Les micro-résonateurs (MRs) sont devenus des éléments clés de la conception de capteurs optiques intégrés, car étant plus miniaturisés que l’existant, ils s’intègrent mieux dans des systèmes ''lab-on-chip'', ce qui permet aussi de réduire le volume des molécules à détecter. Les MRs sont de plus très sensibles à la variation d’indice effectif provoquée par la présence de molécules dans le milieu de détection. Dans cette thèse, nous avons utilisé deux types de matériaux différents: les polymères et le silicium poreux. Les polymères, facilement réalisables avec des méthodes de fabrication peu onéreuses, sont dans un premier temps utilisés pour valider les outils de simulation développés pour l’étude des caractéristiques des MRs pour l’application capteur basée sur la détection par évanescence. Le silicium poreux permet d'exploiter un autre mode de détection, la détection en volume. Les molécules présentes dans le milieu de détection s'infiltrent dans le matériau et réagissent de manière directe avec la lumière. En utilisant les outils de simulation développés et en adaptant le procédé de photolithographie classique utilisé pour la fabrication de MRs en polymères, des premiers MRs constitués de guides ridges à base de silicium poreux sont mis en œuvre et caractérisés. Ces travaux de thèse démontrent expérimentalement la possibilité de détecter des concentrations de glucose avec une meilleure sensibilité que l'état de l'art pouvant atteindre les 600 nm/RIU, pour les domaines utilisant la détection et l'analyse de molécules (santé-agro, défense-sécurité, environnement). / Micro-resonators have become key element for integrated optical sensor because they offer the advantage of significantly minimizing the device size, which allows an easily integration on lab-on-chip and greatly reduces the amount of molecules to be detected. Moreover, micro-resonators are extremely sensitive to the effective index variation induced by the presence of molecules in the detection medium. The thesis focuses on two different materials: polymers and porous silicon. Firstly, polymers, easily implementable with a low cost fabrication, are used to validate the simulation tools developed for the study of micro-resonators characteristics in order to perform sensing application based on the detection by evanescence. Then, porous silicon is investigated in order to operate another type of detection, the detection by volume. The molecules to be detected and present in the medium detection infiltrate into the material and interact directly with the light. Using simulation tools and by adapting the photolithographic process used for polymers micro-resonators fabrication, the first micro-resonators based on porous silicon ridge waveguides are obtained and characterized. The work contained in this thesis demonstrate experimentally the possibility of sensing concentrations of glucose with a sensitivity of 600 nm/RIU, using volume detection, which is higher than the state of the art, for domains using the sensing and analysis of molecules (health, food industries, security and environment).

Les façades des nouveaux bâtiments et des bâtiments existants sont altérées par la pénétration de l'eau. Afin de protéger les bâtiments et surfaces exposées aux intempéries, des traitements contenant des agents hydrophobes doivent être appliqués.<p>Les traitements utilisés à l’heure actuelle sont des traitements de surface qui se dégradent au cours du temps. L'agent hydrophobe, présent en surface, est soumis à des conditions très rudes telles que des rayonnements ultraviolets, de grandes variations de température, de l'abrasion .qui réduisent l’efficacité et la durabilité des traitements. La plupart des traitements aujourd'hui disponibles, fournisse une barrière efficace au passage de l’eau à court terme, mais doivent donc être réappliqués régulièrement. <p>Le projet de recherche, présenté ici, traite de la mise en place d'un traitement de masse de matériaux cimentaires utilisés dans la protection de structures (joints, crépi .). Ce traitement devrait offrir une protection à long terme, mais ne devrait pas modifier de manière significative les propriétés mécaniques des matériaux. <p>Les avantages d'un traitement de masse sont évidents. Seule une petite partie de l'agent hydrophobe est exposée et dégradée par les conditions climatiques et l'abrasion de surface ne porte pas atteinte à l'intégrité du traitement.<p>Une étude fondamentale a été menée afin d'étudier l'influence de l'incorporation d´agents à base de silicium sur les processus d'hydratation des ciments Portland et de comprendre leur mode d'action. Deux agents (alpha,omega dihydroxypolydimethylsiloxane et n-octyltriethoxysilane) et deux ciments Portland (ordinaire et blanc CEM I 42,5N) ont été choisis et étudiés. Trois modes d´introduction (liquides purs, émulsions et granules) ont été mis en œuvre et comparés. <p>Le but est de déterminer les meilleures conditions pour obtenir un traitement efficace et durable tout en préservant les propriétés mécaniques. Les résultats d'absorption d'eau par capillarité et de perméabilité à la vapeur d’eau sont prometteurs et les essais mécaniques sur mortiers n’ont pas montré de diminutions significatives des résistances mécaniques. <p><p>La microstructure et la progression de l'hydratation des matrices cimentaires adjuvantées et de référence, ont été caractérisées par calorimétrie à conduction, par calorimétrie différentielle à balayage couplée à la thermogravimétrie, par spectroscopie infra-rouge, par diffraction des rayons X, par porosimétrie au mercure, et par microscopie électronique à balayage.<p><p>La durabilité des matériaux adjuvantés a été étudiée afin de montrer la pertinence des traitements ainsi que l'évaluation de la progression de l'hydratation. Les performances hydrofuges ainsi que l’évolution de la microstructure, à l’issue des différents vieillissements artificiels et naturels, ont été déterminées.<p>Les mortiers mis en œuvre ont été soumis à des vieillissements artificiels simulant des conditions proches de celles rencontrées en pratique (tels que des cycles rayonnements UV, pluie, sel, gel/dégel…). Une amélioration de la durabilité des mortiers adjuvantés a été observée. Les résultats sont très encourageants et confirment l'intérêt d’un tel traitement dans la masse.<p><p>/Protection of cement-based materials means above all, moisture protection because water is primarily responsible for inducing damaging physical and chemical processes in building materials. In most cases, water repellents are applied either directly during the construction or insulation process; or as a post-treatment of the exposed surfaces in order to protect the buildings from further decay. A new way is to develop a bulk treatment for cement-based materials which should provide a long term protection without modifying the mechanical properties of the cementitious materials. <p>The advantages of a bulk treatment are obvious i.e. only a small part of the hydrophobic agent is exposed and degraded by the UV. In addition, surface abrasion does not affect the integrity of the treatment. <p><p>A fundamental study was initiated to investigate the influence of the incorporation of two active silicon-based agents (already used as post-building treatments) on the hydration processes of Portland cements and to understand the involved mechanisms of interaction. <p>Two agents (alpha,omega dihydroxypolydimethylsiloxane and n-octyltriethoxysilane) and two Portland cements (Ordinary and White Portland Cement CEM I 42,5N) were chosen and studied. Three incorporation modes (pure liquids, water emulsions and granules) were investigated. The effects of the three modes were compared.<p>The aim was to determine the best conditions for an efficient and sustainable treatment preserving the mechanical properties of the materials. <p>The results of capillary water penetration and water vapor permeability are promising and are not accompanied by a significant decrease of the mechanical performances<p><p>The microstructure and progression of hydration of admixtured cement pastes were characterized by conduction calorimetry, differential scanning calorimetry, thermo-gravimetry, infra-red spectroscopy, X-ray diffraction, mercury intrusion porosimetry, and scanning electron microscopy. <p>In addition, the durability of water-repellent additives and of the admixtured cement was studied in order to show the relevance of the treatments as well as the assessment of the progression of hydration and the type of products that were developed. <p>Mortar specimens were submitted to artificial ageing cycles such as freeze-thaw cycles, ultraviolet cycles and rain-sun cycles. <p>The general trend is an improvement of the durability of admixtured mortars. <p>The results are very encouraging and confirm the interest of the bulk mortar treatment. <p><p> / Doctorat en Sciences de l'ingénieur / info:eu-repo/semantics/nonPublished