Depuis les années 1980, les chercheurs essayent de concevoir des ordinateurs dits « optiques », au sein desquels les signaux électriques seraient remplacés par des signaux photoniques. Pour cela, il est nécessaire de s’intéresser aux problèmes d’interconnexions entre les composants. Cette thèse porte sur la problématique de l’interconnexion optique entre composants électroniques. Afin de proposer une solution à cette problématique, nous étudierons deux types de structures plasmoniques, une première structure d’un seul bloc solide où l’onde d’information est réfléchie sur un prisme d’air, cette structure est composée d’un guide d’onde métallique recouverte d’une couche de photoresist et elle est nommée « guide plasmonique à ultra longue distance » (ULR-SPP). La seconde structure est basée sur une interconnexion flexible où l’information circule le longue d’un guide souple, ce type d’onde est qualifié de « PlasArc ». Au travers d’un chapitre de simulation numérique, nous déterminerons les caractéristiques dimensionnelles afin de minimiser les pertes d’énergies par propagations de nos guides d’ondes dans chacune des structures. Toutes nos simulations sont effectuées dans la gamme d’ondes des signaux télécoms. Puis, nous présentons la fabrication de nos deux types de guides d'ondes ainsi que leurs spécificités de réalisation à savoir une gravure profonde sèche de 60 µm pour les structures ULRSPP et le retrait d’un substrat solide pour les guides « PlasArc ». La caractérisation de nos structures seront réalisées par des méthodes distinctes (réduction successive de la longueur des échantillons, mesures de la perte par propagation le long du guide, taille du mode obtenu en bout de guide, …) sur des tailles d’échantillons pouvant aller de 5 mm à plusieurs centimètres de longueurs. Une étude de la perte selon le rayon de courbure est établie sur les guides d’ondes plasmoniques de type « PlasArc » / Since the 1980s, researchers have been trying to design so-called "optical" computers, in which electrical signals would be replaced by photonic signals. For this, it is necessary to look at interconnection problems between components. This thesis deals with the problem of optical interconnection between electronic components. In order to propose a solution to this problem, we will study two types of plasmonic structures, a first structure of a single solid block where the information wave is reflected on an air prism, this structure is composed of a guide of metal wave covered with a layer of photoresist and it is named "ultra-long-distance plasmonic guide" (ULR-SPP). The second structure is based on a flexible interconnection where the information flows along a flexible guide, this type of wave is called "PlasArc". Through a numerical simulation chapter, we will determine the dimensional characteristics in order to minimize the energy losses by propagation of our waveguides in each of the structures. All our simulations are performed in the waveband of telecom signals. Then, we present the fabrication of two types of plasmonic waveguides as well as their specificities of realization namely a deep etching of 60 μm for ULRSPP structures and the removal of a solid substrate for waveguide named "PlasArc". The characterization of structures will be realized by distinct methods (cut-back, measurements of the loss by propagation along the guide, size of the mode obtained at the end of the guide, ...) on sizes of samples that can go from 5 mm to several centimeters in length. A study of the loss according to the radius of curvature is established on plasmonic waveguides of "PlasArc" type

Cette thèse porte sur la production et l’étude de mousses polymères microporeuses, par dissolution de gaz. Plusieurs techniques expérimentales ont été améliorées ou adaptées pour la réalisation des mousses et la caractérisation des systèmes étudiés. De plus il est démontré que les paramètres du procédé, tels que la pression et la température, permettent la différenciation entre les différentes voies de moussage utilisées. Ceux-ci ont une influence significative sur les caractéristiques finales des mousses. / This dissertation focuses on the production and study of microcellular polymer foams by gas dissolution foaming. Due to the novelty of this research field several experimental techniques have been improved or adapted to produce the foams but also to provide valuable information from the systems understudy. It is demonstrated that processing parameters, such as pressure and temperature, allow differentiating between our foaming routes, and present a significant influence on the foaming process and final characteristics of foam.

Le but de ce projet est de synthétiser des peptides amphiphiles ayant une partie structurante en feuillet beta afin d'obtenir des micelles cylindriques. La partie hydrophile du peptide est associée à un polymère qui va être le support de la membrane car le peptide seul ne se structure qu'en micelle cylindrique. Une fois la membrane créée, le peptide peut être enlevé ou alors laissé au sein de la membrane et cette membrane a des applications dans la filtration spécifique car elle est nanostructurée. / The goal of this project is to synthesize amphphilic peptides with a structuring part in beta sheet in order to obtain cylindrical mycelles. The hydrophylic part of the peptide is associated to a polymer which will be the support of the membrane because the peptide itself doesn't associate to crate a membrane. With the membrane, we can remove the peptide or not and this membrane has specific filtration properties since it is nanostructured.

Les films minces d'hydrogels thermosensibles à propriétés LCST/UCST (Lower/Upper Critical Solution Temperature) avec des températures de transition variables ont été mis au point pour des applications spécifiques. Les réseaux chimiques de polymères fixés de manière covalente sur des substrats solides plans ont été synthétisés par une approche polyvalente et facile à mettre en œuvre en utilisant la chimie click thiol-ène. Elle consiste à déposer des polymères préformés et réactifs en présence des réticulants dithiol sur des substrats modifiés thiol, la réaction de thiol-ène permettant la réticulation simultanée entre chaînes et le greffage en surface. La stratégie CLAG (Cross-Linking And Grafting) donne des films d'hydrogel chimiquement stables et reproductibles avec une large gamme d'épaisseur et avec les propriétés thermostimulables désirées. Les polymères hydrophiles fonctionnalisés par des groupes fonctionnels alcène peuvent être synthétisés en utilisant une copolymérisation radicalaire du monomère souhaité avec du méthacrylate d'allyle dans un solvant organique ou un co-solvant avec de l'eau. Une autre voie est la synthèse dans l'eau en deux étapes: le monomère désiré est copolymérisé avec l'acide acrylique puis le copolymère est modifié par l’allylamine. Trois familles de polymères ont été étudiées: poly(PEGMA), poly(acrylamide) et poly(zwitterion). La température de transition des films d'hydrogel est déterminée en mesurant l'épaisseur dans des solutions aqueuses par ellipsométrie. Les films d'hydrogel de poly(PEGMA) montrent des propriétés de LCST avec la température de transition augmentant avec le nombre d'unités de PEG. La LCST varie de 15°C à 60°C avec deux à cinq unités de PEG dans les chaînes pendantes. La LCST peut également être ajustée en utilisant des copolymères avec différents ratios. Les films d'hydrogel acrylamide ont à la fois des propriétés LCST et UCST. Les films d'hydrogel de poly(sulfobetaïne) montrent un comportement UCST très intéressant en plus d’être « anti-fouling », ce qui est très prometteur pour les applications en biologie. / Temperature-responsive surface-attached hydrogel thin films with various LCST/UCST (Lower/Upper Critical Solution Temperature) were designed for specific applications. The chemical polymer networks covalently attached on plane solid substrates were synthesized by a versatile and straightforward approach using thiol-ene click chemistry. It consists in coating ene-reactive polymers and dithiol crosslinkers on thiol-modified substrates, the thiol-ene click reaction allowing simultaneous cross-linking between chains and grafting on the surface. The CLAG (Cross-Linking And Grafting) strategy provides chemically stable and reproducible hydrogel films with a wide range of thickness and with the desired temperature-responsive properties. Ene-functionalized hydrophilic polymers can be synthesized using free radical copolymerization of the desired monomer with allyl methacrylate in organic solvent or co-solvent with water. Another way is the synthesis in water in two steps: the desired monomer is copolymerized with acrylic acid and then the copolymer is post-modified by amidification. Three polymer families were investigated: poly(PEGMA), poly(acrylamide) derivatives and poly(zwitterions). The transition temperature of the hydrogel films is determined by measuring the thickness in aqueous solutions at different temperatures with ellipsometry. Poly(PEGMA) hydrogel films show LCST properties with the transition temperature increasing with the number of PEG units. The LCST ranges from 15 °C to 60 °C with two to five PEG units in the pendant chains. The LCST can also be adjusted using mixed copolymers hydrogel. Poly(acrylamide) derivatives hydrogel films have both LCST and UCST properties. Poly(sulfobetaine) hydrogel films show very interesting UCST behavior in addition to be anti-fouling, which is very promising for biology applications.

L’incorporation de fibres de carbone greffées avec des nanotubes de carbone (CNTs-CF) dansune matrice polymère permet d’obtenir des matériaux avec des propriétés mécaniques, des propriétés de conductivité électrique et de conductivité thermique notamment améliorées. Ces matériaux sont des candidats idéaux pour être intégrés dans des applications fonctionnelles et même structurales dans les domaines de l’industrie aéronautique, de l’industrie automobile, de la défense et de l’industrie des produits pour le sport. L’objectif (des travaux menés au cours) de cette thèse de Doctorat est d’établir une technique efficace de production de matériaux composites possédant des propriétés multifonctionnelles. Nous étudions l’adaptation d’une technique de dépôt de polymère par plasma sur la surface de fibres de carbone (CFs) puis sur la surface de CNT-CFs. Le dépôt de polymère par plasma sur la surface CNT-CFs est ici recherché non pour des raisons de sécurité, certainement avantageuses, mais pour conférer les propriétés des nanotubes de carbone à l’ensemble du matériau composite. Dans le premier chapitre, nous proposons un tour d’horizon des 2 sujets majeurs de notre étude : (1) les matériaux composites et leurs applications (2) les applications des plasmas pour procédés de traitement des matériaux. Dans le deuxième chapitre, nous présentons la procédure expérimentale du traitement plasma des fibres, ainsi que le schéma détaillé du mécanisme permettant de manipuler les échantillons. Nous précisons aussi les procédures suivies pour la caractérisation chimique, électrique et mécanique des fibres et des matériaux composites. Dans le troisième chapitre, nous évaluons les effets des variations de 2 et de 3 paramètres (par exemple la puissance plasma utilisée, la durée d’exposition et la nature des précurseurs) sur la résistivité électrique des fibres de carbone (CFs) et des fibres de carbone greffées de nanotubes de carbone (CNTs-CF) par la méthodologie des surfaces de réponse. D’après cette étude pour l’optimisation du procédé, nous étudions les principaux facteurs et les interactions entre les différents paramètres. Nous montrons les variables (ou facteurs) qui ont la plus grande influence sur la résistivité électrique sur les 2 types de fibres de carbone. Dans le quatrième chapitre, nous traitons des études de caractérisations des fibres de carbone par XPS (composition chimique), MEB (microstructure), AFM (topologie, rugosité) et TGA (stabilité thermique, cinétique de dégradation). Il s’agit de fournir une meilleure compréhension des structures obtenues sur de telles fibres dans des domaines allant du macroscopique jusqu’au niveau de l’atome. Nous analysons aussi des échantillons avant traitement pour comparer les différences morphologiques et chimiques avec les échantillons traités par plasma. Finalement, dans le cinqième chapitre, nous étudions les proprieties mécaniques et électriques des échantillons de matériaux composites élaborés à partir de fibres non-traitées et des fibres traitées par dépôt plasma de polypyrrole (sur CFs et CNTs-CF). A partir des essais mécaniques et des mesures électriques, nous concluons sur les améliorations apportées par le traitement plasma. / The incorporation of carbon nanotubes grafted carbon fibers (CNTs-CF) into polymermatrices provides highly-enhanced mechanical, electrical, and thermal properties to the materials. They are ideal candidates to be integrated into structural and functional applications in the fields of aerospace, automobile, defense, and sport industries. The aim of this PhD thesis is to establish an efficient technique to produce carbon fiber composites with multifunctional properties. We study the adaptation of a plasma technique for polymer deposition on the surface of carbon fibers (CFs) and carbon nanotubes grafted carbon fibers (CNTs-CF). The plasma polymer deposition on CNTs-CF is not performed only to keep nanotubes on the carbon fiber surface for safety reasons, but it is also applied to retain the bulk properties of those materials. In the first chapter, we give an overview of the two major subjects of the study: (1) composites and their applications, (2) plasma application for materials processing. In the second chapter, we present the experimental procedure of the plasma treatment process of fibers including the detailed design of the plasma system for the treatment of these samples. Then we explain the procedures of several sorts of characterization studies of fibers and composites (e.g. chemical, electrical, and mechanical). In the third chapter, we evaluate the effect of double and triple varied process parameters (i.e. plasma power, exposure time and precursors) on electrical resistivity of CFs and CNTs-CF by response surface methodology. According to the optimization studies we investigate the main factors and the interactions between the different process parameters and we demonstrate which variable (or factor) has the greatest effect on the electrical resistivity of both types of the treated carbon fibers. In the forth chapter, we deal with the characterization studies of the plasma treated CFs and CNTs-CF by using XPS (chemical structure), SEM (microstructure), AFM (topography, roughness), and TGA (thermal stability, degradation kinetics) in order to provide better understanding of the obtained structures on such fibers in a domain ranging from macroscopic to atomic scales. We also analyze the untreated samples to compare mainly the chemical and morphological differences between unmodified and plasma modified fibers. Finally, in the fifth chapter, we study the mechanical and electrical properties of untreated and plasma polypyrrole treated CFs and CNTs-CF reinforced composites experimentally. According to the electrical and mechanical tests, we determine the healing effect of plasma surface treatment performed on CFs and CNTs-CF.

Au cours de ces travaux de thèse, la mésostructure et le comportement électrique/photoélectrique de mélanges de polymères semi-conducteur et ferroélectrique en films minces ont été étudiés pour des applications en électronique organique. Les propriétés de semi-conduction du P3HT et de ferroélectricité du P(VDF-TrFe) ont été associées au sein d’une même couche active. Il a été observé que le développement d’une morphologie de la couche active en film mince présentant des domaines bi-continus permet de conserver les propriétés intrinsèques des deux matériaux. Des dispositifs de type stockage d’informations ont été réalisés à partir de la couche active composée de 10 % P3HT – 90 % P(VDF-TrFe) et la modulation des propriétés d’injection des dispositifs par le champ ferroélectrique a été étudiée. Des cellules photovoltaïques ont également été réalisées à partir de cette couche active qui présente des propriétés optoélectroniques qui varient selon l’état de polarisation du P(VDF-TrFe). L’influence du champ ferroélectrique sur l’efficacité de la photogénération de charges du P3HT et la modulation du photocourant par l’état de polarisation du P(VDF-TrFe) ont ainsi été déterminées. / In this thesis, the mesostructure and the electric/photoelectric behavior of ferroelectric/semi-conductor polymer blends in thin films have been studied for organic electronic applications. The semi-conductivity property of P3HT was associated with the ferroelectricity of P(VDF-TrFe) in one active layer. It has been observed that the intrinsic properties of both materials remained with the bi-continous morphology of these thin films. Memory devices were fabricated based on the 10 % P3HT – 90 % P(VDF-TrFe) active layer and the modulation of the injection properties by the ferroelectric field has been studied. We have also demonstrated that the P3HT/P(VDF-TrFe) thin films exhibit optoelectronic properties which depend on the polarization state of P(VDF-TrFe). The influence of the ferroelectric field on the photogeneration of charges of P3HT and the variation of the photocurrent with the polarization state of P(VDF-TrFe) were determined.

Les cellules solaires organiques à hétérojonction en volume (BHJ en anglais) font l'objet d'un grand intérêt car elles représentent une source d'énergie bon marché et renouvelable. Cependant, à cause des rendements généralement bas, ce type de cellule peine à intégrer le marché. Afin d’en augmenter le rendement, contrôler la morphologie des semi-conducteurs dans la BHJ représente un élément clé. Dans ce contexte, il apparaît, dans la littérature, que les additifs solvant permettent de contrôler cette morphologie et d'augmenter les rendements.Cette thèse a pour but de fournir une étude complète sur l'utilisation des additifs. Le couple de semi-conducteurs étudié est le poly(3-hexylthiophene) (P3HT)/[6,6]-phényl-C61butanoate de méthyle (PC61BM).Une première partie présente une méthode développée pour guider la sélection d'additifs parmi une liste de solvants. Cette méthode emploie les paramètres de solubilité de Hansen des semi-conducteurs. Elle est appliquée au système P3HT/PC61BM et résulte en l'identification de trois nouveaux additifs performants. Ensuite, des caractérisations structurales, électriques et optiques sont menées sur la BHJ et permettent d'identifier les effets des additifs. Les effets de ces additifs se révèlent être différents en fonction de l'architecture des dispositifs. L'origine de telles différences est corrélée aux variations de mobilités des porteurs de charge causées par les additifs. Des tests de photo-stabilité ont été menés et montrent que les additifs sont capables d'augmenter la stabilité des cellules solaires. L’origine de telles améliorations est étudiée. Enfin, l'étude est étendue à deux autres nouveaux polymères semi-conducteurs. / Polymeric bulk heterojunction (BHJ) organic solar cells (OSCs) have attracted significant interest as a low cost and renewable technology to harvest solar energy. However, their generally low efficiencies are a barrier for their movement into commercial application. Controlling the BHJ morphology is a key step in the pursuit of higher OSC efficiencies. Processing additives have emerged as effective components for optimizing the BHJ morphology. This thesis provides a comprehensive study on the introduction of additives in the formulation of semiconductors. The semiconductor system studied is based on poly(3-hexylthiophene) (P3HT) and [6,6]-phenyl-C61-butyric acid methyl ester (PC61 BM). First, a method was developed to guide the selection of additives from a large range of solvents. This method employs the Hansen solubility parameters of the semiconductors and was successfully applied to the P3HT/PC61 BMsystem. It resulted in the identification of three new efficient additives. Next, the mechanistic role of additives in influencing the BHJ morphology is investigated by performing structural, electrical and optical characterizations. Also, the effect of additives on OSC performance was found to depend on the type of the OSC architecture. Such differences were correlated to the variations in charge carrier mobilities caused by the additive. Furthermore, photo-stability tests, performed on different types of OSCs, showed that processing additives can improve the photo-stability. The origin of such improvement is investigated. Finally, the scope of this study is extended to two other donor semiconducting polymers.

Ce travail s'inscrit dans une problématique de mise en œuvre et d'étude d'un revêtement conducteur polymère extrinsèque pour la protection foudre des structures aéronautiques de type composite polymère renforcé fibres de carbone (CFRP). Le revêtement est composé d'une matrice poly(époxy) haute performance bi-composant fluide à température ambiante et de fils submicroniques d'argent à haut facteur de forme (AgNWs) obtenus par un procédé polyol. Une attention particulière a été portée à l'étude de l'influence des AgNWs sur la modification de la cinétique de réticulation du système, sa structure physique et sa mobilité moléculaire. La mesure des niveaux de conductivité volumique et surfacique du revêtement met en avant un seuil de percolation électrique pour un taux volumique en AgNWs inférieur à 1%. Une approche originale permettant la détermination des mécanismes de conduction a été effectuée au moyen des mesures de densités de courant imposées dans le revêtement en fonction du taux de charge en AgNWs et de la température. L'analyse du comportement électrique des échantillons aux valeurs critiques de densités de courant a permis d'appréhender les phénomènes responsables des mécanismes de dégradation. Enfin des essais foudres ont été effectués sur des substrats représentatifs d'une structure aéronautique avec différents types de protection foudre. L'analyse des échantillons par ultrasons après essais foudres a mis en avant l'efficacité du revêtement composite polymère conducteur poly(époxy)/AgNWs développé pour lutter contre le délaminage structurel du CFRP. / This work deals with the processing and the study of an extrinsic conductive polymer coating for the lightning strike protection of the aircraft carbon fibre reinforced polymer (CFRP) structural parts. The coating consist in a low viscosity bi component high performance poly(epoxy) matrix and silver submicronic wires with a high aspect ratio (AgNWs) obtained by a polyol process. The kinetic parameters, the physical structure and the molecular mobility of the matrix had been investigated as a function of the filler content. The surface and bulk conductivities had been measured as a function of filler content. It exhibits a percolation threshold below 1% in volume. The conduction mechanisms had been studied following an uncommon method of current density measurement as a function of the AgNWs content and the temperature. The critical electrical behaviour of each sample had been investigated through the current density method. It has permitted to understand the phenomenon responsible for the composite's degradation. Finally, lightning strike tests on representative configurations had been carried out. The ultrasonic inspections have highlighted the efficiency of the poly(epoxy)/AgNWs coating to avoid the structural delamination of the CFRP.

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L'incorporation d'éléments f au sein d'architectures polymétalliques et organisées est d'un intérêt fondamental en chimie supramoléculaire et permet la mise au point de composés combinant une taille nanométrique avec les propriétés optiques ou magnétiques des ions métalliques Ln(III). Cependant, à cause des difficultés liées au contrôle de l'environnement de coordination de ces ions, les assemblages de complexes polynucléaires à base de lanthanides ont été beaucoup moins étudiés que les autres systèmes et la construction de tels assemblages reste encore un véritable défi. Afin de mieux comprendre les facteurs régissant l'assemblage des complexes polymétalliques, nous avons conçu deux types différents de ligands organiques, favorisant, dans un cas, la formation de complexes infinis (ou polymères de coordination), et dans l'autre, l'assemblage d'architecture polymétalliques discrètes. Ainsi, nous montrons que l'utilisation de ligands dérivés de l'unité picolinate, flexibles et multidentes permet la formation de polymères de coordination présentant des propriétés de luminescence très intéressantes. La géométrie du ligand a une grande influence sur l'architecture finale du réseau. En particulier, l'incorporation de quatre unités picolinates au sein d'un ligand tétrapode résulte en la formation contrôlée de réseaux à une dimension. Inversement, pour favoriser l'assemblage contrôlé de complexes polymétalliques discrets des ligands dissymétriques et de faible denticité ont été utilisés. Les études de complexation d'un ligand tridente dérivé de l'unité 8 hydroxyquinoléine et d'un ligand tétradente possédant un cycle oxazoline sont présentées.