. As a consequence, several methods have been developed and are proposed to assess the compactness of a new paved highway containing recycled asphalt pavement. The second main part of this research is the dielectric characterization of many rocks which are the main component of the asphalt pavement. This characterization is validated from low to high frequencies and also as a function of the temperature. The results show at high frequency that the permittivity is mainly dependent on the density and the chemical composition of the rock. However, as the frequency decreases and the temperature varies, this is not longer true and additional phenomena appear and drastically change the dielectric behavior of the rock. Also, it has been shown that the water plays a major role on the dielectric behavior at low frequency. This phenomena are reflected partially by small variations at "high frequency" that could explained the deviations obtained for capacitive techniques which work in the MHz region and which are used also for the compactness assessment.

Les avions comportent plusieurs systèmes de navigation et de communication nécessitent des antennes VHF large bande. Réduire la taille de ses antennes est un enjeu majeur tout en gardant des bonnes performances. Cette thèse propose des nouvelles configurations d'antennes à profil bas utilisant des nouveaux matériaux nanocomposites non conducteurs constitués de nanoparticules magnétiques développés au Lab-STICC. Un monopole planaire large bande a été développé et optimisé avec un taux de miniaturisation de 60% grâce à l'utilisation d'un matériau magnéto-diélectrique de forte perméabilité et faible pertes couvrant seulement 5% de sa surface. Les résultats expérimentaux, en presque parfait accord avec les simulations, montrent que le diagramme de rayonnement est omnidirectionnel et que la polarisation est verticale, avec un bon niveau du gain. L'antenne monopole planaire insérée dans un MMD des dimensions limitées avec des pertes a été modélisée par un nouveau circuit équivalent multi résonant. Ce circuit est développé à partir de l'impédance d'entrée de l'antenne et des caractéristiques du MMD, et validé par les simulations avec un parfait accord entre les résultats. / Airplanes with multiple navigation and communication systems require broadband VHF antennas. Reduce the size of these antennas is a major challenge while keeping good performances. This thesis proposes new configurations of low profile antennas using new nanocomposite non-conductive materials consisting of magnetic nanoparticles developed at Lab-STICC. A broadband planar monopole has been developed and optimized with a 60% miniaturization rate thanks to the use of a high permeability and low loss magneto-dielectric material covering only 5% of its surface. The experimental results, in almost perfect agreement with the simulations, show that the radiation pattern is omnidirectional and that the polarization is vertical, with a good level of gain. The planar monopole antenna inserted in a MMD of limited dimensions with losses was modeled by a new multi-resonant equivalent circuit. This circuit is developed from the input impedance of the antenna and the characteristics of the MMD. and validated by the simulations with a perfect agreement between the results.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2011-2012 / L'utilité des microcavités diélectriques a été démontrée dans le cadre de plusieurs applications technologiques, de la biodétection à l'informatique quantique en passant par le développement de nouvelles sources laser. Les ingrédients nécessaires à ces multiples applications sont principalement une concentration énergétique élevée et un haut facteur de qualité (temps de confinement très long) menant à un recyclage photonique efficace. Les cavités en forme de microdisque (rayon de 10-100 pm) sont d'un intérêt particulier comme structure de base en raison de leur géométrie quasi-bidimensionnelle et de la facilité associée à leur fabrication et leur intégration. Ce projet de maîtrise s'articule autour de deux types de méthodes numériques visant à modéliser des structures optiques bidimensionnelles, plus particulièrement des microcavités diélectriques. D'abord, un algorithme de modélisation par éléments de frontière est mis en oeuvre afin de déterminer les modes résonants de cavités et le facteur de qualité associé. La méthode est généralisée à un nombre arbitraire de domaines diélectriques simplement ou multiplement connexes. Le cas important de la cavité annulaire, une cavité en microdisque dans laquelle un défaut circulaire est inscrit, est traité en détail. Cette géométrie particulière permet d'accéder à une plus grande richesse de profils d'émission tout en conservant le haut facteur de confinement propre aux cavités symétriques. Les résultats obtenus s'inscrivent spécifiquement dans le cadre du développement de nouveaux microlasers directionnels. Deuxièmement, un modèle numérique par éléments finis est développé afin de rendre compte du couplage evanescent entre une microcavité et un guide d'ondes rectangulaire. Cette étude vise à optimiser les paramètres géométriques d'un dispositif d'optique intégrée pouvant être utilisé dans le cadre de la biodétection.

La microfabrication 3D par laser dans les matériaux à faible bande interdite nécessitera l'utilisation d'impulsions intenses dans l'infrarouge proche et moyen. Cette étude expérimentale se concentre sur les spécificités de la physique d'ionisation nonlinéaire dans la gamme de longueur d'onde de 1300-2200 nm. Contrairement aux semiconducteurs, l'absorption nonlinéaire mesurée dans les diélectriques est indépendante de la longueur d'onde révélant ainsi l'importance accrue de l'ionisation par effet tunnel avec ces longueurs d'onde. Nous étudions également les rendements et les seuils d'ionisation multiphotonique et avalanche dans le silicium intrinsèque et dopé N. Les résultats couplés à l'observation des matériaux irradiés montrent que les propriétés intrinsèques des semiconducteurs empêchent un dépôt d'énergie suffisamment confiné pour viser directement des applications de modification locale. Ce travail illustre les possibilités de micro-usinage laser 3D dans les diélectriques et les défis de l'extension de cette technique aux semiconducteurs.

Mon travail pendant cette thèse a d’abord été le développement d’une source de génération d’harmoniques d’ordre élevé basée sur une chaîne laser femtoseconde amplifiée (Saphir-Titane) fonctionnant à une cadence de 1 kHz (AURORE). Une ligne de lumière construite au CELIA permet de fournir un faisceau focalisé VUV-XUV femtoseconde, monochromatique dans une région spectrale comprise entre 10 nm et 73 nm environ (17 eV à 120 eV). Cette installation expérimentale est en fonctionnement et est parmi les toutes premières lignes à être mise en service pour la communauté scientifique française et étrangère. J’ai également mis en place une installation d'étude des cinétiques de luminescence avec résolution temporelle sub-picoseconde (450 fs) par mélange de fréquences. Le thème général de ce travail est l’étude des processus de relaxation et d'interaction entre les excitations électroniques créées par des impulsions ultra brèves femtosecondes de photons IR, UV et VUV-XUV dans les solides diélectriques massifs et des nano particules. L’observable principale utilisée est la luminescence émise par ces systèmes, résolue spectralement et en temps sur des échelles allant de la µs à des temps sub picosecondes. Ce travail a abouti à une avancée sensible de la description des processus principaux de formation et d’évolution des excitations électroniques. La comparaison et l’interprétation des données expérimentales obtenues pour des nano particules et des cristaux ont permis d’élucider certaines propriétés spécifiques de ces systèmes. / The work during this Ph.D. was a development of a source of high order harmonics generation based on amplified Ti:Sapphire femtosecond laser with repetition rate 1kHz (AURORE). The beam line constructed in CELIA has on its exit a VUV-XUV focalized beam; it may has wide spectrum or monochromatic in spectral range from 10nm up to 73nm (17-120eV). This beam line is in operation and is using for experiments for solid state VUV spectroscopy, photoelectron spectroscopy etc. Also it was installed a system for detection of luminescence with sub-picosecond time resolution (450fs) based on the nonlinear effect – generation of sum of two light frequencies. The main subject of this work was the study of processes of relaxation and interaction of electronic excitations, created by ultra-short pulse of IR, UV or XUV in dielectric crystals and nanoparticles. Out method is based on observation of luminescence with spectral and time resolution up to sub-picosecond temporal resolution. This study has given new experimental results for description of fundamental processes of creation and evolution of electronic excitations. Comparison and interpretation of experimental data of semiconductor nano-particles and monocrystals gave some interpretations of extra-fast luminescence of these systems.

La vitrification des déchets nucléaires de hautes activités est une étape importante à maîtriser afin d’assurer leur confinement. Depuis 2010, un procédé de vitrification en creuset froid présentant de nombreux avantages est exploité à cet effet dans l’usine de La Hague. Cette technologie est basée sur la circulation de courants électromagnétiques directement dans la charge du creuset dont les parois sont refroidies. Grâce au gradient thermique créé entre ces parois refroidies et le bain de verre en fusion, une couche de verre solide appelée autocreuset est formée jouant le rôle de barrière anticorrosive et électriquement isolante. Du fait de leur composition et de leur microstructure complexes, l’étude des propriétés électriques et diélectriques des verres d’intérêt nucléaire et la compréhension des phénomènes mis en jeu sont nécessaires afin de maîtriser convenablement le fonctionnement du procédé en creuset froid ainsi que les simulations thermo-hydrauliques qui lui sont associées.L’étude présentée ici porte sur la description des phénomènes de mouvements de charges électriques à l’origine des propriétés électriques et diélectriques ayant lieu au sein de verres borosilicatés d’intérêt nucléaire. Des relations entre ces propriétés et la composition ainsi que la microstructure de ces verres sont également établies. Ces problématiques sont tout d’abord abordées dans le cas de deux verres technologiques inactifs de compositions complexes grâce à des caractérisations microstructurales et des mesures d’impédance complexe à l’état solide. Une description plus détaillée des phénomènes mis en jeu est réalisée grâce à la caractérisation de verres simplifiés à 5 oxydes (SiO2-B2O3-Na2O-CaO -RuO2 ou -MoO3) permettant ainsi une meilleure compréhension des mouvements de charges selon la fréquence du champ électrique, la température ainsi que la composition et la microstructure du matériau. / The vitrification of high-level nuclear waste is an important step to master in order to ensure their immobilization. Since 2010, a cold crucible induction melter is used in the La Hague plant due to its advantages. This process is based on electromagnetic currents directly induced on the load of the crucible whose walls are water-cooled. Thanks to the thermal gradient established between these cooled walls and the molten glass, a solid glass layer called self-crucible is created which protects the crucible from corrosion effects and acts as an electrical insulator. Due to their complex composition and microstructure, the study of electrical and dielectric properties of nuclear glasses and the understanding of the related phenomena are necessary in order to efficiently master the cold crucible process and the associated thermo-hydraulic simulations.This study is dealing with the description of the electric charge motion phenomena involving the electrical and dielectric properties of the nuclear borosilicate glasses. Relationships between these properties, the composition and the microstructure are also given. These issues are firstly broached through the investigation of two industrial inactive glasses of complex composition thanks to microstructure characterizations and complex impedance measurements in the solid-state. A more detailed description of the phenomena is performed thanks to the characterization of simplified glasses containing 5 oxides (SiO2-B2O3-Na2O-CaO -RuO2 or -MoO3) allowing a better understanding of the charge motion according to the electrical field frequency, the temperature, the composition and the microstructure of the material.

Cette thèse se place dans le cadre du projet Diamonix, qui vise à établir une filière diamant en France. La thèse porte sur des travaux de dimensionnement de protection périphérique, structure nécessaire au bon fonctionnement des composants d’électronique de puissance. Le développement de protections périphériques applicables aux diodes Schottky sur diamant monocristallin nécessite plusieurs étapes. Après un premier chapitre détaillant l’état de l’art de l’utilisation de diamant en électronique de puissance, nous nous attardons sur la conception de protection périphérique basée sur une plaque de champ à l’aide de divers diélectriques et ensuite à l’aide d’un matériau semi-résistif dans le chapitre 2. Ces simulations sont réalisées à l’aide du logiciel SENTAURUS TCAD. Le troisième chapitre essaie de répondre aux problèmes technologiques posés par le chapitre 2. Nous avons ainsi développé une nouvelle technique de gravure basée sur une succession d’étapes utilisant Ar/O2 puis CF4/O2. Puis, dans un deuxième temps, nous avons réalisé des capacités Métal/Diélectrique/Diamant afin de qualifier le comportement des diélectriques sur le matériau diamant. Leur comportement est problématique mais il s’agit à notre connaissance de la première étude poussée de capacités sur diamant. Le chapitre 4 revient sur la fabrication et la caractérisation de diodes Schottky protégées à l’aide de plaques de champ sur divers diélectriques, les résultats obtenus étant mitigés. Enfin, la conclusion revient sur les résultats importants de simulation, de gravure, de caractérisation des capacités et des diodes Schottky pour ensuite s’élargir et donner des perspectives de travail. / This thesis work is part of the Diamonix project, which is about forming a France-based supply and fabrication of diamond electronics devices. Work in this thesis is centered upon designing a peripheral junction protection suitable for diamond Schottky diodes, a vital structure for the right behavior of power electronics components. Such design on monocristalline diamond substrates needs several steps. After a first chapter dealing with diamond state of the art in power electronics, emphasis is brought upon the design of a field plate protection using several dielectric materials and a semi-resistive component in the second chapter. Those simulations are carried out using SENTAURUS TCAD software suite. The third chapter tries to answer any technological difficulties met in the second chapter. For instance, a new etching technique based upon a succession of steps has beeen developped. Then, Metal/Dielectric/Diamond capacitors were made to determine the electrical behavior of those dielectrics on diamond. Their behavior is problematic but it is to our knowledge the first time such devices are characterized in such extent. The fourth chapter deals with the processing and characterizing of diamond Schottky diodes protected using field plates on several dielectrics, which measurements results are a bit disappointing. Finally, the conclusion insists on the main results of the thesis and then opens up to a discussion over the perspectives of future works around diamond.

Les nanocomposites polymères diélectriques ayant une constante diélectrique élevée et une faible perte diélectrique ont reçu un grand intérêt pour une utilisation dans le domaine du condensateur électrostatique. De manière générale, les performances diélectriques améliorées des nanocomposites sont déterminées par le type et la nature des polymères et des nanocharges sélectionnés, ainsi que par l'effet de couplage interfacial entre les matrices et les nanocharges. Parmi ces facteurs, les propriétés physiques, les géométries et les structures des composants des nanocharges jouent un rôle essentiel dans la détermination des performances diélectriques des nanocomposites. Selon les conductivités des nanocharges, les nanocomposites polymères diélectriques peuvent être classés en deux types: les nanocomposites polymères diélectriques conducteurs (CDPN) et les nanocomposites polymères diélectriques-diélectriques (DDPN). Cependant, la perte diélectrique élevée accompagnée au voisinage du seuil de percolation pour les CDPN et la charge élevée de nanocharges en céramique entravent le développement de nanocomposites polymères diélectriques à haute performance.Tout d'abord, des nanocomposites ternaires BNNS/CNT/PVDF ont été fabriqués. L'incorporation de BNNS dans les nanocomposites binaires CNT/PVDF a amélioré la dispersion des NTC et optimisé le réseau conducteur. La connexion directe entre les CNT pourrait être entravée en augmentant le contenu de BNNS.Deuxièmement, des hybrides CNT@AC à structure cœur-coquille ont été préparés par méthode CVD. La couche de carbone amorphe entrave non seulement le contact direct des NTC, mais améliore également la dispersibilité des NTC dans la matrice de PVDF. Le seuil de percolation augmente avec la prolongation du temps de dépôt du carbone. Plus important encore, la perte diélectrique a subi une forte diminution après le processus de revêtement. Troisièmement, les hybrides BNNSs@C avec des teneurs en carbone différentes ont été synthétisés par la méthode CVD. La fraction de carbone dans les hybrides BNNSs@C pourrait être ajustée avec précision en contrôlant le temps de dépôt de carbone. Les propriétés diélectriques des nanocomposites BNNSs@C/PVDF pourraient être ajustées avec précision en ajustant la teneur en carbone. Les polarisations interfaciales améliorées des interfaces BNNS/C et C/PVDF ont doté les nanocomposites de performances diélectriques améliorées.Quatrièmement, les hybrides TiO2@C NW structurés en noyau et en coquille ont été synthétisés par une combinaison d'une réaction hydrothermale et du procédé CVD. L'épaisseur de la couche de carbone dans les hybrides TiO2@C NW obtenus pourrait être précisément ajustée en contrôlant le temps de dépôt du carbone. De plus, les propriétés diélectriques des nanocomposites TiO2@C NWs/PVDF pourraient être ajustées avec précision en ajustant l'épaisseur de la coque en carbone. Les polarisations interfaciales améliorées des interfaces TiO2/C et C/PVDF ont doté les nanocomposites d'excellentes performances diélectriques.Enfin, des nanofils structurés de TiO2@C@SiO2 structurés à double coques ont été synthétisés par une combinaison de réactions hydrothermales modifiées, de CVD et de réactions sol-gel. L'introduction de carbone comme enveloppe interne entre le noyau de TiO2 et l'enveloppe externe de SiO2 a induit deux types supplémentaires de polarisation interfaciale. Les nanocomposites de PVDF obtenus avec TiO2@C@SiO2 NWs présentaient simultanément une constante diélectrique améliorée et des caractéristiques de perte diélectrique supprimées. La constante diélectrique et la perte de nanocomposites ont augmenté avec l'augmentation de l'épaisseur de la couche interne de carbone et ont diminué avec l'augmentation de l'épaisseur de la couche externe de SiO2. La relation entre la perte diélectrique et l'épaisseur de l'enveloppe extérieure en SiO2 a été démontrée par les résultats de la simulation finie. / Dielectric polymer nanocomposites with a high dielectric constant and low dielectric loss have received broad interest for use in the field of the electrostatic capacitor and they are usually composed of dielectric polymers as matrix and inorganic or organic nanofillers as the reinforcement. Generally, the improved dielectric performance of nanocomposites is decided by the type and nature of selected polymers and nanofillers as well as interfacial coupling effect between matrices and nanofillers. Among these factors, the physical properties, geometries, component structures of nanofillers play a critical role in deciding the dielectric performance of nanocomposites. According to the conductivities of nanofillers, the dielectric polymer nanocomposites can be classified into two types: conductive-dielectric polymer nanocomposites (CDPNs) and dielectric-dielectric polymer nanocomposites (DDPNs). However, the accompanied high dielectric loss in the vicinity of the percolation threshold for CDPNs and high loading of ceramic nanofillers hinders the development of high performance dielectric polymer nanocomposites.Firstly, ternary BNNSs/CNTs/PVDF nanocomposites were fabricated. The incorporation of BNNSs into the binary CNTs/PVDF nanocomposites improved the dispersion of CNTs and optimized the conductive network, which contributed to the enhanced dielectric constant. The direct connection between CNTs could be hindered by increasing the content of BNNS.Secondly, core-shell structured CNTs@AC hybrids were prepared by CVD method. The amorphous carbon layer not only hindered the direct contact of CNTs but also improved the dispersibility of CNTs in the PVDF matrix. The percolation threshold increased with the prolongation of carbon deposition time. More importantly, the dielectric loss underwent a sharp decrease after the coating process, which was attributed to the decrease in leakage current. The results suggested that the influence of AC interlayer on the final dielectric performance after percolation was much more obvious than that before percolation.Thirdly, BNNSs@C hybrids with different carbon contents were synthesized by the CVD method. The carbon fraction in the BNNSs@C hybrids could be accurately adjusted through controlling the carbon deposition time. The dielectric properties of BNNSs@C/PVDF nanocomposites could be accurately tuned by adjusting the carbon content. The improved interfacial polarizations of BNNSs/C and C/PVDF interfaces endowed the nanocomposites with enhanced dielectric performance.Fourthly, core-shell structured TiO2@C NW hybrids were synthesized by a combination of a hydrothermal reaction and the CVD method. The carbon shell thickness in the obtained TiO2@C NW hybrids could be precisely tuned by controlling the carbon deposition time. The TiO2@C NWs/PVDF nanocomposites exhibited a percolative dielectric behavior. Moreover, the dielectric properties of the TiO2@C NWs/PVDF nanocomposites could be accurately adjusted by tuning the carbon shell thickness. The enhanced interfacial polarizations of the TiO2/C and C/PVDF interfaces endowed the nanocomposites with excellent dielectric performance.Lastly, core@double-shells structured TiO2@C@SiO2 nanowires were synthesized by a combination of modified hydrothermal reaction, CVD, and sol-gel reaction. The introducing of carbon as an inner shell between the TiO2 core and SiO2 outer shell induced two additional types of interfacial polarization. The obtained PVDF nanocomposites with TiO2@C@SiO2 NWs exhibited simultaneously enhanced dielectric constant and suppressed dielectric loss characteristics. The dielectric constant and loss of nanocomposites increased with the increase of carbon inner shell thickness and decreased with the increasing of SiO2 outer shell thickness. The relationship between the dielectric loss and SiO2 outer shell thickness was further demonstrated by the finite simulation results.

Les diélectriques solides sont les éléments constitutifs de base des isolants utilisés dans les composants ou les systèmes du génie électrique et de l'électronique de puissance. Principalement à cause des tendances à la miniaturisation, ces isolants sont soumis à des contraintes sans cesse croissantes (électriques, mécaniques et thermiques) qui peuvent dégrader ou induire un vieillissement prématuré des diélectriques. Ceci peut conduire à la défaillance ou à un claquage de la structure, phénomènes qui l'on doit prendre en compte et étudier. De manière plus précise, la charge globale stockée à l'intérieur du matériau diélectrique, généralement dénommée charge d'espace, est directement liée à ces processus de dégradation. Ainsi, il devient alors nécessaire d'analyser le comportement de la charge d'espace lorsque le matériau est contraint dans des conditions proches d'un environnement réel d'utilisation. Parmi les techniques existantes, la (F)LIMM est une méthode thermique dédiée à l'analyse de la charge d'espace dans des fines couches diélectriques (avec une épaisseur comprise entre 5µm et 50µm), avec la possibilité de réaliser des cartographies en 3-D lorsque le faisceau laser est focalisé à la surface de l'échantillon étudié. Les premières caractérisations par cette technique étaient liées à la détermination de la distribution de la charge d'espace dans des films minces qui avaient été préalablement soumis à un champ électrique continu, puis analysés hors tension (volt-off). Cette procédure dite " off-line ", et mise en œuvre pendant la dépolarisation de l'échantillon, est restée longtemps la seule façon d'analyser la charge d'espace. De nouveaux développements sont devenus nécessaires plus récemment pour apporter des réponses au domaine industriel pour lequel une caractérisation du comportement dans des conditions d'utilisation réelles faisait défaut. Dans ce but, une version " sous tension " ou " on-line " du banc expérimental (F)LIMM conventionnel a été développée. Ainsi, la mesure du courant (F)LIMM se réalise maintenant de manière simultanée à l'application d'un champ électrique continu externe sur l'échantillon. Outre la mesure in-situ et l'analyse sous tension, ces nouveaux développements présentent un avantage supplémentaire consistant en la possibilité d'évaluer et de calibrer les profils de température. Dans ce travail, les modifications expérimentales réalisées sur le banc test de mesure sont tout d'abord détaillées et validées. Puis, la procédure de calibration du model thermique proposé est expliquée et testée. Ainsi, la simulation les courants (F)LIMM devient possible et l'on constate une bonne adéquation avec les courants expérimentaux enregistrés. Enfin, quelques applications à des films polymères minces en PEN et en PP sont décrites. Les résultats obtenus prouvent alors que ces évolutions expérimentales et théoriques sont efficaces pour l'étude du comportement de la charge d'espace " sous tension ". / Solid dielectrics are basic elements of most insulations used in devices or systems in electrical engineering or in power electronics. Mainly due to current trends in downsizing, these insulations being subjected to increasing stresses (electrical, mechanical or thermal) may degrade and age dielectrically. This may lead to failure and breakdown, which have to be addressed. More specifically, the global charge store inside the dielectric and generally called space charge is directly linked to these degradation processes. It is therefore necessary to analyze this space charge behavior when the material is at the same time stressed under conditions close to those of the real environment of use. Among many existing techniques, the (F)LIMM is a thermal wave method dedicated to the space charge analysis of thin dielectric films (with a thickness from 5µm to 50µm), with a possibility of 3-D cartographies when the beam is focused onto the sample under study. Its first characterizations were related to the determination of the space charge distribution in thin films that were first submitted to an external DC field and next analyzed in a volt-off way (no voltage applied). This off-line procedure remained the only way of space charge investigations for quite a while. New developments became necessary in order to provide answers to the industry for which a characterization close to the actual conditions of use was lacking. For this purpose, an on-line version of the conventional (F)LIMM set-up was developed. It allows a measurement of the (F)LIMM current when simultaneously a DC bias field is applied to the sample. This development presents, apart from allowing an in-situ and on-line analysis, another important advantage, namely the possibility for assessing or calibrating the temperature profile. In this work, the experimental modifications made to the measuring test rig are first detailed and validated. Then, the calibration procedure of the thermal model developed is explained and tested. As a consequence, the possibility of simulating the (F)LIMM currents is possible and shows a very good agreement with the experimental registered ones. Finally, some applications to PEN and PP polymer thin films are described and results got prove the efficiency of these new developments for space charge on-line investigation.