Le collage direct consiste en la mise en contact de deux surfaces suffisamment lisses et propres pour qu'une adhésion puisse se créer sans ajout de matière à l'interface. Ce procédé réalisable à l'échelle industrielle trouve son intérêt dans l'empilement de structures ou de matériaux pour la microélectronique ou les microtechnologies. Il s'avère alors important de maîtriser ce procédé et cela passe notamment par la compréhension des mécanismes physico-chimique se produisant lors du collage. Le but de ce travail de thèse est donc l'étude des mécanismes mis en jeu dans le collage hydrophobe de silicium et le collage hydrophile d'oxydes de silicium déposés.Dans cette étude, des procédés de collage direct hydrophobe de plaques de silicium (100) reconstruit ont été développés, ainsi que des collages de surfaces hydrophiles d'oxyde de silicium déposés préparées par des activations plasma azote ou oxygène ou par un procédé de polissage mécano-chimique. Le comportement de toutes ces structures a été étudié à plusieurs stades du procédé, en particulier lors des traitements thermiques de consolidation de l'interface de collage. Pour ce faire, différentes techniques de caractérisation ont été mises en oeuvre comme la mesure d'énergie de collage, l'observation de la défectivité par microscopie acoustique, la spectroscopie infrarouge et la réflectivité des rayons X. Cela a ainsi permis de suivre la fermeture de l'interface de collage en température d'un point de vue chimique et mécanique et des mécanismes de collage ont alors pu être proposés pour toutes les structures étudiées. Des recommandations ont également pu être faites pour l'obtention de collages d'oxydes de silicium déposés efficaces et de qualité. / Direct wafer bonding refers to a process by which two mirror-polished wafers are put into contact and held together at room temperature by adhesive force, without any additional material. This technology feasible at an industrial scale generates wide interest for the realization of stacked structures for microelectronics or microtechnologies. In this context, a precise understanding of bonding mechanisms is necessary. Consequently, the aim of this work is to study the bonding mechanisms for hydrophobic silicon reconstructed surfaces and hydrophilic deposited silicon oxides surfacesIn this study, bonding of hydrophobic silicon reconstructed surfaces and bonding of hydrophilic deposited silicon oxides prepared either by plasma activation or chemical-mechanical polishing were analyzed, as a function of post-bonding annealing temperature. For this, several characterization techniques have been used: bonding energy measurement, acoustic microscopy in order to observe defectivity, infrared spectroscopy and X-Ray reflectivity. Thus the bonding interface closure has been analyzed from a chemical and mechanical point of view and bonding mechanisms have been proposed for the studied bonded structures. Finally the study of deposited silicon oxide bonding prepared either by plasma activation or by chemical-mechanical polishing has lead to some recommendations for efficient and high quality deposited silicon oxides bonding.

Ce travail est centré sur l'étude du décollement de couches minces adhérentes à base cimentaire sur un substrat en béton sous chargement mécanique. Comme matériaux de réparation, des mortiers renforcés par des fibres et/ou incorporant des granulats en caoutchouc sont utilisés. Dans ces conditions, l'étude de la durabilité des réparations implique nécessairement celle de la dégradation de la résistance sous chargement de fatigue. Dans ce contexte, des essais de fatigue par traction, contrôlés par l'ouverture de la fissure (CMOD) sont effectués sur des échantillons composites afin d'établir la loi de dégradation de la résistance du mortier renforcé par des fibres et / incorporant des granulats en caoutchouc. Les résultats montrent que, pour une ouverture de fissure maximale donnée, la résistance résiduelle diminue avec le nombre de cycles et ce quelle que soit la nature du composite. La dégradation maximale de la résistance résiduelle se produit dans le cas du mortier non fibré. Pour des grandes ouvertures de fissure, un renfort par des fibres permet de limiter cette dégradation sous un chargement de fatigue. Dans le cas du mortier incorporant des granulats en caoutchouc, la dégradation de la résistance résiduelle est limitée pour les petites ouvertures de fissure. Une association granulats caoutchouc-renforcement par des fibres permet de limiter les dégâts sur une large étendue d'ouvertures de fissure. Cette solution confère au composite un intérêt pour une application durable dans le cas des réparations minces adhérentes à base cimentaire. En tenant compte des principales pathologies rencontrées dans cette application tels que la fissuration de la couche de réparation suivie par le décollement de l'interface, différentes techniques de préparation de la surface du support ont été évaluées. Parmi celles-ci, un traitement de la surface par sablage, facile à mettre en œuvre dans les conditions réelles, a été utilisé. Pour évaluer la performance structurale, des poutres composites constituées d'un rechargement mince sur des substrats dont la surface a été préalablement traitée par sablage ont été soumises à des essais de flexion trois points (monotone et fatigue). Pour le suivi de l'évolution de la fissuration dans le rechargement et du décollement à l'interface, la technique de corrélation d'image 3D est employée. Il en résulte que l'incorporation des granulats caoutchouc dans le matériau de réparation est efficace pour contrôler la fissuration, et par conséquent pour retarder l'initiation du décollement. De plus, le renforcement du matériau de réparation par des fibres est également efficace pour limiter la propagation du décollement en contrôlant l'ouverture de la fissure. Ainsi, l'utilisation simultanée des granulats caoutchouc et des fibres dans le matériau de réparation par couches minces à base cimentaire peut être une solution appropriée pour retarder l'initiation du décollement et également pour limiter sa propagation, autrement dit pour la durabilité de l'application. Les granulats en caoutchouc utilisés étant obtenus par broyage de pneus usagés non réutilisables, cette approche apporte une valeur ajoutée en valorisant un sous produit industriel et en contribuant à la sauvegarde d'un environnement sain. / This work is devoted to the study of the debonding of thin bonded cement-based overlays from the concrete substrate under mechanical loading. As repair materials, fiber-reinforced and rubbberized cement-based mortars are used. Under these conditions, assessment of durability of the repairs necessarily involves the study of the degradation of the bridging strength under fatigue loading. In this context, tensile fatigue tests controlled by crack mouth opening displacement (CMOD) are conducted on composite specimens in order to establish the degradation law of fiber-reinforced and/or rubberized mortar. The bridging strength decreases with the number of fatigue cycles for the same maximum crack width, whatever the nature of the composite. The maximum cyclic bridging strength degradation occurs in plain mortar. The cyclic bridging strength degradation for large pre-cracked widths is limited for mortar reinforced with metallic fibers. In case of rubberized mortar, cyclic bridging strength degradation is limited at less pre-cracked width values. A combine use of rubber aggregates and fibers in mortar appeared to be a suitable solution to limit the cyclic bridging strength degradation for a wide range of pre-cracked widths. It confers to the composite an interest for durable application such as cement-based thin bonded overlays. Taking into account the main cause of distress in thin bonded cement-based applications i.e. cracking and interface debonding, different surface preparation techniques were evaluated in this research. Among them, the sandblasting one is usually implemented in actual conditions. In order to investigate the structural performance, composite beams consisting of a thin repair layer on top of sandblasted substrates are subjected to three point bending tests (monotonic and fatigue). For monitoring the evolution of cracking in the repair layer and of debonding at interface, digital 3D image correlation technique is used. It emerges as a conclusion that the rubber aggregates incorporation in repair material is helpful to control micro-cracking, which results in the delay of the debonding initiation. Moreover, a fiber-reinforcement of repair material is also helpful to limit the interface debonding propagation by restraining opening of the crack. So, the dual-use of rubber aggregates and fibers in the repair material of thin bonded cement-based overlays can be a suitable solution to delay the debonding initiation and also to limit the interface debonding propagation. This shows that the synergetic effect provided by the combine use of rubber aggregates and fibers remains valid under fatigue loading also. The used rubber aggregates are obtained by grinding end-of-life tyres. In such conditions, the approach brings an added value, the recycling of this industrial by-product being also a contribution to the maintenance of a clean environment. Incidentally, this approach also helps towards the development of a circular economy.