Afin de pouvoir utiliser les nouveaux matériaux semi-conducteurs dans les domaines de l’électronique et de l’optique, il faut parvenir à comprendre leur «structure électronique», ou plus précisément le positionnement des niveaux d’énergie des électrons impliqués dans l’absorption / émission d’un photon. Les propriétés électroniques, sensibles à la composition chimique et à la structure du matériau, sont théoriquement accessibles en résolvant les équations de la mécanique quantique sur ordinateur. Ce travail porte sur des simulations théoriques de la structure électronique de semi-conducteurs binaires constitués d'indium (ou du gallium) et de sélénium, ainsi que de leurs "dérivés" à base de cuivre. La stabilité relative des phases cristallographiques de certains composés In-Se et Ga-Se a été évaluée, ce qui a permis d’expliquer certaines tendances connues et de formuler des prédictions. Les résultats obtenus seront particulièrement utiles dans le domaine du photovoltaïque. Les simulations numériques ont été réalisées dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT), visant les structures cristallines d'équilibre et les propriétés électroniques de quelques semi-conducteurs binaires ou (pseudo)ternaires à base de Cu, In, Ga et Se. Les systèmes étudiés possèdent la même structure à courte portée (environnement tétraédrique des cations et anions) mais diffèrent à longue portée. Les composés binaires (Ga/In)Se, (Ga/In)2Se3 constituent des références importantes dans les diagrammes de phases des systèmes à base de (Cu, In, Se) et (Cu, Ga, Se), au sein desquels figurent les phases potentiellement utiles dans le domaine du photovoltaïque. Le travail comprend deux chapitres d'introduction et trois chapitres exposant des résultats nouveaux / In order to optimally use new semiconductor materials in electronics or optics, one needs to understand their “electronic structure”, that is, the mutual placement of the electron energy levels concerned by the processes of absorption / emission of a photon. The electronic properties, which depend on the material’s chemical composition and crystal structure, may be assessed by theory via solving quantum-mechanical equations on a computer. The present work deals with theory simulations of electronic structure done for several binary semiconductors consisting of indium (or gallium) and selenium, moreover for their “derivatives” containing copper. As a result, the relative stability of crystallographic phases of some Ga-Se and In-Se compounds has been assessed, explaining the known trends and making predictions. The results are expected to be useful for current works in photovoltaics. The numerical simulations have been performed within the density functional theory (DFT), aimed at the equilibrium crystal structures and electronic characteristics of several binary or (pseudo)ternary semiconductors based on Cu, In, Ga and Se. The compounds under study share similar short-range order features (tetrahedral environment of both cations and anions), differently assembled on a long-range scale. The binary compounds (Ga/In)Se, (Ga/In)2Se3 mark important end points at the phase diagrams of the (Cu,In,Se) and (Cu,Ga,Se) systems that cover a number of phases relevant, e.g., for applications in photovoltaics. The work comprises two chapters of introduction and three outlining novel results

Dans le but d’observer l’influence du nombre de plans atomiques sur les propriétés op- tiques de couches ultra-minces de pérovskite d’halogénure de plomb méthylammonium, des échantillons ont été fabriqués suivant trois méthodes de synthèse, une par synthèse liquide en deux étapes et deux par évaporation. La qualité des échantillons synthétisés selon la méthode liquide a été vérifiée par des mesures de spectroscopie rayon X à angle rasant. Nous avons observé que les temps de trempage utilisés n’étaient pas assez longs afin de convertir tout le PbI 2 . Aucun autre échantillon n’a cependant été synthétisé selon cette mé- thode puisque leur épaisseur était trop grande pour ce qui était recherché. Les échantillons synthétisés par évaporation ont été vérifiés par rétrodiffusion Rutherford. Afin de vérifier les propriétés optiques de ces échantillons, des mesures de photoluminescence ont été ef- fectuées. Aucune émission pouvant être attribuée aux pérovskites n’a été trouvée. Suivant l’hypothèse que cela était dû à la dégradation des couches par l’humidité, des mesures de RBS utilisant la résonance de l’oxygène ont été effectuées afin de voir s’il y avait une aug- mentation dans la quantité d’oxygène comparativement à un substrat de silicium vierge. Nous avons trouvé (11±2)×10 15 atomes/cm 2 d’oxygène dans le substrat vierge par rapport à (7±2)×10 15 atomes/cm 2 d’oxygène pour l’échantillon. Il y a donc 36% moins d’oxygène dans l’échantillon, alors que la quantité de silicium dans le pic d’oxyde était similaire dans les deux mesures, suggérant la même épaisseur d’oxyde initiale. Il semble donc qu’une des étapes de synthèse enlève de l’oxygène et qu’il y a globalement une diminution dans la quantité d’oxy- gène. Comme cela ne concorde avec aucune des deux situations envisagées, dégradation ou non, il n’était pas possible de déterminer par ces mesures si l’absence de signal de photo- luminescence était due à l’humidité. Des mesures RBS/ERD ont donc été effectuées afin de mesurer s’il y avait insertion de l’autre composant de l’humidité, soit l’hydrogène. Nous avons trouvé que la quantité d’hydrogène présente était 3.6 fois plus élevée que ce qui de- vrait être le cas à partir de la quantité des précurseurs évaporés. Une si grande différence ne peut être expliquée par la dégradation par l’humidité, il y a forcément d’autres mécanismes qui provoquent une augmentation de la quantité d’hydrogène. Il s’avère donc que la chimie entourant la synthèse et la dégradation des échantillons est plus complexe qu’initialement considérée. / In order to observe the influence of the number of atomic layers on the optical properties of ultrathin layers of methylammonium lead iodide perovskite, samples were synthesized using three different methods, one by a two-step liquid synthesis and two by evaporation. The quality of the samples synthesized by the liquid method was verified by grazing incidence X-ray diffraction spectroscopy measurements. We observed that the soaking times used were not long enough to convert all the PbI2. No other sample was synthesized by this method since the thickness of these was too great for our goal. The samples synthesized by evaporation were checked by Rutherford backscattering spectrometry. In order to verify the optical properties of these samples, photoluminescence measurements were made. No emission that can be attributed to perovskites has been found. Under the assumption that this was due to moisture degradation of the perovskite layers, RBS measurements using oxygen resonance were performed to see if there was an increase in the amount of oxygen compared to a virgin silicon substrate. We found (11±2)×1015atoms/cm2 of oxygen for the substrate versus (7±2)×1015atoms/cm2 of oxygen for the sample. There is 36% less oxygen in the sample, whereas the quantity of silicon in the surface is similar in both measurements, suggesting the same initial oxide thickness. It seems that one of the synthesis steps removes oxygen and that there is globally a decrease in the amount of oxygen. Since this does not concord with either of the two situations considered, degradation or not, it was not possible to determine just from these measurement if the lack of photoluminescence signal was due to moisture. RBS / ERD measurements were then taken to measure whether there was an increase in the other component of moisture, hydrogen. We found that the amount of hydrogen present was 3.6 time higher then predicted by the amount of evaporated precursors. Such a large difference can not be explained solely by moisture degradation, there are inevitably other mechanisms that cause an increase in the amount of hydrogen. It turns out that the chemistry surrounding the synthesis and the degradation of the samples is more complex than initially considered.

Les systèmes photovoltaïques de pompage d'eau (PVWPS) sont une solution intéressante pour améliorer l’accès à l’eau dans les communautés rurales des pays en voie de développement. Cette thèse développe une méthodologie de conception optimale des PVWPS pour l’accès à l’eau domestique basée sur une approche interdisciplinaire. L’objectif est de déterminer les dimensionnements du PVWPS et ses positions géographiques dans le village qui maximisent l’impact positif du système sur le développement socio-économique et minimisent son coût sur cycle de vie. Cette méthodologie est appliquée au cas d’un village rural du Burkina Faso, où nous avons collecté des données techniques et sociaux-économiques depuis 2 ans. La première originalité principale de ce travail est la modélisation du lien entre la conception du PVWPS et son impact socio-économique, ce qui permet d’inclure l’impact socio-économique comme fonction objectif de l’optimisation. La seconde originalité principale est l’intégration de la position géographique du PVWPS dans le village comme variable d’optimisation, en plus du dimensionnement du système. Cette méthodologie pourrait également être appliquée à la mise en place d'autres types de systèmes, tels que les moulins communaux alimentés par énergie photovoltaïque dans les zones isolées ou les bornes de recharges publiques pour les véhicules électriques dans les villes. / Photovoltaic water pumping systems (PVWPS) are an interesting solution to improve access to water in rural communities of developing countries. This thesis develops a methodology for the optimal design of PVWPS for domestic consumption based on an interdisciplinary approach. The objective is to determine the sizings of the PVWPS and its geographical positions in the village that maximize the positive impact of the system on socio-economic development and minimize its life-cycle cost. This methodology is applied to the case of a rural village in Burkina Faso, where we have been collecting technical and socio-economic data for 2 years. The first main originality of this work is the modelling of the link between the design of a PVWPS and its socio-economic impact, which allows to include the socio-economic impact to be included as an objective function of the optimisation. The second main originality is the inclusion of the geographical position of the PVWPS in the village as an optimisation variable, in addition to the sizing of the system. There is potential for applying the proposed methodology for the set-up of other types of systems such as community mills powered by photovoltaic energy in isolated areas and public charging points for electrical vehicles in cities.

Dans un contexte de lutte contre le réchauffement climatique, le bâtiment est un secteur stratégique du fait de sa forte consommation de chaleur et d’électricité. Le solaire, thermique et photovoltaïque, a de forts atouts pour répondre à cet enjeu avec une compétitivité qui s’accélère. En particulier, le solaire hybride PVT est prometteur avec un double gain : l’extraction de la chaleur sous le module photovoltaïque apporte à la fois un gain de rendement électrique, et un gain de par l’utilisation de cette chaleur pour les besoins du bâtiment. L’état de l’art permet de toucher du doigt la diversité des concepts de solaire hybride, et le PVT plan non survitré à eau a été retenu dans cette thèse. Pour faire face à des problématiques de durabilité et de performance, DualSun a conçu un module hybride avec un échangeur en acier inoxydable directement laminé pendant le process du module photovoltaïque.L’analyse de ces capteurs est faite en Partie I, d’abord avec un modèle 3D de l’échangeur. Ce modèle permet de déterminer des débits minimaux, de quantifier l’intérêt à ne pas isoler les bords du module et de visualiser que la perte de charge pour ce concept est principalement liée aux entrées et sorties du module mais reste tout à fait acceptable. Devant les limitations en termes de périmètre et de temps de calcul de ce modèle 3D, des modèles simplifiés sont proposés et comparés. Les résultats de ces modèles simplifiés corroborent une température de stagnation du concept DualSun de l’ordre de 75°C, ce qui confirme que le design est intrinsèquement résiliant à la surchauffe même en l’absence de besoins. Enfin les performances thermiques sur 9 prototypes avec des variations de composition couche par couche ont confirmé que le modèle est robuste. La puissance thermique(non isolé) est de 758W thermique pour un besoin à 30°C et la puissance photovoltaïque de 250Wc électrique dans des conditions extérieures standards (STC).Une analyse système de ces modules intégrés dans un ensemble complexe est réalisée dans la Partie II. Pour le système dit préchauffage d’eau sanitaire en maison individuelle (CESI), les quatre logiciels PVSyst, PVGis, Polysun, Solo sont comparés au logiciel Trnsys avec les Type 295 et Type 816 qui intègrent les deux modèles simplifiés du module définis dans la partie I. Les modèles physiques de ces logiciels sont cohérents entre eux dans le domaine d’utilisation.Les résultats de ces logiciels utilisés à partir de données statistiques pour la météo et les habitudes de consommation sont comparés à des mesures terrain sur 28 installations CESI hybride chez des particuliers. L’objectif a été de quantifier les erreurs d’estimation des prédictions statistiques par rapport au réel. Si l’écart type sur productible photovoltaïque et les températures maximales atteinte par les modules reliés à l’incertitude sur la météo est faible (environ 10%), l’écart type sur l’estimation du besoin sur la base d’un volume moyen consommé est beaucoup plus forte (de l’ordre de 30%) du fait d’un comportement très irrégulier de consommation chez les particuliers en terme d’heure et de volume de puisage en fonction des jours. Les températures moyennes atteintes au niveau des modules sont supérieures à 45°C pendant la moitié de l’année et permettent un préchauffage effectif du ballon sanitaire. Des couvertures solaires des besoins d’eau chaude de 57-58% sont mesurées près de Lyon.Dans le chauffage d’eau sanitaire collectif en couplage pompe à chaleur (HP+) ou en chauffage piscine (SP), les modèles statistiques permettent une évaluation des productibles du fait d’une stabilité des besoins.En conclusion, le solaire hybride devrait être une technologie clé de la transition énergétique pour les bâtiments dans les années à venir, sa compétitivité avec le vecteur électrique est déjà réelle. La technologie est appelée à évoluer pour réduire ses coûts d’année en année à l’instar du photovoltaïque et renforcer ainsi son positionnement face au gaz. / In the context of the fight against climate change, the building is a strategic sector to address because of its high consumption of heat and electricity. Solar energy, both thermal and photovoltaic, has strong assets to meet this challenge and is becoming more and more cost-competitive. In particular, the PVT hybrid solar is a promising solution with a double advantage: the extraction of heat under the photovoltaic module brings both a gain in electrical efficiency, and a gain by generating heat for the needs of the building. The state of the art demonstrates the diversity of solar hybrid technologies, and this thesis specifically addresses the unglazed flat-plate design with water as the heat transfer fluid. To address sustainability and performance issues, the company DualSun designed a PVT hybrid module with a stainless steel heat exchanger directly laminated during the photovoltaic module process.The analysis of the DualSun collector is done in Part I, first with a 3D model of the exchanger. This model makes it possible to determine minimum flows, to quantify the interest not to insulate the edges of the module and to visualize that the pressure drop for this concept is mainly related to the inlets and outlets of the module but remains acceptable. Given the limitations in terms of scope and calculation time of this 3D model, simplified models are proposed and compared. The results of these simplified models corroborate a stagnation temperature of the DualSun concept of around 75°C, which confirms that the design is intrinsically resilient to overheating even in the absence of hot water consumption. Finally, thermal performance on 9 prototypes with layer-by-layer composition variations confirm that the model is robust. The models demonstrate that the 250Wp non-insulated version of the PVT panel has a thermal power output of 758 Wth for hot water needs at 30°C.A system analysis of these modules integrated in a complex system is carried out in Part II. For the preheating Domestic Hot Water system (DHW), four software programs, PVSyst, PVGis, Polysun, Solo are compared to Trnsys with the Type 295 and Type 816, which integrate the two simplified models of the module defined in the section I. The physical models of these software programs are consistent with each other in the field of use.The results of these software programs used from statistical data for the weather and consumption habits are compared to field measurements on 28 DHW (domestic hot water) hybrid installations in private homes. The objective was to quantify the errors of estimation of the statistical predictions with respect to the reality. While the standard deviation of PV output and maximum temperatures reached by the modules related to the uncertainty on the weather is low (about 10%), the standard deviation of estimated hot water needs based on an average consumption is much higher (about 30%) because of irregular consumption behavior in individuals in terms of time and volume depending on the days. The average temperatures reached at the level of the modules are higher than 45°C during half of the year and allow an effective preheating of the sanitary tank. Solar covering of hot water needs of 57-58% are measured near Lyon.For combined solar and heat pump (HP+) systems in multi-dwelling buildings and for pool heating (SP) systems, statistical models allow a reliable evaluation of the energy production because of stable hot water needs.In conclusion, solar hybrid should be a key technology for the energy transition of buildings in the coming years. PVT technology will evolve to reduce costs from year to year as observed with photovoltaic technology and thus strengthen its cost-competitive position against gas as a heat source for homes and buildings.

L'architecture des cellules solaires multi-jonction permet d'obtenir des records de rendement de conversion photovoltaïque, pouvant aller jusqu'à 46%. Leurs sous-cellules sont chacune conçues pour absorber une partie bien définie et complémentaire du spectre solaire, et sont connectées en série par des jonctions tunnel. La fabrication de cellules solaires tandem InGaP/GaAs d'énergies de bande interdite (" band gap ") 1,87 eV/1,42 eV accordées en maille sur substrat GaAs est bien maîtrisée, et de très hauts rendements peuvent être obtenus en ajoutant une ou deux sous-cellules de plus petit " gap " (1 eV et 0,7eV). Pour cela, les matériaux " petits gaps " fabriqués par Epitaxie par Jets Moléculaires (EJM) doivent être développés ainsi que des jonctions tunnel présentant une faible résistivité électrique, une haute transparence optique et de bonnes propriétés structurales. La croissance EJM et la modélisation de jonctions tunnel GaAs nous a permis d'identifier le mécanisme d'effet tunnel interbande plutôt que le mécanisme d'effet tunnel assisté par les défauts comme mécanisme dominant du transport dans ces structures. Nous avons exploité l'hétérostructure de type II fondée sur le système GaAsSb/InGaAs pour favoriser ce mécanisme d'effet tunnel interbande, et donc obtenir des jonctions tunnel de très faible résistivité tout en limitant la dégradation des propriétés optiques et structurales des composants inhérente à l'utilisation de matériaux " petits gaps " et désaccordés en maille GaAsSb et InGaAs. De plus, nous avons conçu une structure innovante d'hétérojonction tunnel de type II AlGaInAs/AlGaAsSb sous la forme de tampon graduel pour l'incorporation d'une sous-cellule métamorphique à 1 eV. Plusieurs candidats pour le matériau absorbeur à 1 eV à base de nitrure dilué InGaAsN(Bi) ont alors été développés et caractérisés, le contrôle de l'accord de maille étant assuré par un suivi en temps réel de la courbure de l'échantillon pendant la croissance EJM. Des premières cellules solaires III-V à base de GaAs, de nitrure dilué à 1 eV et de GaInAs métamorphique ont été fabriquées afin de valider les architectures développées de jonctions tunnel. Ce travail a permis de démontrer le potentiel de l'hétérostructure de type II GaAsSb/InGaAs pour répondre aux principaux défis de conception et de fabrication des cellules solaires multi-jonction sur substrat GaAs, que ce soit au niveau de la jonction tunnel ou au niveau de l'incorporation des sous-cellules de gap 1 eV. / Multi-Jonction Solar Cells (MJSCs) are leading the way of high efficiency photovoltaic devices, with conversion efficiency up to 46%. Their subcells are designed to absorb in a specific and complementary range of the solar spectrum, and are connected in series with tunnel junctions. The tandem architecture InGaP/GaAs - with bandgaps of 1.87 eV and 1.42 eV respectively - is mature and its efficiency could be enhanced by incorporating subcell(s) with bandgaps of 1 eV and/or 0.7 eV. The Molecular Beam Epitaxy (MBE) growth of such low bandgap materials has thus to be developed, as well as low-resistive tunnel junctions with good structural and optical properties. Based on the MBE growth and the simulation of GaAs tunnel junctions, we have identified interband tunneling as the predominant transport mechanism in such devices rather than trap-assisted-tunneling. The interband tunneling mechanism could be enhanced with the type II GaAsSb/InGaAs heterostructure. Using this material system, we have then demonstrated tunnel junctions with very low electrical resistivity with a limited degradation of the optical and structural properties inherently induced by the use of low band-gap and lattice-mismatched GaAsSb and InGaAs materials. Moreover, we fabricated an innovative AlInGaAs/AlGaAsSb tunnel junction as a graded buffer architecture that could be used for the incorporation of a 1 eV metamorphic subcell. We then developed and characterized InGaAsN(Bi) materials with band-gaps of ~1eV, taking advantage of in-situ wafer curvature measurements during the MBE growth to control the lattice-mismatch. Preliminary solar cells based on GaAs, 1 eV dilute nitride and metamorphic InGaAs have been fabricated and characterized validating the developed tunnel junction architectures. This work has enabled to demonstrate the potential of the type II GaAsSb/InGaAs heterostructure to meet the challenges posed by the conception and the fabrication of GaAs-based MJSCs, both for the tunnel junction and the 1 eV subcell.

La limitation de perméation des gaz aux bordes de l’encapsulation des photovoltaïques organiques flexibles a été adressée par l’identification des chemins de perméation du vapeur d’eau et par la formulation des nanocomposites adhésives. Une version modifiée du test de calcium optique a été développée pour identifier l’importance des chemins de perméation différents présent dans l’encapsulation des modules photovoltaïques organiques flexibles. Les nanoparticules des phyllosilicates et les nanoparticules des zéolithes ont été dispersées dedans les formulations des adhésifs différents incluant les adhésifs acryliques sensibles à pression et les adhésifs UV réticulables. Les propriétés mécaniques, optiques, et barrières de vapeur d’eau des nanocomposites ont été caractérisés en plus de leur photo-stabilité sous irradiation UV. Les nanocomposites ont été également utilisés pour encapsuler les cellules photovoltaïques organiques et la stabilité des dispositifs a été évaluer sous les conditions de vieillissement accélérés d’humidité et température. / In order to address the issue of lateral water and oxygen permeation through the sides of the encapsulation and into flexible organic photovoltaic (OPV) devices, the water vapor permeation pathways were identified and several adhesive nanocomposites formulated and tested to limit these pathways. To identify the relative importance of the various water vapor permeation pathways present in the encapsulation of flexible OPV devices, a modified version of the optical calcium test was developed. Passive nanoparticles (phyllosilicates) and active nanoparticles (zeolites) were both evaluated dispersed in UV curing acrylate adhesives and acrylic block copolymer pressure sensitive adhesives. The nanocomposites were characterized for their mechanical and optical properties as well as their water vapor permeation and UV photostability. The adhesives were also used to encapsulate OPV devices and tested in accelerated humidity aging.

Le domaine du photovoltaïque en couches minces s’attache à réduire le coût de l’énergie photovoltaïque, en réduisant considérablement la quantité de matières premières utilisées. Dans le cas du silicium cristallin en couches minces, la réduction de l’épaisseur de la cellule s’accompagne d’une baisse drastique de l’absorption, notamment pour les plus fortes longueurs d’onde. Nombreuses sont les techniques aujourd’hui mises en œuvre pour lutter contre cette baisse de performance, dont l’utilisation des effets plasmoniques induits par des nanostructures métalliques qui permettent un piégeage de la lumière accru dans la couche absorbante. Dans ces travaux, nous étudions l’influence de nanostructures d’argent organisées suivant un réseau périodique sur l’absorption d’une couche de silicium. Ces travaux s’articulent autour de deux axes majeurs. L’influence de ces effets plasmoniques sur l’absorption est d’abord mise en évidence à travers différentes simulations numériques réalisées par la méthode FDTD. Nous étudions ainsi les cas de réseaux périodiques finis et infinis de nanostructures d’argent situés sur la face arrière d’une couche mince de silicium. En variant les paramètres du réseau, nous montrons que l’absorption au sein du silicium peut être améliorée dans le proche infrarouge, sur une large plage de longueurs d’onde. Le second volet de la thèse concerne la réalisation des structures modélisées. Pour cela, deux voies de fabrication ont été explorées et développées. Pour chacune d’entre elles, trois briques élémentaires ont été identifiées : (i) définition du futur motif du réseau grâce à un masque, (ii) réalisation de pores dans le silicium et (iii) remplissage des pores par de l’argent pour former le réseau métallique. La première voie de fabrication développée fait appel à un masque d’alumine, réalisé par l’anodisation électrochimique d’une couche d’aluminium, pour définir les dimensions du réseau métallique. Une gravure chimique assistée par un métal est ensuite utilisée pour former les pores, qui seront alors comblés grâce à des dépôts d’argent par voie humide. La seconde voie de fabrication utilise un masque réalisé par lithographie holographique, une gravure des pores par RIE et un remplissage des pores par dépôt d’argent electroless. Les substrats plasmoniques fabriqués sont caractérisés optiquement, au moyen d’une sphère intégrante, par des mesures de transmission, réflexion et absorption. Pour tous les substrats plasmoniques caractérisés, les mesures optiques montrent une baisse de la réflexion et de la transmission et une hausse de l’absorption pour les plus grandes longueurs d’onde. / Thin-film photovoltaics focus on lowering the cost reduction of photovoltaic energy through the significant reduction of raw materials used. In the case of thin-films crystalline silicon, the reduction of the thickness of the cell is linked to a drastic decrease of the absorption, particularly for the higher wavelengths. This decrease of the absorption can be fought through the use of several different light trapping methods, and the use of plasmonic effects induced by metallic nanostructures is one of them. In this work, we study the influence of a periodic array of silver nanostructures on the absorption of a silicon layer. This work is decomposed into two main axes. First, the influence of the plasmonic effects on the silicon absorption is highlighted through different numerical simulations performed by the FDTD method. Both finite and infinite arrays of silver nanostructures, located at the rear side of a thin silicon layer, are studied. By varying the parameters of the array, we show that the silicon absorption can be improved in the near infrared spectral region, over a wide range of wavelengths. The second part of the thesis is dedicated to the fabrication of such modeled structures. Two different approaches have been explored and developed inside the lab. For each of these two strategies, three major building blocks have been identified: (i) definition of the future array pattern through a mask, (ii) etching of the pattern in the silicon layer and (iii) filling of the pores with silver in order to form the metallic array of nanostructures. In the first fabrication method, an anodic alumina mask, produced by the electrochemical anodization of an aluminium layer, is used in order to define the dimensions of the metallic array. A metal assisted chemical etching is then performed to produce the pores inside the silicon, which will then be filled with silver through a wet chemical process. The second fabrication method developed involves the use of holographic lithography to produce the mask, the pores in silicon are formed by reactive ion etching and they are filled during an electroless silver deposition step. The fabricated plasmonic substrates are optically characterized using an integrating sphere, and transmission, reflection and absorption are measured. All the characterized plasmonic substrates shown a decrease of their reflection and transmission and an absorption enhancement at the largest wavelengths.

Dans un contexte d'accroissement du recours à des sources d'énergies renouvelables intermittentes, la palette des dispositifs de stockage électrochimique s'étend et se diversifie pour assurer l'adéquation entre ces sources intermittentes et leurs applications. La conception et le contrôle en temps réel de ces dispositifs nécessitent un modèle de l'énergie disponible au cours du fonctionnement. Or, la non-linéarité du comportement énergétique des dispositifs de stockage électrochimique en fonction des conditions d'utilisation rend cette modélisation très complexe. Aujourd'hui, l'énergie disponible est modélisée grâce à un estimateur de l'état de charge (SoC), couplé à un modèle de la tension de la batterie. L'interfaçage de ces modèles avec ceux des autres composants d'un système est souvent difficile du fait de la nature des variables de contrôle. Par ailleurs, en temps réel, ces modèles permettent difficilement de réaliser des prévisions de l'énergie disponible dans diverses conditions d'utilisation. L'approche énergétique retenue ici a permis de définir un nouvel estimateur, l'état d'énergie (SoE) et de concevoir directement un modèle de l'énergie disponible pour différentes conditions d'utilisation, sans avoir recours à une double modélisation SoC/tension. Le SoE a été utilisé pour caractériser les performances énergétiques d'accumulateurs plomb-acide et Lithium Ion. Pour ces derniers, la précision sur la prévision de l'énergie disponible a été estimée sur plusieurs profiles types.

Cette thèse porte sur l'autofocalisation de faisceaux et la propagation solitonique optique. Les résultats présentés s'appuient sur l'utilisation de deux milieux aux propriétés non linéaires complémentaires, un milieu Kerr en configuration planaire offrant une réponse ultrarapide et un milieu photoréfractif siège d'une autofocalisation stable bidimensionnelle opérationnelle à très basse puissance. Les analyses présentées sont basées sur des modélisations analytiques et numériques vérifiées par de nombreuses expériences. Nous nous intéressons en particulier au potentiel des guides autoinduits par les solitons pour des applications de routage optique et d'interconnexions reconfigurables.<br /><br />La première partie présente des résultats sur les solitons Kerr, aux longueurs d'onde des télécommunications, formés dans des guides plans basés sur le semiconducteur AlGaAs. Nous avons montré que les absorptions non linéaires, bien que faibles, influencent de manière déterminante l'autofocalisation des faisceaux. Par ailleurs, nous avons déterminé expérimentalement les durées d'impulsions compatibles avec la génération de<br />solitons. Une propagation solitonique a été obtenue sur une distance de 17 longueurs de diffraction.<br /><br />Dans une seconde partie, nous avons étudié un nouveau type de soliton brillant bidimensionnel, le soliton photoréfractif-photovoltaïque avec champ appliqué dans le LiNbO3. Ce soliton est caractérisé par l'application d'un champ électrique qui s'oppose à l'effet photovoltaïque intrinsèque au matériau afin de produire un effet non linéaire focalisant. En accord avec le modèle semi-analytique et les simulations numériques développés, les expériences réalisées montrent que ces solitons constituent une technique simple pour générer des guides à symétrie circulaire, droits ou courbes, utilisables aux longueurs d'onde du visible mais également dans l'infrarouge.<br /><br />Enfin, nous avons testé les potentialités des solitons<br />pour l'adressage optique à travers deux applications. La première a permis de vérifier les capacités des solitons Kerr dans AlGaAs pour des interconnexions rapidement reconfigurables. Dans une seconde configuration, un composant d'optique intégrée 3-D remplissant la fonction de routage 1 vers 4 a été réalisé dans le LiNbO3 à l'aide de solitons photoréfractifs.

Grâce à leurs remarquables qualités de transport de charges et d’auto-organisation, les cristaux liquides colonnaires formés de molécules discotiques dérivées de colorants aromatiques sont des candidats prometteurs pour la réalisation de dispositifs photovoltaïques. Pour profiter à bien de ces propriétés, il est indispensable de maîtriser leur organisation en films minces. Un ancrage homéotrope avec les colonnes perpendiculaires au substrat est ainsi nécessaire pour conduire efficacement les charges aux électrodes. Cet alignement a été obtenu par transition d’ancrage entre un substrat solide et une cathode d’argent permettant d’obtenir des films ultra-minces (environ 25 nm d’épaisseur) homogènes orientés. Par ailleurs, une bicouche de composés discotiques intégralement alignée en ancrage homéotrope a été élaborée. A notre connaissance, ce travail constitue la première preuve de faisabilité d’une hétérojonction donneur – accepteur orientée constituée de cristaux liquides colonnaires. / Columnar liquid crystals made of discotic molecules derived from aromatic dyes are promising materials for the realization of photovoltaic devices thanks to their high charge mobility and their capacity to self-organize. In order to benefit from their anisotropic properties, it is necessary to control their organization in thin films. For example, a homeotropic anchoring where the columns are perpendicular to the substrate is required to carry the charges efficiently to the electrodes. Homogeneous homeotropically oriented ultra-thin films (approximately 25 nm) have been obtained by an anchoring transition between a solid substrate and a silver cathode. Moreover, a homeotropically oriented bilayer formed by discotic compounds has been achieved. This represents the first proof of principle of an organic heterojunction based on two oriented columnar liquid crystal layers.