Les phases MAX sont des carbures ou nitrures ternaires dont les propriétés sont généralement décrites comme la combinaison exceptionnelle des meilleures propriétés des métaux et des céramiques. Sous forme de couches minces, ces matériaux sont prometteurs en tant que contact ohmique sur des substrats de SiC pour la microélectronique de puissance. Des approches originales dédiées à l'obtention de films minces épitaxiés des phases MAX Ti2AlN, Ti3SiC2 et Ti3(Si,Ge)C2 sont développées dans ce travail. Des recuits à 750°C de systèmes multicouches (Ti+Al)/AlN permettent ainsi de former des couches de Ti2AlN fortement texturées sur des substrats de SiC ou Al2O3. La seconde approche consiste à recuire à 1000°C des couches de TixAly ou TixGey, déposés sur 4H-SiC, pour obtenir des films minces épitaxiés de Ti3SiC2 et Ti3(Si,Ge)C2. Ces derniers présentent les caractéristiques d'un contact ohmique sur SiC. / MAX phases are a family of ternary carbides or nitrides which properties are generally described as an exceptional combination of the best properties of metals and ceramics. Thin films of MAX phases being considered as good candidates for ohmic contacts on SiC substrates for power microelectronics devices, thin films of Ti2AlN and Ti3(Si,Ge)C2 were synthesized by using original approaches. Highly textured Ti2AlN thin films were so obtained by thermal annealing at 750°C of (Ti+Al)/AlN multilayers whereas epitaxial thin films of Ti3SiC2 on 4H-SiC were achieved after an annealing at 1000°C of TixAly or TixGey layers. Good ohmic contact behaviors of Ti3SiC2 layers were confirmed in this work whereas Ti2AlN thin films behave as Schottky barriers.

Les travaux de thèse se sont attachés à développer des outils permettant :(i) d'estimer par nanoindentation le niveau de contraintes résiduelles locales de type biaxial introduit dans un alliage d'aluminium 2050-T8. Nous proposons une méthode d'estimation qui couple des essais expérimentaux de nanoindentation, l'observation des empreintes résiduelles et une analyse numérique de l'effet de contraintes résiduelles élastiques biaxiales sur la géométrie des empreintes résiduelles d'indentation. et (ii) de déterminer par nanoindentation le comportement mécanique d'un film d'oxyde ultra-mince, d'épaisseur variant entre 15 et 20nm, formé sur un acier inoxydable biphasé de type Duplex. Nous avons développé une méthode de caractérisation de films ultra-minces qui couple la réalisation et l'analyse d'essais expérimentaux à l'aide d'indenteurs dont le défaut de pointe est déterminé, et la reproduction de ces essais en simulation numérique 3D à l'aide des géométries réelles des indenteurs. / Works performed during this thesis were dedicated to development of tools allowing:(i) To estimate using nanoindentation tests the level of biaxial residual stresses introduced within a 2050-T8 aluminium alloy. We propose an estimation method that couples experimental nanoindentation tests, residual imprints observation and numerical evaluation of the impact of elastic biaxial residual stresses on the geometries of residual indentation imprints. And (ii) the determination by nanoindentation of the mechanical behavior of an ultra-thin oxide film, between 15 to 20nm thickness, formed on a dual phased Duplex stainless steel. We developed a characterization method that couples analysis of experimental nanoindentation tests using several indenters with known tip defects, and reproduction of these tests in 3D finite element simulations using the true indenters' geometries.

Les films minces luminescents dopés terres rares offrent des propriétés intéressantes pour la conversion spectrale UV-bleu, en particulier pour une meilleure adaptation du spectre solaire aux cellules solaires en silicium. Deux matériaux luminophores ont été étudiés dans cette thèse : Y2O3 dope Eu3+ et CaYAlO4 codopé Ce3+, Pr3+. L'utilisation de ces luminophores pour les applications sous forme de films minces est limitée car ils possèdent un faible coefficient d'absorption. Deux pistes ont été examinées pendant cette thèse pour pallier ce problème : (i) l'effet plasmonique a été étudié en réalisant des films avec une architecture multicouche couplant les films luminophores et des nanostructures métalliques d'aluminium et d'argent qui possèdent une résonnance plasmon dans la gamme UV et bleu respectivement ; (ii) l'effet photonique a été évalué en réalisant une structuration du film luminophore via une croissance sur des membranes macro-poreuses. La méthode de synthèse choisie est le dépôt par ablation laser pulsé / Rare earth luminescent thin film offers attractive properties for down shifting application, particularly for a better adaptation of the solar spectrum to silicon solar cells. In this thesis, we studied two phosphor materials : Y2O3 doped Eu3+ and CaYAlO4 codoped Ce3+, Pr3+. One issue identified for the use of these phosphors as thin films is their low absorption coefficient. We examined two tracks during this thesis to meet these needs : (i) the plasmonic effect was studied by making films with a multilayer architecture coupling the phosphor films and aluminium or silver metallic nanostructures which have a plasmon resonance in the UV range and blue respectively ; (ii) the photonic effect was evaluated by structuring the phosphor layer by self-organization growth on macroporous membranes. We did the syntheses by pulsed laser deposition

Les films de silice dont sont constitués les traitements antireflets des verres de lunettes sont déposés par vaporisation au canon à électrons, à température ambiante. Ils sont le siège de fortes contraintes résiduelles compressives qui diminuent considérablement leur stabilité mécanique. Ces contraintes sont difficiles à contrôler parce que les paramètres process qui les affectent sont très nombreux: propriétés du substrat, du gaz résiduel, caractéristiques de l’enceinte et du canon à électrons, vitesse de croissance,… Ils ne sont par ailleurs pas tous indépendants et agissent souvent sur plusieurs phénomènes physiques à la fois. Dans cette thèse, nous mettons en œuvre des simulations numériques et des expériences pour identifier les mécanismes à l’origine de la mise en compression des films de silice pendant leur croissance. Les expériences nous permettent de distinguer trois régimes de croissance, en fonction de la pression de gaz résiduel. Sous vide très poussé, où le gaz a un rôle négligeable, les films croissent en compression. Ensuite, à mesure que la pression augmente, l’incorporation d’espèces issues du gaz dans les films les comprime légèrement. Enfin, lorsque la pression augmente encore, le ralentissement des particules vaporisées par le gaz diminue fortement le niveau de compression et masque l’effet d’incorporation. Les dépôts de silice par dynamique moléculaire nous permettent d’explorer la limite de vide idéal. Grâce à une étude paramétrique systématique, nous trouvons que la mise en compression des films est exclusivement contrôlée par l’énergie cinétique moyenne des particules incidentes. En outre, les valeurs expérimentales ne peuvent être retrouvées qu’avec une énergie de quelques eV, au moins dix fois plus grande que toutes les prédictions formulées dans la littérature sur le dépôt. Ce résultat inattendu nous conduit à réfuter l’idée que la vaporisation au canon à électrons procéderait par simple échauffement thermique. Nous le confirmons en déposant expérimentalement des films à partir de monoxyde de silicium, évaporé thermiquement ou vaporisé au canon à électrons: les premiers croissent en tension, les seconds en compression. Finalement, pour expliquer les quelques eV prédits, nous proposons que sous irradiation électronique, une concentration de charges se forme à la surface de la silice en raison de sa très faible conductivité électrique. Les particules vaporisées qui sont chargées sont alors accélérées par répulsion Coulombienne / Silica thin films are widely used as low index layers in antireflective coatings. In the ophthalmic industry, they are deposited at ambient temperature, by electron beam vaporization. This process generates large compressive stresses which make the coatings susceptible to damage. It is thus crucial to understand how these stresses emerge. However, this problem is highly complex because many process parameters may play a role: substrate and residual gas properties, characteristics of the deposition chamber, of the electron gun, growth rate,… Moreover, these parameters may depend on each other and affect several phenomena at the same time. In this thesis, numerical simulations and experiments are performed in order to identifiy the mechanisms responsible for the generation of compressive stresses during film growth. The experiments reveal three regimes of growth, depending on the residual gas pressure. Near ultra high vacuum, where the effect of residual gas is negligible, films grow under compression. Then, as pressure increases, incorporation of gas species in the films slightly compresses them. Eventually, when pressure is high enough so that vaporized particles are slowed down by collisions with gas particles, the level of compression significantly decreases; this rapidly masks the incorporation effect. Molecular dynamics simulations allow us to explore the ideal vacuum limit. By depositing silica films in a vast ensemble of conditions, we find that their compressive state of stress is solely controlled by the mean kinetic energy of incident particles. Comparison with experiments suggests that this energy is equal to a few eV, which is at least ten times greater than predictions from the literature on deposition. This unexpected result leads us to refute the idea that electron beam vaporization would be equivalent to simple themal heating. We confirm this experimentally, by comparing films deposited from silicon monoxide either thermally evaporated or vaporized using an electron beam: the formers grow under tension while the latters under compression. Finally, we explain the ejection of particles of a few eV as coming from the very low electrical conductivity of silica: under electronic irradiation, charges accumulate at its surface and accelerate the charged vaporized particles by Coulombian repulsions

Les polymères amorphes présentent des hétérogénéités dynamiques à l'échelle de 3 à 5nm proche de la température de transition vitreuse. Leur contribution aux propriétés mécaniques est encore mal connue. Pour ce faire, nous considérons un modèle simple dans lequel chaque hétérogénéité dynamique possède un unique temps de relaxation distribué aléatoirement selon une loi log-normale. Un modèle coarse-grained à l’échelle d’une hétérogénéité dynamique est alors développé dans le cadre de l'approximation des milieux continus. Ainsi, des simulations par éléments finis nous permettent de calculer les propriétés mécaniques macroscopiques des polymères en tenant compte des effets de couplage mécaniques en hétérogénéités. Nous montrons que la transition vitreuse est pilotée par un réseau de percolation des domaines lents. Nous mettons également en évidence les couplages mécaniques intervenant entre hétérogénéités dynamiques. Dans le cas des films minces de polymères confinés à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres, nous montrons que les hétérogénéités dynamiques permettent de rendre compte d’un ralentissement de la dynamique macroscopique du film. En considérant que pour de fortes contraintes, la dynamique locale des polymères massifs est accélérée, nous démontrons que les hétérogénéités dynamiques permettent de rendre compte d’un phénomène de contrainte interne à un système, celle-ci étant la cause d’une partie non récupérable de l’énergie élastique stockée un système lors d’une déformation plastique. / Amorphous polymers present dynamical heterogeneities at the scale of 3 to 5nm near Tg. Their contributions to mechanical properties are still not well known. We thus consider a simple model where each dynamical heterogeneities has its own relaxation time randomly drawn is a log-normal time distribution. A coarse –grained model at the dynamical heterogeneity is then developed in the continuous medium approximation. Finite element simulations are performed to calculate macroscopic mechanical properties of amorphous polymers taking account of mechanical couplings between heterogeneities. We show that the glass transition is controlled by a percolation of slow domains. Mechanical couplings result in viscoelastic spectrum highly narrowed as compared to the microscopic one. In thin films of polymers, we evidence a slowdown of the dynamics of relaxation as compared to the bulk one. Considering that a high applied stress increase the dynamics of polymers, we show that dynamical heterogeneities result in an internal stress network. The latter is a consequence a plastic deformation and result in an internal energy which is not released after an unloading.

Des revêtements antiréflectifs hydrophobes à bas indice de réfraction ont été synthétisés sous forme de couches minces nanométriques de silice mésoporeuses par chimie sol gel couplée à un procédé de dépôt par dip coating sur substrats polymériques thermosensibles de polyméthacrylate de méthyle (PMMA) et de triacétate de cellulose (TAC). Les couches minces de silice pure et hybride ont été durcies par traitement en vapeur d’ammoniaque (TVA) à température ambiante. Les propriétés optiques, mécaniques et de résistance chimique des revêtements ont été optimisées et des mécanismes décrivant les modifications de la structuration induit par TVA selon la composition chimique des films ont été proposés grâce à l’étude de l’influence des conditions et des temps de traitement en vapeur d’ammoniaque. La condensation et la stabilisation de vapeur d’eau à l’intérieur de films de silice mésoporeux hydrophobes à l’aide de vapeur d’alcool ont été réalisées à température et pression ambiantes. L’étude de l’influence de la chimie de surface, de la taille des pores ainsi que des pressions partielles en eau et alcool, et de la nature du co-adsorbant alcoolique a permis de mettre en lumière les mécanismes d’adsorption et de confinement d’eau dans des nano-cavités hydrophobes. La diffusion d’eau à l’intérieur de monolithes de xérogel de silice millimétriques a été rapportée en utilisant pour la première l’ellipsométrie environnementale in situ. Des sujets aussi variés que la réalisation de films à gradient de fonctionnalité, la fabrication d’actuateurs sensibles à l’humidité à partir de films minces inorganiques, la synthèse de couches minces mésostructurées de BaTiO3 et la mise de forme 3D de films de quartz sont discutés dans ce manuscrit. / Low refractive index hydrophobic antireflective coatings were synthetized as mesoporous nanometric thin silica films by use of sol gel chemistry coupled with the dip coating process on thermo sensitive polymeric substrates such as poly(methyl methacrylate) (PMMA) and cellulose triacetate (TAC). Thin films of pure and hybrid silica were stiffened by ammonia vapor treatment (AVT) at room temperature. Optical, mechanical and chemical stability of those coatings were optimized and the AVT-induced mechanisms of structuration depending on the chemical composition of silica films were proposed after the study of the influence of the ammonia treatment conditions and duration. Alcohol-assisted water vapor condensation and stabilization in hydrophobic mesoporous silica thin films were displayed at room temperature and atmospheric pressure. Study of the influence of surface chemistry and pore size, as well as partial vapor pressure of water and alcoholic co-adsorbant, and chemical nature of the alcohol allowed us to determine the mechanisms of water adsorption and confinement in hydrophobic nano-cavities. Water diffusion into millimetric scaled silica xerogel monoliths was reported using in situ environmental ellipsometry for the first time. Other subject as different as the production of graded functional films, fabrication of inorganic thin films based humidity sensitive actuators, synthesis of BaTiO3 mesostructured thin films and shaping of 3D quartz films are also discussed.

Les couches minces épitaxiales de Ni-Mn-Ga ont attiré une attention considérable, car ils sont des candidats prometteurs pour les capteurs et actionneurs magnétiques dans des microsystèmes électromécaniques. Des informations complètes sur les caractéristiques de la microstructure et de la cristallographie des films NiMnGa et leur relation avec les contraintes du substrat sont essentielles à l'optimisation des propriétés. Dans le présent travail, les couches minces épitaxiale de Ni-Mn-Ga ont été produites par pulvérisation cathodique magnétron à courant continu et ensuite caractérisées par la technique de diffraction des rayons X (XRD) et la diffraction d'électrons rétrodiffusés dans un microscope électronique à balayage équipé d’analyse EBSD (MEB-EBSD). Des couches minces épitaxiales avec NiMnGa de composition nominale Ni50Mn30Ga20 et d'épaisseur 1,5 µm ont été fabriquées avec succès sur le substrat monocristallin de MgO par pulvérisation cathodique magnétron DC, après l'optimisation des paramètres tels que la puissance de pulvérisation cathodique, la température du substrat et de la couche d'ensemencement dans le cadre du présent travail. Les mesures de diffraction DRX montrent que les couches minces épitaxiales NiMnGa sont composées de trois phases: austénite, martensite NM et martensite modulée 7M. Avec les géométries de mesure optimisées, le nombre maximum possible de pics de diffraction des phases relatives, en particulier compte tenu de la basse symétrie de la martensite 7M, sont acquis et analysés. Les constantes de réseau de l'ensemble des trois phases dans le cadre des contraintes du substrat dans les films sont entièrement déterminées. L’analyse SEM-EBSD en profondeur du film a permis en outre de vérifier la situation de coexistence de trois phases constitutives: austénite, 7M martensite et martensite NM. La martensite NM se trouve près de la surface libre du film, l'austénite au-dessus de la surface du substrat, et la martensite 7M dans les couches intermédiaires entre l'austénite et la martensite NM. La caractérisation de microstructure montre que la martensite 7M et la martensite NM ont une morphologie de plaque et sont organisées en deux zones caractéristiques décrites avec des bas et haut contraste en images d’électrons secondaires. Des plaques de martensite locales similaire en orientation morphologique sont organisées en groupes de plaques ou colonies ou variantes de colonies. Une caractérisation plus poussée en EBSD indique qu'il existe quatre plaques de martensite distinctes dans chaque colonie de variante à la fois pour la martensite NM et 7M. Chaque plaque de martensite NM est composée de variantes lamellaires majeures et mineures en termes d’épaisseurs appariées et ayant une interface interlamellaire cohérente, alors que chaque plaque de martensite 7M contient une variante d'orientation. Ainsi, il existe quatre variantes d'orientation de martensite 7M et huit variantes d’orientation de martensite NM dans une colonie de variantes. Selon l'orientation cristallographique des martensites et des calculs cristallographiques, pour la martensite NM, les interfaces inter-plaques sont constituées de macles de type composées dans des plaques adjacentes de martensite NM. La distribution symétrique des macles composées résulte dans des interfaces de plaques longues et droites dans la zone de contraste relatif faible. La répartition asymétrique conduit à la modification de l’orientation d'interface entre les plaques de la zone de contraste relativement élevé. Pour la martensite 7M, à la fois les interfaces de type I et de type II sont à peu près perpendiculaires à la surface du substrat dans les zones à faible contraste relatif. Les paires de macles de type-I apparaissent avec une fréquence beaucoup plus élevée, par comparaison avec celle des macles de type II. Cependant, il y a deux traces d’interface de macles de type II et une trace d’interface de macles de type I dans les zones de contraste relatifs élevés. [...] / Epitaxial Ni-Mn-Ga thin films have attracted considerable attention, since they are promising candidates for magnetic sensors and actuators in micro-electro-mechanical systems. Comprehensive information on the microstructural and crystallographic features of the NiMnGa films and their relationship with the constraints of the substrate is essential for further property optimization. In the present work, epitaxial Ni-Mn-Ga thin films were produced by DC magnetron sputtering and then characterized by x-ray diffraction technique (XRD) and backscatter electron diffraction equipped in scanning electron microscope (SEM-EBSD). Epitaxial NiMnGa thin films with nominal composition of Ni50Mn30Ga20 and thickness of 1.5 µm were successfully fabricated on MgO monocrystalline substrate by DC magnetron sputtering, after the optimization of sputtering parameters such as sputtering power, substrate temperature and seed layer by the present work. XRD diffraction measurements demonstrate that the epitaxial NiMnGa thin films are composed of three phases: austenite, NM martensite and 7M martensite. With the optimized measurement geometries, maximum number of diffraction peaks of the concerning phases, especially of the low symmetrical 7M martensite, are acquired and analyzed. The lattice constants of all the three phases under the constraints of the substrate in the films are fully determined. These serve as prerequisites for the subsequent EBSD crystallographic orientation characterizations. SEM-EBSD in film depth analyses further verified the co-existence situation of the three constituent phases: austenite, 7M martensite and NM martensite. NM martensite is located near the free surface of the film, austenite above the substrate surface, and 7M martensite in the intermediate layers between austenite and NM martensite. Microstructure characterization shows that both the 7M martensite and NM martensite are of plate morphology and organized into two characteristic zones featured with low and high relative second electron image contrast. Local martensite plates with similar plate morphology orientation are organized into plate groups or groups or variant colonies. Further EBSD characterization indicates that there are four distinct martensite plates in each variant groups for both NM and 7M martensite. Each NM martensite plate is composed of paired major and minor lamellar variants in terms of their thicknesses having a coherent interlamellar interface, whereas, each 7M martensite plate contains one orientation variant. Thus, there are four orientation 7M martensite variants and eight orientation NM martensite variants in one variant group. According to the crystallographic orientation of martensites and the crystallographic calculation, for NM martensite, the inter-plate interfaces are composed of compound twins in adjacent NM plates. The symmetrically distribution of compound twins results in the long and straight plate interfaces in the low relative contrast zone. The asymmetrically distribution leads to the change of inter-plate interface orientation in the high relative contrast zone. For 7M martensite, both Type-I and Type-II twin interfaces are nearly perpendicular to the substrate surface in the low relative contrast zones. The Type-I twin pairs appear with much higher frequency, as compared with that of the Type-II twin pairs. However, there are two Type-II twin interface trace orientations and one Type-I twin interface trace orientation in the high relative contrast zones. The Type-II twin pairs are more frequent than the Type-I twin pairs. The inconsistent occurrences of the different types of twins in different zones are originated from the substrate constrain. The crystallographic calculation also indicates that the martensitic transformation sequence is from Austenite to 7M martensite and then transform into NM martensite (A→7M→NM). [...]

Le principal objectif de cette thèse est de montrer le potentiel pour l’électronique organique de films moléculaires minces liés de façon covalente au substrat et déposés par greffage électro- chimique. Ces couches organiques de 5 à 100 nm d’épaisseur visent à proposer une alternative aux films minces organiques d’épaisseur supérieure à 100 nm et aux couches mono-moléculaires autoassemblées d’épaisseur comprise entre 1 et 5 nm.Ce travail a d’abord permis d’établir les conditions optimales de greffage de trois différents sels de diazonium : un dérivé de la tris-bipyridine fer (II), un sel de diazonium comportant une longue chaîne fluorée et un autre comportant une fonction thiol. En particulier, un contrôle fin de l’épaisseur des films est démontré sur des électrodes patternées micrométriques adaptées à la réalisation de dispositifs.L’électrogreffage de doubles couches est ensuite étudié. Il consiste à utiliser une électrode electrogreffée par des molécule électroactives, ici le dérivé de la tris-bipyridine fer (II), comme électrode de travail pour l’électrogreffage d’un second sel de diazonium. Cette technique permet de former des couches organiques d’épaisseur contrôlée par la première couche et présentant des fonctions terminales contrôlées par le choix du second composé (ici, fonctions thiols ou chaînes fluorées). L’intérêt de ces couches fonctionnelles est ensuite évalué dans des jonctions verticales métal-molécules-métal utilisant différents types d’électrodes supérieures : des électrodes imprimées à partir d’une solution de nanoparticules d’or, suivant un procédé élaboré dans cette thèse, et des électrodes fabriquées à partir de métaux évaporés sous vide. Enfin, des transistors à base de MoS2 utilisant 30 nm de ces couches greffées comme diélectrique de grille sont fabriqués et étudiés. Leurs performances (mobilité électronique de 46 cm2.(V.s)-1, rapport ION/IOFF de 9.107, etc.) confirment la qualité de ces isolants organiques électrogreffés. La méthode s’avère ainsi efficace et versatile pour la préparation de couches organiques robustes d’épaisseur contrôlée et aux propriétés de surface ajustables. / The main objective of this PhD thesis is to show the potential for organic electronics of molecular thin films covalently bounded and formed by electrochemical grafting. These 5 to 100 nm thick layers aim to propose an alternative to organic thin films of thickness above 100 nm and to self-assembled monolayers of thickness between 1 and 5 nm.This work first establishes the optimal electrografting conditions of three diazonium salts : a derivative from the tris-bipyridine iron (II), a diazonium salt with a long fluorinated chain and another with a thiol function). In particular, a fine tuning of the thickness of the resulting layers is demonstrated on micrometric patterned electrodes.Double layer electrografting is then studied. It consists in using an electrode electrografted with electroactive molecules, here the tris-bipyridine iron (II) derivative, as a working electrode for the electrografting of a second diazonium salt. This technique allows the formation of organic double-layers of thickness controlled by the first layer and presenting terminal functions controlled by the choice of the second compound (here, thiol functions or fluorinated chains).The potential of these layers is then evaluated in vertical metal-molecules-metal junctions using various top electrodes : electrodes printed from an aqueous gold nanoparticle ink through a method developed in this thesis, and electrodes made by metal evaporation in vacuum. To conclude, field-effect transistors based on MoS2 using these electrografted thin layers as gate-dielectric are fabricated and studied. Their performances (electronic mobility of 46 cm2.(V.s)-1, ION/IOFF ratio of 9.107,etc.) confirm the quality of these organic electrografted insulators. The method is thus efficient and versatile for the preparation of robust organic layers with adjustable surface properties and thickness.

Le but de mon projet est de développer des capteurs moins chers qui sont capables de détecter rapidement les présences des ions métalliques dans l'eau. Deux types de capteurs sont élaborés dans la cadre de ce projet: des capteurs optiques sont développés à partir de polymères conjugués (PCs) avec des ligands spécifiques car ils peuvent amplifier le signal de fluorescence et faciliter la migration des électrons, améliorant ainsi la sensibilité des capteurs1 ; et des capteurs ohmiques qui permettent des mesures in-situ.Concernant les capteurs optiques, deux séries de polymères conjugués avec trois ligands différents sont synthétisés pour étudier l’influence des groupes ligands ainsi les structures des squelettes des polymères sur leur capacité à reconnaître des ions métalliques (Figure 1). Les titrations photoluminescences de ces polymères avec dix ions métalliques (Al3+, Ca2+, Cd2+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Hg2+, Mg2+, Ni2+, et Zn2+) ont montré que le polymère nommé P1 est sensible à Cu2+ et Ni2+, et le polymère P6 émet une couleur orange en présence des ions Cd2+ et Zn2+ sous lumière UV (Figure 2). Ces faits permettent d’utiliser les polymères comme capteurs optiques pour ces ions à partir des quantités en ppb (µg/L). Nous avons aussi montré la possibilité d’utiliser ces polymères sous forme solide ce qui permet de recycler ces capteurs en films (Figure 3).Les capteurs ohmiques sont développés en combinant des PCs avec des nanotubes de carbone (NTC) comme éléments de détection2. Une telle combinaison devrait apporter à la fois une sélectivité par une fonctionnalisation chimique adéquate des PC3, et une sensibilité grâce aux propriétés électriques des NTC. En effet, dans les nanohybrides PC/NTC, les squelettes conjugués des polymères sont physisorbés sur les parois du NTC par des interactions d'empilement (Figure 4 - a). La modification électronique induite par l'interaction entre les PC et les analytes devrait être transférée aux NTC, qui agissent comme des transducteurs dans les capteurs, en modifiant leur conductivité. Les polymères synthétisés précédemment sont fonctionnalisés sur les parois de NTC afin de formuler des nanohybrides PCs/NTC pour l’élaboration des capteurs ohmiques. Les nanohybrides PCs/NTC sont caractérisés par des méthodes expérimentales (microscopie électronique en transmission, Raman, etc.) et numérique (simulation, Figure 4 - b) pour confirmer l’interaction entre PCs et NTC. Les nanohybrides sont ensuite déposés sous forme de films sur des puces avec les électrodes (Figure 4 - c) qui servent d’éléments résistif dans les dispositifs. La réponse des dispositifs aux concentrations métalliques est mesurée et étudiée. / Different pollutants can be found in water, inorganic material (chloride, chlorine, heavy metal ions…) and organic material (trace of medicament…). Among them, heavy metal ions are of among the most toxic for human and the environment. 
Analysis of water contaminants that are toxic for human being and aquatic life is of primary importance. Especially, the measurements of the quality of drinking water delivered in private dwelling is a significant public health concern. A family of undesired contaminants is heavy metals. An elevated concentration of metal ions in water is mostly due to an intensive human activity (industry, farming, and housing). In small quantities, certain heavy metals (e.g., iron, copper, manganese, and zinc) are nutritionally essential for a healthy life. However, heavy metals show a great trend to form complexes, especially with ligands of biological matter containing nitrogen, sulfur, and oxygen. As a result, changes in the molecular structure of proteins, breaking of hydrogen bonds, or inhibition of enzymes can occur[1]. These interactions, among others, may explain the toxicological and carcinogenic effects of heavy metals. These ions can cause damages to many organs and are responsible of diseases, including Parkinson’s and Alzheimer’s diseases[2-6]{Liu, 2015 #101;Liu, 2015 #101;Kim, 2012 #102;Kim, 2012 #102;Liu, 2015 #101;Kim, 2012 #102;Liu, 2015 #101;Kim, 2012 #102;Liu, 2015 #101}. Respiratory and cardiac problems can be caused by nickel ingestion[7], and accumulation of the Ni2+ ion in the body leads to oxidative stress[8]; Ni2+ and Cu2+ are also noxious to teeth and bones. These negative effects result from the formation of coordination complexes between the metal ions and biological matter.Heavy metals are not biodegradable and therefore they remain in ecological systems and in the food chain indefinitely, exposing top-level predators to very high levels of pollution.Different methods are used to determine their quantity concentration in aqueous phase such as anodic stripping voltammetry (ASV) [4, 6], solid phase extraction combined with inductively coupled plasma optical emission spectrometry ICP-OES[4, 6] and cold-vapor atomic absorption spectroscopy (AAS) method[9]. These methods are well established, but are costly, time consuming, lack portability, and rely on trained personnel because of their complexity[10].Therefore, cheap, portable and real-time response real-time sensors for the determination of heavy metals in aqueous solutions are needed, particularly in sensitive environments, such as drinking water and industrial wastewater effluents. Here we design and elaborate The aim of the project is to develop these kinds of sensors to satisfy the current need. Two kinds of sensors have been elaborated in the project: the first one is optical sensors based on functionalized conjugated polymers (CPs). The second one is a communicating resistive sensors based on conjugated polymers (CPs)/carbon nanotubes (CNTs) nanohybride for the quick detection of pollutants in aqueous water. To our knowledge, no this kind of resistive of sensors has been developed yet. The start of the project focuses onWe start the project for the detection of metal ions, however, it can later be extended to other kinds of pollutants (such as nitrate, chloride, even drugs) using different polymers with the same working mechanism.

L'objectif principal de cette thèse est de mettre en évidence l'effet de la méthode de préparation sur la dynamique de relaxation des polymères en films minces. Nous nous sommes focalisés en particulier sur l'importance de la maîtrise du taux d'évaporation du solvant lors de la préparation des films, en termes de contrôle de la magnitude des contraintes résiduelles et les conséquences engendrées sur les propriétés physiques. Dans un premier temps, nous exposons la problématique de déviation des propriétés de polymères en films minces et le lien avec la technique de préparation. Nous décrivons un moyen simple permettant de contrôler le taux d'évaporation du solvant en ajustant la concentration de la solution et la vitesse de rotation de la tournette. Les expériences de démouillage nous ont permis de suivre l'effet du taux d'évaporation du solvant sur les propriétés viscoélastiques des polymères près de la Tg. Les résultats obtenus sur des films minces de polystyrène mettent en évidence le rôle de la méthode de préparation sur la probabilité de rupture des films, les temps caractéristiques de relaxation, la dynamique de démouillage et la magnitude des contraintes résiduelles. Dans une seconde partie, nous présentons également une expérience basée sur la propagation des fissures dans les films minces vitreux. Une simple observation microscopique, ainsi que des imageries en AFM permettent de prouver le rôle du taux d'évaporation du solvant lors de la préparation. Enfin, nous explorons une nouvelle approche expérimentale portant sur la possibilité d'investigations en temps réel et lors de démouillage la relaxation moléculaire des chaînes dans les films minces par des mesures diélectriques directes. Nous avons réussi à prouver non seulement un rôle de la méthode de préparation des films mais également que la restauration du comportement du polymère en volume « bulk » est possible en fonction du temps quelques soient les paramètres du film. Nous confirmons ainsi que les propriétés anormales observées dans les films minces spin-coatés sont dictées par l'état métastable provoqué par la méthode de préparation / The aim of this work is to highlight the influence of the sample preparation on the relaxation dynamics of supported polymer thin films. We focus in particular on the importance of tuning the solvent evaporation rate during films preparation, in terms of controlling the magnitude of residual stresses, and the impact on the physical properties. Firstly, we expose the deviation of the polymer behavior in thin polymer films related to the preparation technique. Then, we describe how the solvent evaporation rate can be precisely tuned by varying the concentration of the solution and the rotation rate of the spin coater. Dewetting experiments allowed us to investigate the effect of the solvent evaporation rate on the viscoelastic behavior of the polymers near the Tg. The probability of films rupture, the characteristic time, dewetting dynamics and the magnitude of residual stresses are deduced to prove the impact of sample preparation. In the second part, we present cracks propagation experiments in glassy thin films. A simple microscopic observation, as well as AFM imaging are used to emphasize the role of the solvent evaporation rate during the preparation. Finally, we present a new experimental approach to investigate in real time and during dewetting the dynamics of polymers in thin films by direct dielectric measurements. We have successfully proved not only the impact of sample preparation but also the restoration of the bulk behavior of polymers is possible during the time whatever the film parameters. We therefore confirm that the anomalous properties observed in spin-coated films are governed by the metastable state induced by the sample preparation