Ce travail de doctorat a permis de développer un biocapteur dédié à l’analyse de l'activité hydrolytique d'une enzyme sur un composant de la paroi végétale, l'arabinoxylane, dans un contexte où le nombre d'enzymes à tester augmente.Ce biocapteur permet non seulement de détecter une enzyme active mais également de classer son activité hydrolytique au sein d’un ensemble d’enzyme. L’identification est réalisée simplement à l'œil nu mais le classement nécessite une observation instrumentée. Des techniques de micro-fabrication sont utilisées pour dispenser de manière précise l’arabinoxylane sur un support. La composition de la solution à base d'arabinoxylane a été optimisée afin d’assurer sa stabilité ainsi que l’uniformité de l’épaisseur du dépôt solide. L’influence de la mouillabilité du support est également étudiée. Notre suivi permet de détecter l’hydrolyse enzymatique et de quantifier le taux d’hydrolyse. La fonctionnalité du biocapteur est validée avec une xylanase commerciale par comparaison avec une technique standard en enzymologie utilisant un substrat colorimétrique. Ce nouvel outil a également été évalué sur des enzymes issues de clonage métagénomique. Son seuil de sensibilité est de 3 nkat/ml, comparable aux autres techniques mais permet de diviser par deux le temps d’analyse. / This thesis focused on the development of a biosensor able to detect the hydrolysis capabilities of enzymes. In a context in which an increasing number of enzymes must be tested for their ability to decompose biomass, we choose to use arabinoxylan as our sensor's active layer as it is a major component of plant cell walls. This biosensor doesn’t only make it possible to detect an enzymatic activity but also to rank several enzymes according to their respective activities. While the precise ranking of enzymes requires an instrument, detecting a hydrolytic activity can be done without it. We rely on microfabrication techniques to precisely deposit arabinoxylan on a solid support. We have developed an arabinoxylan based and tuned its composition to maximize its stability and ensure deposits’ homogeneity. The influence of the wetting properties of the support itself was also thoroughly investigated. We are able to quantify the progressive degradation of the arabinoxylan deposits and thus extract the hydrolysis rate. We have benchmarked our approach with the standard techniques (colorimetry) used in enzymology on a commercial Xylanase. Our approach was further evaluated in a metagenomic enzyme screening context. We have demonstrated that while twice faster than the existing techniques, we maintain a limit of detection at the state of the art (3nkat/mL).

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Ce projet de recherche avait pour objectif de répondre à un enjeu industriel: Développer un procédé " propre " de métallisation des polymères sans satinage à l'acide chromique (CrVI). Au cours de ce travail, un procédé alternatif s'appuyant sur une technologie innovante de revêtement de surface (la technologie Graftfast®) a été développé. Ce procédé utilisable dans l'eau et à température ambiante permet de greffer chimiquement des polymères vinyliques sur une large gamme de surfaces de natures différentes. Par cette méthode, une couche d'acide polyacrylique (PAA) a été greffée de manière covalente sur différents substrats polymériques (ABS, ABS-PC, PA, PET, PVC, PVDF...). Les propriétés chélatantes des groupes introduits dans ces films minces de polymères ont été mises à contribution pour l'immobilisation de sels métalliques. Une fois réduites au sein de cette interphase, les particules métalliques ont permis la croissance de la couche métallique par immersion dans un bain Electroless en jouant le rôle de catalyseur. Les couches métalliques résultantes ont montré des propriétés électriques et mécaniques identiques à celles obtenues par les procédés industriels actuels. Combiné à des procédés lithographiques bas coûts et innovants, des motifs métalliques localisés sur substrats flexibles et transparents (PET and PVDF) ont été réalisés à l'échelle micrométrique. Afin de répondre encore plus fortement aux contraintes environnementales et économiques actuelles, le procédé de fonctionnalisation de surface par immersion (Graftfast®) a été remplacé par un procédé par impression jet d'encre photo-assisté. Des motifs métalliques sur substrats flexibles du type papier glacé (PVC) ou transparents (PET) avec une résolution micrométrique ont aussi été réalisés. Ces structures présentent également d'excellentes propriétés électriques et mécaniques et laisse envisager une utilisation de ce procédé pour des applications dans le domaine de la microélectronique.

Avec les préoccupations actuelles de protection de l'environnement et des personnes, le développement des capteurs de gaz à base d'oxyde métallique connait un essor grandissant. Force est de constater que les capteurs commercialisés aujourd'hui présentent des performances mitigées avec une température de fonctionnement limitée à 450°C. Malgré une sensibilité intéressante avec des seuils de détection autour de quelques ppm, ils présentent une faible sélectivité et de grandes instabilités; ce qui limite leur utilisation à de simples détecteurs. Ces imperfections sont d'ailleurs le moteur de nombreux travaux de recherche notamment sur le développement de nouveaux matériaux de détection mais aussi de nouveaux transducteurs. Le but de cette thèse est de prouver qu'il est possible de bien améliorer les performances de ces capteurs à oxydes métalliques notamment sur les aspects consommation, stabilité mécanique et électrothermique. Pour cela notre travail a consisté dans un premier temps à redéfinir un nouveau design puis à optimiser les procédés technologiques pour réaliser des plateformes chauffantes "haute-température". Nous avons réussi à développer une structure capable de fonctionner jusqu'à 600°C avec une puissance convenable (<80mW) et une remarquable stabilité mécanique et électrique. Ensuite nous avons travaillé sur l'optimisation du procédé jet d'encre comme nouvelle technique d'intégration de couche sensible beaucoup plus robuste et reproductible que les techniques de dépôt actuelles. Les premiers essais ont été effectués avec du ZnO nanoparticulaire et ont montré des résultats prometteurs notamment pour l'intégration de différents matériaux d'un futur multicapteur.

Contrairement à l'industrie graphique qui s'est très rapidement convertie à l'impression numérique à jet d'encre, l'industrie textile manifeste de fortes réticences envers cette nouvelle technologie. Ce procédé d'ennoblissement offre pourtant, dans les domaines de la création et de la production, de nombreuses possibilités d'innovation. L'objectif de ce travail est, d'une part de mettre en exergue le potentiel créatif iconographique de cette technologie et d'expliquer les changements de la notion de dessin textile qu'il induit. D'autre part, en les confrontant aux limites actuelles de l'impression traditionnelle aux cadres, il détaille les nouveaux modes de production à même d'insuffler une nouvelle dynamique aux métiers de l'impression textile. En dernier lieu, sont exposés les facteurs environnementaux qui seront appelés à jouer un rôle de plus en plus important dans l'économie du futur. L'ensemble offre ainsi une présentation complète et actualisée des différents aspects de l'impression textile à jet d'encre.

Cette thèse porte sur l'élaboration de dispositifs d'émission et de photodétection à base de nanocristaux colloïdaux dans le visible et le proche infrarouge. Dans un premier temps, nous avons développé des dispositifs lumineux à base de nanocristaux de CdSe/ZnS émettant dans le rouge-orange. Pour cela, nous avons tout d'abord travaillé en déposant des polymères par voie liquide, des nanocristaux par différentes techniques humides ou sèches et enfin des petites molécules par évaporation. Ensuite, dans un but d'optimisation des performances de nos dispositifs, nous avons développé une technique originale de dépôt des QDs, que nous avons appelée Langmuir Schaeffer Stamping (LSS). Cette technique de dépôt économique en matériaux et homogène permet de travailler uniquement avec un empilement de films minces déposés par évaporation des petites molécules, et permet une nette augmentation de l'efficacité des composants. Nous avons étudié les mécanismes à l'origine de l'électroluminescence, dans nos dispositifs c'est l'injection directe qui prédomine. Enfin, en travaillant à l'aide de nanocristaux de PbS, nous avons développé des photodétecteurs pour le proche infrarouge de détectivité 109Jones. Des sources QDLEDs infrarouges à base de nanocristaux de PbS ont également été élaborées.

Ce travail de thèse a pour sujet la conception des cellules solaires photovoltaïques à base de pérovskite hybride par le biais de la technologie d’impression jet d’encre. Les deux premiers chapitres font la présentation du contexte de la thèse, à savoir l’alimentation d’un réseau autonome de capteurs, et passent en revue les aspects scientifiques des technologies jet d’encre et photovoltaïque de nouvelle génération. Le troisième chapitre présente la mise au point d’une cellule photovoltaïque à l’état de l’art et son évolution vers une architecture imprimable à basse température de recuit. La problématique de la stabilité des cellules photovoltaïques à pérovskite est aussi abordée. La dernière partie présente les différents aspects et problématiques de l’impression par jet d’encre des trois couches internes d’une cellule solaire pérovskite. Au terme de ce travail la possibilité d’imprimer des cellules solaires pérovskites avec des rendements supérieurs à 10 % a été démontrée, le tout en condition ambiante et à basse température. / This thesis is about the design of photovoltaic solar cells based on hybrid perovskite using inkjet printing technology. The first two chapters present the context of the thesis, namely the powering of an autonomous sensor network, and review the scientific aspects of inkjet and photovoltaic technologies. The third chapter presents the development of a state-of-the-art photovoltaic cell and its evolution towards a printable architecture at low annealing temperatures. The problem of the stability of photovoltaic cells with perovskite is also discussed. The last part presents the different aspects and problems of the inkjet printing of the three inner layers of a perovskite solar cell. At the end of this work the possibility of printing perovskite solar cells with efficiencies higher than 10% has been demonstrated, all in ambient conditions and at low temperature.

Cette thèse porte sur l'élaboration de dispositifs d'émission et de photodétection à base de nanocristaux colloïdaux dans le visible et le proche infrarouge. Dans un premier temps, nous avons développé des dispositifs lumineux à base de nanocristaux de CdSe/ZnS émettant dans le rouge-orange. Pour cela, nous avons tout d'abord travaillé en déposant des polymères par voie liquide, des nanocristaux par différentes techniques humides ou sèches et enfin des petites molécules par évaporation. Ensuite, dans un but d'optimisation des performances de nos dispositifs, nous avons développé une technique originale de dépôt des QDs, que nous avons appelée Langmuir Schaeffer Stamping (LSS). Cette technique de dépôt économique en matériaux et homogène permet de travailler uniquement avec un empilement de films minces déposés par évaporation des petites molécules, et permet une nette augmentation de l'efficacité des composants. Nous avons étudié les mécanismes à l'origine de l'électroluminescence, dans nos dispositifs c'est l'injection directe qui prédomine. Enfin, en travaillant à l'aide de nanocristaux de PbS, nous avons développé des photodétecteurs pour le proche infrarouge de détectivité 109Jones. Des sources QDLEDs infrarouges à base de nanocristaux de PbS ont également été élaborées. / This work is devoted to the development of Visible and Near-Infrared Light Emitting Diodes and photodetectors based on colloidal nanocrystals. First, we report a wet strategy for solution processed QDLEDs. Using spin coated and inkjet printed polymers, we have developed our first devices. Unfortunately, their efficiencies were quite low. To overcome these issues, we have developed an original QDs deposition method based on stamping and Langmuir processes, called Langmuir-Schaeffer Stamping (LSS). LSS is a very cost-efficient, dry, simple and homogeneous method to deposit nanocrystals on any substrate, even on small molecules deposited layers. Using LSS, we have developed efficient devices whose specifications are reported here. Direct injection and Förster mechanisms are studied. Furthermore we have fabricated infrared devices with PbS nanocrystals. Performances of our 109 Jones NIR photo-detectors and NIR-QDLEDs are presented in this thesis.

La formulation d'une encre diélectrique et son dépôt par impression jet d'encre en vue de la fabrication de modules LTCC ont été étudiés, dans le cadre du projet européen SPrinTronics. Les verrous technologiques de la formulation de l'encre ont pu être levés afin d'ajuster ses caractéristiques au procédé. Pour cela, les mécanismes d'hydrolyse de la poudre, d'adsorption/désorption du dispersant et de fragmentation de la poudre ont été étudiés. Il a été mis en évidence la complexité d'obtenir à la fois une grande stabilité et une granulométrie fine. Les tests préliminaires d'impression ont révélé que les différentes stratégies influencent fortement la planéité des plans. Notamment, il est possible de minimiser la rugosité de surface de plans diélectriques imprimés par jet d'encre en maîtrisant la nature de la maille, l'interpénétration des gouttes et la stratégie de remplissage de la maille. Ces différents travaux sont prometteurs quand à l'industrialisation futur de la méthode. Cependant, les efforts doivent être poursuivis afin de mettre au point des véhicules de test. / Formulation of dielectric ink and its deposit by inkjet printing in order to manufacture LTCC have been studied, in the context of SPrinTronics european project. Technological barriers have been solved and the ink characteristics have been adjusted to the inkjet specifications by studying hydrolysis mechanisms of the powder, adsorption/desorption of the dispersant and powder milling. It has been very complex to obtain simultaneously a good stability (low viscosity and sedimentation rate) and fine particle size. Preliminary printing tests have been revealed that printing strategies are efficients to reduce rugosity of printed dielectric plans, especially the lattice, drop-to-drop distance and the filling strategy. These studies are promising for LTCC printing. However, efforts should be coutinued to print test vehicles.

De nos jours, le domaine biomédical est en pleine croissance avec le développement de dispositifs thérapeutiques innovants, bas coût, pour le diagnostic, le traitement ou la prévention de maladies chroniques ou cardiovasculaires. Ces dernières années ont connu l’émergence des polymères semi-conducteurs, alternative intéressante aux matériaux inorganiques, présentant des propriétés uniques de conduction ionique et électronique. Tout d’abord, j’ai axé mes travaux de recherche sur le développement et l’optimisation d’une encre conductrice à base de PEDOT:PSS, parfait candidat comme matériau, pour la transduction des signaux biologiques en signaux électriques, compatible avec le process jet d’encre, pour la réalisation de dispositifs imprimés. Puis mes travaux se sont orientés vers la conception et l’étude d’électrodes imprimées sur supports papiers, tatous et textiles permettant des enregistrements long termes d’électrocardiogrammes (ECG) ou électromyogrammes (EMG), présentant des performances similaires aux électrodes commerciales, utilisant un système d’acquisition spécifique pour la mesure d’activités électriques de tissus musculaires. Puis dans un second temps, je me suis penchée sur l’impression sur support papier, de transistors organiques électrochimiques (OECTs) fonctionnalisés, afin de permettre la détection d’éléments biologiques ou chimiques comme l’alcool. Ces travaux proposent une nouvelle voie pour la conception de dispositifs innovants biomédicaux à bas couts, imprimés, permettant la personnalisation des produits pouvant être intégrés dans des dispositifs biomédicaux portables ou dans des vêtements « intelligents ». / With the evolution of microelectronics industry and their direct implementation in the biomedical arena, innovative tools and technologies have come to the fore enabling more reliable and cost-effective treatment. In this thesis I focus on the integration of the conducting polymer PEDOT:PSS with printing technologies toward the realization of performant biomedical devices. In the first part, I focus on the optimization of the conducting ink formulation. Following, I emphasize on the fabrication of inkjet printed PEDOT:PSS based biopotential electrodes on a wide variety of substrates (i.e., paper, textiles, tattoo paper) for use in electrophysiological applications such as electrocardiography (ECG) and electromyography (EMG). Printed electrodes on paper and printed wearable electrodes were fabricated and investigated for long-term ECG recordings. Then, conformable printed tattoo electrodes were fabricated to detect the biceps activity during muscle contraction and the conventional wiring was replaced by a simple contact between the tattoo and a similarly ink-jet printed textile electrode.In the last part, I present the potentiality of inkjet printing method for the realization of organic electrochemical transistor (OECTs) as high performing biomedical devices. A disposable breathalyzer comprised of a printed OECT and modified with alcohol dehydrogenase was used for the direct alcohol detection in breath, enabling future integration with wearable devices for real-time health monitoring. Their compatibility with printing technologies allows the realization of low-cost and large area electronic devices, toward next-generation fully integrated smart biomedical devices.