Pour assurer la fonction de sélection spectrale au sein d'imageurs embarqués sur satellites défilants, les filtres allumettes apparaissent comme une solution particulièrement efficace, mais dont la fabrication reste délicate. L'objectif de cette thèse a alors été d'explorer de nouvelles voies technologiques pour la réalisation de ces composants optiques microstructurés. Une étude théorique de procédés d'assemblage, ainsi que de leur impact sur la structure et la fabrication de filtres allumettes, a mis en avant les nombreux intérêts qu'offre une solution basée sur l'assemblage. Cette approche a été validée expérimentalement, à la fois sur les plans optique et mécanique, par la réalisation de composants prototypes dont la caractérisation spectrale, du fait de la géométrie particulière de ces filtres, a nécessité le développement d'un outil de métrologie dédié. Une seconde approche, plus novatrice, a également été étudiée, reposant sur le principe du transfert d'empilements multicouches. Les tests réalisés pour la validation des étapes élémentaires de ce procédé, montrent des perspectives intéressantes.

Nous avons étudié la formation du mélange chimique interfacial dans le système multicouches Mo/Ni, et en particulier l'influence des effets balistiques durant la croissance. Pour cela, des multicouches hétéro-épitaxiées c.c./c.f.c. Mo(110)/Ni(111) de périodes L variant de 4.8 à 27 nm ont été élaborées avec deux techniques de dépôt : l'évaporation thermique et la pulvérisation ionique. Au préalable, une description fine de l'état de contrainte de films minces de Mo élaborés par pulvérisation ionique a été requise. L'étude de la microstructure et de l'état de contrainte a été essentiellement réalisée par diffraction des rayons X, et l'irradiation aux ions a été utilisée comme un moyen efficace pour contrôler le niveau de contrainte. <br />Nous avons montré que les films déposés par voie thermique présentent une légère contrainte de croissance en tension (~ 0.6 GPa), qui peut être expliquée par le modèle de relaxation des joints de grains, alors que les films élaborés par pulvérisation ionique développent de fortes contraintes en compression (de - 2 à - 4 GPa). Celles-ci résultent du bombardement du film en cours de croissance par les particules énergétiques mises en jeu durant le processus de pulvérisation (phénomène d' "atomic peening"), qui conduit à la production de défauts dans les couches, ce qui génère des distorsions volumiques du réseau cristallin. Nous avons développé un modèle de contrainte qui permet de rendre compte de ces déformations volumiques par l'intermédiaire d'une contrainte hydrostatique et qui surtout donne accès au paramètre de maille non contraint et libre de défauts a0, paramètre directement et uniquement lié aux effets chimiques. Des preuves quantitatives que les défauts créés sont de nature interstitielle et qu'ils sont éliminés lors du processus de relaxation sous irradiation sont fournies. <br />Dans le cas de couches de Mo épitaxiées, il a été possible de séparer les contraintes de cohérence des contraintes de croissance en raison de leur cinétique de relaxation différente sous irradiation. Ainsi, la modélisation a permis de déterminer la valeur de a0 dans les sous-couches de Mo constitutives des multicouches Mo/Ni, en fonction de L et des conditions de dépôt. Une tendance à la formation d'un gradient chimique par ‘ségrégation' de nickel dans le molybdène est observée, indépendamment des conditions de dépôt. Ce résultat suggère que des forces thermodynamiques sont favorables au mécanisme d'échange. Néanmoins, l'amplitude de cet effet de mélange est clairement accentuée par les effets balistiques.

Cette thèse s'inscrit dans le cadre d'un projet de recherche européen (Transfeu), composé de 21 partenaires, dédié à l'estimation des effets du feu sur les personnes présentes dans un train et basée sur une méthodologie de sécurité incendie. L'objectif est de modéliser le comportement au feu d'un siège (matériaux multicouches) et d'un panneau vertical (composite) d'une voiture de train indépendamment de la source de feu et du design de la voiture. Le principe est basé sur l'étude de la réaction au feu de deux produits par une approche multi-échelle (de l'échelle de la matière à l'échelle réelle). A chaque échelle, les données expérimentales et numériques sont comparées et valident les processus de décomposition thermique et de combustion mis en jeu. Les données d'entrée sont estimées selon des essais normalisés ou à partir de la littérature et sont identiques pour toutes les échelles. Les phénomènes de décomposition thermique et de combustion sont simulés à partir d'un modèle de pyrolyse et d'un modèle de combustion à fraction de mélange. Cette comparaison, à complexité croissante, permet d'observer la capacité des modèles de FDS de reproduire des simulations réalistes. Les résultats permettent de souligner les limites des modèles et de les dépasser en proposant des solutions alternatives.

L'élaboration de nouveaux revêtements interférentiels multicouches est motivée par la demande de l'astrophysique solaire et par le développement de nouvelles sources de rayons EUV (source à génération d'harmoniques d'ordre élevé, laser X, rayonnement synchrotron). Nous avons étudié et développé différents systèmes multicouches possédant à la fois des propriétés optiques optimisées (réflectivité et/ou bande passante) et une bonne stabilité temporelle et thermique pour la gamme de longueurs d'onde comprise entre l=30 nm et l=50 nm. Des multicouches destinées à la sélection d'harmonique ont été optimisées et utilisées pour la réalisation d'un interféromètre EUV. Une augmentation significative de la réflectivité des multicouches dans la gamme spectrale de 30 à 40 nm a été obtenue par l'addition d'un troisième matériau dans l'empilement. Une étude comparative des courbes de réflectivités théorique et expérimentale en fonction de la longueur d'onde a été menée. Les différences observées ont pu être expliquées notamment à l'aide de l'analyse des propriétés physique des différents matériaux en couche mince. Nous montrons également que l'utilisation de ces multicouches à trois matériaux par période permet le développement d'empilements répondant à des demandes spécifiques (miroirs à large bande passante, miroirs à double bande). Pour les longueurs d'ondes comprises entre 35 nm et 50 nm nous avons développé des multicouches à base de scandium. Cette étude a permis d'obtenir des multicouches avec de forts pouvoirs réflecteurs et une bonne stabilité temporelle. La stabilité de ces empilements a pu être améliorer à l'aide de l'insertion aux interfaces de couches barrières

This work focused on the design of functional capsules made of chemically modified polysaccharides. The layer-by-layer capsules have attracted great interest due to their Indeed, as an advanced multifunctionality which can be advantageously used for pharmaceutical and biomedical applications. Polysaccharides, which are generally biocompatible and biodegradable, are very attractive materials for the construction of bio-related multilayer systems. Considering the intrinsic antibacterial properties of chitosan (CHI), this polysaccharide was selected and quaternized to prepare in physiological conditions contact-killing capsules by combination with hyaluronic acid (HA). The relationship between the antibacterial activity of the quaternized chitosan derivatives (QCHI) and that of QCHI-based capsules was investigated. Then, in order to encapsulate small hydrophobic drugs within the wall of capsules, alkylated derivatives of HA were used as the negatively charged partner of QCHI for the capsules formation. The encapsulation of the hydrophobic dye, nile red (NR), in the hydrophobic shell of capsules was determined. At last, to release the payload under mild conditions was studied by synthesizing rapidly degradable capsules composed of hydrolysable cationic dextran derivatives and HA. The degradation of the layer-by-layer assemblies, both multilayer films and microcapsules is discussed.

Les développements récents en physique, et technologiques, ont permis l'élaboration de nouveaux matériaux magnéto-électro-élastique, comme les composites multicouches piézoélectriques / piézomagnétiques. Leur coefficient magnétoélectrique, très grand en comparaison de celui des matériaux constitués d'une seule phase, a suscité récemment un grand nombre de travaux, menant au développement de capteurs, d'actionneurs, de systèmes de conversion d'énergie magnétique-électrique, et dans les mémoires à état solide.Cette thèse porte sur l'étude théorique et expérimentale des ondes acoustiques de surface dans des structures multicouches piézomagnétiques. Une description théorique des matériaux magnéto-élastiques, reposant sur la dérivation d'un modèle de matériau piézomagnétique équivalent, est utilisée conjointement à une technique numérique afin de calculer les courbes de dispersion et les formes des modes des ondes acoustiques se propageant dans des composites piézo-électro-magnétiques déposés sur un substrat. Ce modèle, très général, peut être utilisé pour différents types de structures et pour une intensité et une direction quelconques du champ magnétique externe appliqué. Les structures réalisées en salle blanche sont constituées d'un film mince de 20 couches de TbCo2 (5nm)/FeCo(5nm) déposé sur un substrat de LiNbO3 entre deux peignes interdigités. Une comparaison, entre les variations de la vitesse de phase d'ondes acoustiques de surface induites par l'application d'un champ magnétique externe modélisées et mesurées, est réalisée. Un bon accord quantitatif entre les mesures et les calculs théoriques, et cela pour toutes les orientations du champ magnétique (suivant l'axe facile ou l'axe difficile) et pour différents modes acoustiques, est obtenu. Le mode transverse horizontal présente les plus grandes variations de vitesse, proche de 20% pour un film dont l'épaisseur serait celle de la longueur d'onde acoustique

Les procédés de dépôt de couches minces optiques par voie physique ou par voie sol-gel présentent par nature des limitations pour la réalisation de revêtements épais (>1 µm) et ont alors recours à des empilements multicouches pour la préparation de miroirs diélectriques ou de polariseurs. C'est pour ces raisons qu'il est intéressant d'étudier les conditions permettant d'augmenter l'épaisseur critique des films sol-gel notamment. Après avoir étudié la capacité d'empilements des couches colloïdales, trois principaux paramètres ont été identifiés permettant d'augmenter l'épaisseur critique d'empilements monomatériaux et multimatériaux. Ces paramètres sont : l'épaisseur déposée,les interactions chimiques entre les particules et le temps de séchage du film. Ils influencent la microstructure des empilements et par conséquent les propriétés optiques et mécaniques. En contrôlant tous ces paramètres, nous avons montré qu'il est possible de préparer des empilements colloïdaux de fortes épaisseurs ouvrent la voie à la préparation sol-gel de miroirs de hautes performances et/ou de polariseurs. En outre, un développement spécifique de méthodes de caractérisations optiques et mécaniques a été nécessaire pour l'étude de ces films sol-gel, à la fois minces et fragiles. / Main optical deposition processes, physical vapor deposition or sol-gel, exhibit difficulties of achieving thick coatings (>1 µm) and to build multilayer stacks (dielectric mirrors, polarizers). For these reasons, we have studied the conditions to enable a significative increase of deposited sol-gel films thickness. Three main parameters have been evidenced enabling the control of the stacking ability : single layer deposited thickness, chemical interactions beetween nanoparticles and coating drying time. We have shown that these parameters depend on the sol composition and on deposition conditions (process) and that the microstructure of single material stacking is influenced. Optical and mechanical properties of sol-gel films have been studied and optimized regarding these different material and process parameters. For this reason, optical and mechanical characterization techniques have been specifically developed and can now be used for fragile and thin film characterization. In controlling all these parameters, it is now possible to prepare multilayer colloidal stack with high thicknesses enabling the fabrication of high-performance mirrors and polarizers.

Notre étude aborde deux points importants sur les interactions supramoléculaires dans les polymères : tout d'abord comment des polymères peuvent s'assembler sur des surfaces planes au moyen de d'interactions de type hôte/invité, puis sur les interactions entre polymères à l'échelle de la molécule unique. En particulier nous verrons comment ces interactions à courte portée influent sur l'adhésion des chaînes sur des surfaces chimiquement contrôlées. Notre choix s'est porté sur un polymère d'origine naturelle le chitosane fonctionnalisé respectivement par des B-cyclodextrines (hôte) et des adamantanes (invité) et dont les assemblages forment des gels. Dans une première partie nous montrerons la possibilité de créer des multicouches de polymère par la méthode Layer-by-Layer (LbL) à l'aide des interactions de type hôte/invité, assemblage toutefois limité par les interactions électrostatiques au sein de la structure. Dans une seconde partie nous étudions les interactions multivalentes hôte/invité entre les couches de polymères en mesurant la force d'interaction par AFM. Nous avons pu mettre en évidence les différentes contributions à la force d'interaction et montrer que les interactions hôte//invités dominent les interactions non spécifiques d'un ordre de grandeur / In this study we focused on two important points concerning supramolecular interactions in polymeric systems. First; how polymers self-assemble on planar surfaces through side-chain host-guest interactions. Second; how those polymers interact each other at the level of single chain and how the adhesion properties of polymers on the modified surfaces can be controlled with those short ranged specific interactions. For that purpose a natural polysaccharide, chitosan, was chosen as the polymeric backbone and was specifically modified with host (B-cyclodextrin) and guest (adamanatane) molecules. It is known that those modified polysaccharides interact each other through host-guest units and their supramolecular assemblies exhibiting a gel-like behavior in solution state. In the first part of the study we investigated the feasibility to use supramolecular interactions to construct functional polymer multilayers by using the Layer-by-Layer (LbL) self assembly approach. The driving force with the proposed system is host-guest interactions thus short ranged and sterically demanding as the structural fitting is necessary. Our results show that multiple host-guest interactions along the chitosan chain allow the self assembles of the modified chitosans on guest-attached surfaces. The number of layers is limited and possibly affected by the electrostatic charge of the chitosan backbone. In the second part of the study we used atomic force microscope (AFM) to probe the multivalent host-guest interactions between modified polymer layers by direct force measurement. By this technique, the main contributions to the interaction between modified chitosan layers could be identified. Adhesion properties of the modified chitosans have also been investigated. The work of adhesion is about an order of magnitude larger for those chitosan derivatives that can form host-guest complexes than for those where this is not possible.

La déformation des cellules végétales durant leur croissance génère des formes anisotropes variées. L'enveloppe des cellules en croissance, appelée paroi primaire végétales, est une couche fine, flexible et extensible, faite d'un réseau de microfibrilles de cellulose reliées entre elles par des hémicellulose qui ont une extension directionnelle. Le but de ce travail est d'élaborer des microcapsules biomimétiques possédant une structure similaire à la paroi primaire et d'étudier leur déformation sous une contrainte mécanique. Pour cela, nous avons utilisé les fortes interactions entre les nanocristaux de cellulose (sous-unités des microfibrilles) et les xyloglucanes (hémicellulose la plus répandue) déjà utilisée pour construire des multicouches plan [1]. Pour reproduire la géométrie des cellules, nous avons fabriqué des microcapsules multicouches à partir de nanocristaux de cellulose et de xyloglucanes, en combinant une émulsion d'huile dans l'eau, de dimension de 20µm environ, avec un dépôt couche par couche conduisant à des capsules biomimétiques. La régularité du dépôt de couche a été suivit par un marquage fluorescent sélectif, l'épaisseur et l'organisation de la paroi ont été caractérisées en microscopie électronique. Par séchage et évaporation du coeur d'huile, les capsules ainsi dégonflées présentent diverses formes révélées par des reconstructions 3D à partir de coupes de microscopie confocale. La relation entre les formes obtenus, les dimensions caractéristiques et les propriétés mécaniques de la paroi a été étudiée [2]. Le contrôle de la taille et de l'épaisseur de la capsule permet d'explorer diverses situations de déformations. [1] B. Jean*, L. Heux, F. Dubreuil, G. Chambat & F. Cousin, Non-electrostatic building of biomimetic cellulose-xyloglucan multilayers, Langmuir, 25(7), 3920-3923 (2009) [2] C. Quilliet, C. Zoldesi, C. Riera, A. van Blaaderen, and A. Imhof Anisotropic colloids through non-trivial buckling Eur. Phys. J. E, 27, 13{20} (2008) / The deformation of plant cells during their growth can generate various anisotropic shapes. The envelop of the growing cells, also called primary wall of plants, is a thin, flexible and extensible layer made of a network of cellulose microfibrils linked by hemicellulose tethers, that can have directional extension. The goal of this work is to elaborate biomimetic microcapsules with structures similar to the plant primary walls and explore their deformation under mechanical stress. For that purpose, we took advantage of the strong interaction of cellulose nanocrystals (the microfibrils sub-elements) with xyloglucan (the most common hemicellulose) already used to build planar multilayer systems [1]. In order to reproduce the cell geometry, we successfully build multilayered microcapsules from cellulose nanocrystals and xyloglucans, by combining oil in water emulsions with dimensions around 20 µm with layer-by-layer deposit, leading to biomimetic microcapsules. The regularity of the layer deposition has been followed by selective fluorescent tagging and the wall thickness and organization was characterized by electron microscopy. Upon drying and evaporation of the oily core, the deflated microcapsules exhibited various shapes as revealed by 3D reconstruction from confocal microscopy slices. We have investigate the relationships between the obtained shapes in relation to the characteristic dimensions and the mechanical properties of the wall [2]. The control of the capsule size and thickness allows exploring various situations in terms of deformation behavior. [1] B. Jean*, L. Heux, F. Dubreuil, G. Chambat & F. Cousin, Non-electrostatic building of biomimetic cellulose-xyloglucan multilayers, Langmuir, 25(7), 3920-3923 (2009) [2] C. Quilliet, C. Zoldesi, C. Riera, A. van Blaaderen, and A. Imhof Anisotropic colloids through non-trivial buckling Eur. Phys. J. E, 27, 13{20} (2008)

Les revêtements semi-conducteurs déposés sur des substrats souples sont utilisés dans différentes applications de haute technologie, par exemple pour la fabrication de composants micro-électroniques flexibles ou de cellules photovoltaïques flexibles. Sous un chargement de traction, ces revêtements subissent un endommagement caractérisé par l'apparition de multiples fissures sur leur surface avec ou sans délaminage à l'interface film/substrat. A la fin du processus de la multi-fissuration, une distance caractéristique entre les fissures peut être mesurée. Cette distance dépend principalement de l'épaisseur du film et du comportement mécanique du substrat.Dans ce projet, une étude expérimentale sur des monocouches d'oxyde et des multicouches d'oxyde et d'argent de différentes épaisseurs déposées sur deux substrats souples a été menée. Cette étude nous a permis de déterminer le comportement mécanique de chaque substrat, d'identifier les stades de la multi-fissuration des couches minces à savoir un premier stade d'apparition aléatoire de fissures, un deuxième stade de fissuration régulière et un dernier stade de saturation du réseau de fissures. L'influence de l'épaisseur de la couche d'argent a été également étudiée.Nous avons développé un modèle mécanique 2D basé utilisant des zones cohésives pour simuler l'amorçage et la propagation de fissures à travers le film. Ce modèle a permis de simuler numériquement les trois stades de la multi-fissuration des monocouches d?oxyde déposées sur polymère tels qu' observés expérimentalement. Nous avons ensuite réduit le modèle à une cellule représentative permettant de modéliser seulement les deux derniers stades de la multi fissuration. Cette cellule nous a permis d'identifier l'influence des propriétés géométriques et mécaniques des couches minces et de leur substrat sur la distance inter fissures à saturation. L'influence du délaminage interfacial a également été étudié. / Semiconductor coatings deposited on flexible substrates are used in various high-tech applications, for example flexible micro-electronic components or flexible sollar cells.When submitted to large tensile strains, these coatings undergo damage characterized by the appearance of multiple cracks on their surface with or without delamination at the film/substrate interface.At the end of the multi-cracking process, a characteristic distance between cracks can be measured.This distance depends mainly on the thickness of the film and the mechanical behavior of the substrate.In this project, an experimental study on oxide layers and oxide and silver multilayers of different thicknesses deposited on two polymer substrates was carried out.Were able to determine the mechanical behavior of each substrate and to identify the stages of the three stades of multi-cracking of thin layers.A first stade of random appearance of cracks, a second stade of regular cracking and a last stade of saturation of the network of cracks were identified.The influence of the thickness of the silver layer has also been studied.We have developed a 2D based mechanical model using cohesive zones to simulate the initiation and propagation of cracks in the film.Using this model, we successfully simulate the three stages of the multi-cracking of oxide monolayers deposited on polymer as observed experimentally.We then reduced the model to a representative cell allowing only the last two stages of multi-cracking to be modeled. This cell allowed us to identify the influence of the geometric and mechanical properties of the thin layers and their substrate on the distance between cracks to saturation.The influence of interfacial delamination has also been studied.