Les matériaux à propriétés thermoélectriques sont utilisés pour des applications de récupération d'énergie thermique, de génération de froid ou encore de détection de flux de chaleur. L'efficacité de ces matériaux, caractérisée par les facteurs de mérite et de puissance thermoélectriques, est optimale lorsque le coefficient Seebeck, la conductivité électrique, et la résistivité thermique sont élevés. Aux températures ambiantes, les meilleurs rendements sont atteints pour des alliages basés sur le tellurure de bismuth Bi2Te3 dont le coût et la toxicité sont des verrous pour le développement d'applications à grande échelle. Dans l'optique du développement d'alternatives à ces matériaux, les polymères conjugués sont envisagés depuis quelques années. Leurs propriétés sont toutefois largement inférieures à celles du Bi2Te3.Cette thèse a pour objectif l'étude et l'amélioration des performances thermoélectriques de matériaux basés sur le poly(3,4-éthylènedioxythiophène) ou PEDOT. Elle s'organise principalement autour de trois axes de travail. La première partie présente l'étude de propriétés thermoélectriques de formulations commerciales de PEDOT. L'influence de divers paramètres (l'ajout d'inclusions, l'utilisation d'un dopant secondaire, la modification de son taux d'oxydation…) sur les propriétés thermoélectriques est mesurée. Notamment, l'efficacité du dopage secondaire pour améliorer le facteur de puissance du matériau, ainsi que la relation entre le taux d'oxydation et le coefficient Seebeck du matériau, sont mis en évidence.Dans un second temps, le PEDOT est synthétisé avec des contre-ions à faible encombrement stérique et peu coordinants. Les propriétés thermoélectriques des matériaux obtenus sont supérieures à celles offertes par les formulations commerciales. La forte dépendance entre le transport de charge et la structure du matériau est mise en évidence. De plus, une méthode de dopage primaire du matériau permettant une forte augmentation de la conductivité électrique a été étudiée.Enfin, des pistes de réflexion pour l'intégration des matériaux développés dans cette thèse ont été explorées. Dans ce cadre, des méthodes de mises en forme originales ont notamment été démontrées.Cette thèse a permis d'apporter des éléments de compréhension sur les relations entre les propriétés thermoélectriques des polymères conjugués, leur taux d'oxydation, la nature de leurs dopants, et leur structure. Les résultats obtenus laissent envisager plusieurs voies d'optimisation des propriétés des matériaux organiques qui devront faire l'objet de futurs travaux. / Thermoelectric materials are useful for applications such as heat waste recovery, cold production or heat flux detection. The factor of merit and the power factor of the materials characterize their efficiency. These factors are optimal for high Seebeck coefficient, electrical conductivity, and thermal resistivity. The higher yields for room-temperature applications are achieved with materials based on bismuth telluride alloys, but the cost and the toxicity of these materials prevent the development of large-scale applications. In recent years, conjugated polymers have been contemplated as alternatives for Bi2Te3, however, their thermoelectric properties are significantly lower.This thesis aims at studying and improving the thermoelectric performances of materials based on poly3,4-ethylene dioxythiophene) or PEDOT. It consists of three areas of work. In the first part the thermoelectric properties of commercial formulations of PEDOT is presented. The influence of various parameters (such as additional loads, secondary doping species or redox reactions) on the thermoelectric properties is studied. Notably, the propensity of secondary doping to improve the power factor of the material, and the relationship between the oxidation and the Seebeck coefficient of the material rate, are set evidences.In a second part of the work, PEDOT is synthetized with less sterically hindered, poorly coordinating counter-ions. Thermoelectric properties of the resulting materials are higher than those offered by commercial formulations and the strong dependence of the charge transport and the material structure are highlighted. Moreover, a method of doping the primary material allowing great increases of the electrical conductivity was also studied.Finally, several routes for the integration of the above mentioned materials in thermoelectric modules are explored. Original shaping methods have been demonstrated.This thesis provides understandings on the relationship between the thermoelectric properties, the oxidation rate and the structure of conjugated polymers. The results suggest that several ways can be considered in order to improve the thermoelectric efficiency of these materials. These routes will be the subject of future work.

L'objectif de cette thèse est l'élaboration d'un dispositif électro-émissif (DEE) à base de poly(3,4-éthylènedioxythiophène) (PEDOT), obtenu par électropolymérisation, pouvant être envisagé pour une application de régulation thermique des satellites. Pour une meilleure compréhension du comportement optique du PEDOT dans l'IR, des couches modèles ont été élaborées avant la réalisation d'un dispositif complet.La première partie de ce travail a permis de caractériser des couches modèles de PEDOT obtenues par synthèse électrochimique sur ITO dans deux sels différents : le perchlorate de lithium (LiClO4) et le bis-trifluorométhylsulfonylimide de lithium (LiTFSI) dans l'acétonitrile (ACN) comme solvant. La morphologie, la conductivité électronique et les propriétés de réflectivité dans l'IR (gamme de longueur d'onde 8-20µm) du PEDOT ont été étudiées en fonction de l'état d'oxydation du PEDOT. La réflectivité dans l'IR du PEDOT à l'état dopé diminue fortement lorsque la rugosité augmente. Ceci a été attribué à l'augmentation du coefficient d'absorption pour une surface rugueuse comme cela a déjà été reporté pour les métaux. De plus, pour une morphologie identique, il a été montré que la réflectivité des couches modèles de PEDOT évolue avec la conductivité électronique de la même manière, quel que soit le sel utilisé ou la méthode d'élaboration des films. A l'état dopé, les films ont pu être décrits par le modèle de Drude, confirmant le caractère pseudo-métallique du PEDOT. Enfin, un pourcentage de réflectivité maximal de 67% a été obtenu à l'état oxydé et de 21% à l'état réduit, ces résultats donnent une idée des performances pouvant être atteintes dans les DEE à base de PEDOT.La seconde partie de ce travail a permis l'incorporation du PEDOT par électropolymérisation au sein d'une matrice hôte à base de réseau interpénétré de polymère (RIP) combinant le caoutchouc nitrile(NBR) et le poly(oxyde d'éthylène) (POE). Le DEE obtenu est basé sur une architecture tricouches "monobloc". Ainsi, la réalisation d'un DEE à base de RIP conducteur où le PEDOT est incorporé par électropolymérisation simultanément dans les deux faces du dispositif a été validée avec succès. Une fois gonflé d'électrolyte (LiClO4 dans le carbonate de propylène), les propriétés de réflectivité dans l'IR des dispositifs ont été comparées à celles des DEE dans lesquels le PEDOT est synthétisé chimiquement. Les propriétés de réflectivité dans l'IR et de conductivité électronique ont été corrélées de la même manière que pour les couches modèles, prouvant que le comportement du PEDOT varie peu quel que soit la méthode ou le support de synthèse utilisés. / The aim of this work is the elaboration of an electro-emissive (EED) device based on electropolymerized poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) for thermal control of satellites. PEDOT layers were prepared before the realization of the device in order to have a better understanding of the PEDOT optical behavior in the IR range.In the first section of this work, PEDOT model layers obtained on ITO electrodes using lithium perchlorate (LiClO4) or lithium bis-trifluoromethylsulfonylimide (LiTFSI) as supporting electrolytes and acetonitrile (ACN) as solvent were characterized. Morphology, electronic conductivity and IR reflectance properties (in the wavelength range 8-20 µm)were studied as a function of the PEDOT doping state. The IR reflectivity of doped PEDOT decreases drastically upon increasing surface roughness. This was attributed to enhanced absorption in the same way as reported for metallic surfaces. In addition, for the same morphology, the IR reflectivity is shown to follow the same trend as a function of the electronic conductivity for both salts. In the oxidized state, the layers can be described by the Drude model, confirming quasi-metallic behavior of PEDOT. Finally, the highest and lowest reflectance obtained for these PEDOT layers is 67% in the doped state ant 21% for the dedoped state respectively, which opens up interesting perspectives in terms of performances for the PEDOT-based EED.In the second part of this work, PEDOT was incorporated by electropolymerization in a host matrix based on interpenetrated polymer network (IPN) combining nitrile butadiene rubber (NBR) and poly(ethylene oxide) (PEO). The obtained EED is based on a monoblock architecture similar to a three-layer device. Thus, the elaboration of conducting IPN based EED by electropolymerization of EDOT has been made simultaneously on both faces of the device. Once the system is swollen by an electrolyte (LiClO4 in propylene carbonate), reflectivity properties of the devices were compared to those obtained by chemical oxidative polymerization of EDOT within the matrix. IR reflectivity and electronic conductivity properties were correlated following the same trend as in PEDOT layers, this means that PEDOT behavior remains the same whatever the synthesis conditions or the electrodes used for electropolymerization.