Croissance catalytique et étude de nanotubes de carbone multi-feuillets produits en masse et de nanotubes de carbone ultra-long individuels à quelques feuillets Résumé: Ce travail expérimental traite de la croissance catalytique à partir d'une phase vapeur (CCVD) de nanotubes de carbone multi-feuillets (MWCNT) et de nanotubes de carbone (CNT) ultralongs ainsi que de l'étude de leurs propriétés physiques. Dans la première partie du manuscrit est décrite l'optimisation des paramètres pour la croissance CCVD de MWNT en masse et à faible coût. Avec l'acétylène comme source de carbone, Fe(NO3)3.9H2O comme précurseur de catalyseur et CaCO3 comme support, nous rapportons les conditions optimales pour la production de 525 g de MWCNT par jour à un coût estimé de 0.6$/g. La purification des MWCNT ainsi produits par un traitement à l'oxygène ou au dioxyde de carbone est également présentée. La seconde partie est consacrée à la synthèse de CNT ultralongs. L'influence des paramètres de synthèse est étudiée et, à partir de ces observations, les mécanismes de croissance possibles sont discutés. La dernière partie de la thèse est dédiée à la fabrication et à l'étude des propriétés physiques de nanotubes individuels ultralongs. Sur la base du savoir-faire développé précédemment, nous avons réalisé des CNT ultralongs alignés, des jonctions de CNT (suspendus ou supportés) ainsi que des CNT suspendus au-dessus de différents supports. Les propriétés électroniques et de transport des CNT individuels ultralongs sur substrat de silicium ont été étudiées par microscopie à force atomique, spectroscopie Raman et mesures de transport. Enfin, les modes de phonons actifs en Raman sont étudiés par des expériences combinant microscopie électronique à transmission, diffraction électronique et spectroscopie Raman.Mots clés: Nanotubes de carbone multi-feuillets, nanotubes de carbone ultralongs, croissance catalytique à partir d'une phase vapeur, mécanisme de croissance, lithographie, spectroscopie Raman de résonance, transport électronique. / Catalytic growth and study of mass-produced multi-walled carbon nanotubes and ultralong individual few-walled carbon nanotubesAbstract: This experimental work deals with the growth of multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs) and ultralong carbon nanotubes (CNTs) by catalytic chemical vapor deposition (CCVD), and the study of their physical properties. In the first part of the manuscript is described the parameter optimization of the CCVD growth of MWCNTs for a large-scale production at low cost. By using acetylene as a carbon source, Fe(NO3)3.9H2O as a precursor catalyst and CaCO3 as a catalyst support, we report on optimized growth conditions allowing the production of 525 g of MWCNTs per day at an estimated cost of 0.6 $ per gramme. The purification of the as-grown MWCNTs by oxygen or carbon dioxide treatments is also presented. In the second part is presented the synthesis of ultralong individual CNTs. The influence of the growth parameters is investigated and based on the experimental observations, the possible growth mechanisms are discussed. Finally, the last part of the thesis is dedicated to the preparation and to the study of the physical properties of ultralong individual carbon nanotubes. From the know-how developed in the previous part, we prepared well-aligned ultralong CNTs, cross junction of CNTs (on a substrate or suspended) and suspended CNTs over different supports. Electronic and electron transport properties of the individual ultralong CNTs on silicon substrate are then studied by atomic force microscopy, Raman spectroscopy and transport measurements. Finally, the Raman-active phonons of suspended individual CNTs were investigated in combined experiments by transmission electron microscopy, electron diffraction and Raman spectroscopy. Keywords: Multi-walled carbon nanotubes, ultralong carbon nanotubes, catalytic chemical vapor deposition, growth mechanism, lithography, resonant Raman spectroscopy, electronic transport.

Ce travail est consacré à la synthèse de nouveaux polymères donneurs de liaison Hydrogène et à leur utilisation comme partenaire dans la construction de nouveaux films multicouches préparés par le procédé d’élaboration en couche-par-couche (LbL). Plus particulièrement, une nouvelle réaction impliquant des mercaptoalcools non protégés et le poly(2,3,4,5,6-pentafluorostyrène) (PPFS) a été développé et appliquée à la synthèse de nouveaux polymères donneurs de liaisons H. Ce couplage régiosélectif et chimiosélectif de type « click » avec un thiol hétérofonctionnel peut être utilisée pour préparer une bibliothèque de polymères qui diffèrent de par leur degré de substitution (DS) et/ou leur fonctionnalité en groupements associatifs. Le contrôle de ces paramètres structuraux permet de moduler leur force d’interactions avec des partenaires accepteurs de liaison H variés, comme la poly(4-vinyl pyridine) (P4VP), le poly(acrylate de n-butyle) (PBA) et le poly(oxyde d'éthylène) (PEO), de telle façon que tous les types de mélanges binaires (mélange non miscible, partiellement ou totalement miscible, ou complexe interpolymère) peuvent être obtenus. Ensuite, les dérivés de PPFS donneurs de liaisons H ont été utilisés en partenariat avec le P4VP pour élaborer avec succès de nouveaux films multicouche dont la force motrice est l’établissement de liaisons H. L'influence de nombreux paramètres relatifs à la structure des polymères donneurs (DS, structure chimique du groupement associatif), au type de modification chimique subie par le substrat sur lequel est élaboré le film multicouche (monocouche auto-assemblée vs. polymère greffée en conformation de type brosse) ou encore des paramètres expérimentaux liés aux conditions de dépôt (concentration des solutions de dépôt, nature du partenaire adsorbé en premier) a été étudiée. Plus particulièrement, le mécanisme de croissance ainsi que les caractéristiques de surface du film ont été évalués. / This work deals with the design of novel hydrogen-bond donor polymers and their use as partner in new tailor-made multilayered films prepared by the layer-by-layer (LbL) process. In this context, a novel regioselective and chemoselective “click-type” reaction of unprotected mercaptoalcohols onto poly(2,3,4,5,6-pentafluoro-styrene) (PPFS) has been developed, and applied to the synthesis of new hydroxylated H-bond donor polymers. This coupling with heterofunctional thiol is used to prepare a library of polymers differing in the degree of substitution (DS) and/or functionality. The fine control of these parameters makes it possible to tune their interaction ability with various acceptor polymers such as poly(4-vinyl pyridine) (P4VP), poly(n-butyl acrylate) (PBA) and poly(ethylene oxide) (PEO), such that all possible scenarios (immiscible blend, partially or totally miscible blend or interpolymer complex) can be achieved. Subsequently, the resulting H-bond donor polymers (PPFS derivatives) were used to successfully build-up multilayered films with using P4VP as partner via layer-by-layer (LbL) through the dip deposition process. The influence of various parameters related to structure of the partners (DS, nature of the PPFS derivatives), the chemical structure of the surface onto which the film is built-up (self-assembled monolayer vs. polymer brush) and the deposition process (concentration of deposition solutions, nature of the first deposited partner) was in-depth evaluated, on both the growth mechanism and on the surface features of the multilayered films.