Ce travail de thèse expérimentale a été consacré à la synthèse par des méthodes de chimie par voie humide de nanoparticules à base du multiferroïque BiFeO3 et à leur caractérisation, avec comme objectif finale des applications photocatalytiques. Ce matériau présente une bande interdite, avec un gap de 2.6eV, qui permet la photo-génération de porteurs de charges dans le visible faisant ainsi de BiFeO3 un système intéressant pour des processus photo-induits. Ce travail s’est en particulier focalisé à caractériser les propriétés de nanoparticules à base de BiFeO3 en vue de comprendre l’effet de ses propriétés sur leur potentiel dans des applications liées à la photocatalyse. Tout d’abord, l’étude des effets de taille sur les propriétés structurales, de transitions de phase, et physico-chimiques des particules a été réalisée, en gardant comme principal objectif de découpler les propriétés liées à la surface de celles du massif/cœur de la particule. Pour cela, une maîtrise et une optimisation des procédés de synthèse de particules aux échelles nano- et micro-micrométriques de BiFeO3 a été nécessaire pour obtenir des composés de taille variable et de très bonne qualité cristalline. Malgré la diminution de la taille des particules, on constate que, grâce au contrôle de paramètres de synthèse, nos nanoparticules présentent des propriétés très proches à celles du massif de BiFeO3, gardant la structure rhomboédrique R3c avec des faibles effets de contrainte. Afin de contrôler indirectement par le dopage les propriétés optiques des composés à base de BiFeO3, on a réussi à réaliser un dopage très homogène en La3+, et un dopage partiel en Ca2+, sur le site de Bi3+. Les propriétés optiques des nanoparticules et leurs applications dans les premières expériences photocatalytiques sur la dégradation du colorant rhodamine B ont montré la complexité de la physico-chimie de leur surface et du processus d’interaction lumière-particule. Après analyse des données d’absorbance optique en fonction de la taille de nanoparticules, on observe que la bande interdite déduite pour ces différentes particules n’est pas le facteur prédominant sur les performances photocatalytiques. D’autres facteurs ont pu être identifiés comme étant à l’origine de la localisation de charges photo-générées, tels que des états de surface liés à une fine couche de peau ou skin layer sur les nanoparticules, présentant des défauts structuraux, une réduction de l’état d’oxydation du Fe3+ vers le Fe2+ et la stabilisation d’autres adsorbats, tels que FeOOH ; tous ces facteurs peuvent contribuer au changement dans les performances photocatalytiques. Les résultats photocatalytiques restent très encourageants pour poursuivre les études de nanoparticules à base de BiFeO3, montrant une dégradation de la rhodamine B à 50% au bout de 4h de réaction photocatalytique pour certaines des nanoparticules étudiées. / This experimental PhD work has been dedicated to the synthesis, by wet chemistry methods, and characterization of nanoparticles based on multiferroic BiFeO3, with the aim of using them for photocatalytic applications. This material presents a bandgap of 2.6eV, which allows the charge carrier photoexcitation in the visible range, making BiFeO3 a very interesting system for photoinduced processes. This thesis has been particularly focused on characterizing the properties of BiFeO3 nanoparticles in view of understanding the relationship of their properties on their potential use for photocatalytic applications. First of all, the topic of the size effect on the structural properties, phase transitions, and physics and chemistry of the particles has been developed, keeping as first aim to separate the properties related to the surface from those arising from the bulk/core of the particle. To do so, the mastering and optimization of the synthesis processes of BiFeO3 particles at the nano and microscale were needed, to finally obtain different size compounds with high crystalline quality. Despite the size reduction of the particles, we notice that, thanks to the control of the synthesis process, our BiFeO3 nanoparticles present properties very close to those of the bulk BiFeO3 material, keeping the rhombohedral structure R3c with weak strain effects. In order to indirectly tune the optical properties exploiting the doping, we have succeeded in realizing a homogenous La3+ doping, and a partial Ca2+ doping, on the Bi3+ site. The optical properties of the nanoparticles and their use on the first photocatalytic experiments for degrading rhodamine B dye have shown the complexity of the physics and chemistry phenomena at their surface and of the light-particle processes. After analyzing optical absorbance data as a function of the particle size, we observe that the deduced bandgap for different particles is not the main parameter directing the photocatalytic performances. Other factors have been identified to be at the origin of the localization of the photoexcited charges, as the surface states linked to the skin layer of the nanoparticles, depicting structural defects, a reduction of the oxidation state of Fe3+ towards Fe2+ and the stabilization of other adsorbates, such as FeOOH; all these parameters may contribute to the change on the photocatalytic performances. The photocatalytic results are very encouraging, motivating to continue the study of BiFeO3 based nanoparticles, though depicting a 50% rhodamine B degradation after 4h of photocatalytic reaction using some of the present nanoparticles.

L’incorporation d’oxyde de niobium, un métal de transition à valence multiple, dans des verres de phosphates permettrait leur intégration dans des systèmes de détection de gaz à haute température puisqu’ils présentent des propriétés optiques et électriques modulables en fonction de la température et de l’atmosphère. Dans le cadre de cette maîtrise, les verres (60-x)P₂O₅-xNa₂O-40Nb₂O₅ où x = 23, 27, 30 et 33 %mol ont été étudiés afin d’évaluer l’influence de la composition et de la température sur l’état d’oxydation du niobium. Sous forme d’oxyde, le niobium se retrouve généralement dans un état d’oxydation Nb(V) de forme Nb₂O₅, un composé incolore. Lorsque l’oxyde de niobium est réduit partiellement, il se retrouve sous forme NbO₂ d’état d’oxydation Nb(IV) qui présente une coloration bleu-noir. Les verres ont été traités thermiquement sous air et sous atmosphère partielle d’hydrogène (90Ar/10H₂) entre 450 et 630 °C. Les propriétés optiques ont été mesurées par spectrophotométrie UV-visible et permettent d’observer une large bande d’absorption dans le domaine du visible jusqu’au proche infrarouge suite aux traitements thermiques réducteurs. Une analyse de Résonance Paramagnétique Électronique (RPE) permet de révéler la présence d’espèces Nb⁴⁺ responsables de la coloration bleu-noir des verres. Les analyses Raman démontrent que le niobium se retrouve en sites octaédriques NbO₆ pour toutes les compositions et qu’une diminution de la concentration en ions Na⁺ permet d’augmenter le nombre d’oxygènes pontants et favorise ainsi la réduction du niobium. De plus, les verres présentent une conductivité électrique mixte ionique-électronique entre 10⁻¹⁰ et 10⁻³ S·cm⁻¹ sur une gamme de températures entre 25 et 575 °C. La conductivité ionique est due à la mobilité des ions Na⁺ dans le réseau vitreux et est plus importante lorsque la concentration de ce porteur de charge augmente. La conductivité électronique est due à la présence d’espèces Nb⁵⁺ et Nb⁴⁺. La coloration bleu foncé des verres ainsi que la conductivité électronique peuvent être expliquées par des phénomènes de transfert de charge soit respectivement le transfert de charge d’intervalence et le saut de petit polaron. Finalement, des analyses DRX, DSC, de densité, d’indice de réfraction et d’analyse thermogravimétrique (ATG) ont aussi été effectuées sur ces verres. / The incorporation of niobium oxide, a mixed valency transition metal, in phosphate glasses would allow their integration in high temperature gas detection systems because they have optical and electrical properties that can be modulated according to the temperature and the atmosphere. In this study, the glasses (60-x)P₂O₅-xNa₂O-40Nb₂O₅ where x = 23, 27, 30 and 33 mol% were studied to evaluate the influence of the composition and the temperature on the oxidation state of niobium. In the oxide form, niobium is generally found in an oxidation state Nb(V) of composition Nb₂O₅, a colorless compound. When the niobium oxide is reduced, it is found in NbO2 composition with Nb(IV) oxidation state, which exhibits a dark-blue coloration. The glasses were heat-treated in air and hydrogenated atmosphere (90Ar/10H₂) between 450 and 630 °C. The transmittance properties were measured by UV-visible spectrophotometry resulting in a broad absorption band in the visible range up to the near-infrared following reductive thermal treatments. Electron paramagnetic resonance analysis revealed the presence of Nb⁴⁺ species responsible for the dark-blue coloration of glasses. Raman analyzes show that niobium is found in octahedral sites NbO₆ for all the compositions and a decrease in Na⁺ ions makes it possible to increase the number of bridging oxygens and thus favors the reduction of niobium. In addition, the glasses have a mixed electrical ion-electron conductivity between 10⁻¹⁰ and 10⁻³ S·cm⁻¹ over a temperature range between 25 and 575 °C. The ionic conductivity is due to the mobility of the Na⁺ ions in the vitreous lattice and is more important when the concentration of this charge carrier increases. Electronic conductivity is due to the presence of Nb⁵⁺ and Nb⁴⁺ species. The dark-blue coloration of the glasses and the electronic conductivity can be explained by interatomic charge transfer phenomenons, respectively know as intervalence charge transfer and the small polaron hopping. Moreover, XRD, DSC, density, refractive index and TGA analyzes were also performed on theses glasses.

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Le dioxyde de vanadium (VO₂) est un matériau thermochrome de la famille des oxydes de métaux de transition (OMT). Sa température de transition (Tt), de 68 degrés Celsius, est parmi tous les OMT la plus proche de la température ambiante. Le VO₂ est métallique au-dessus de Tt et semi-conducteur en dessous de celle-ci. Le vanadium est un métal de transition avec plusieurs degrés d'oxydation. Lors de la fabrication des couches minces de VO₂, les différents degrés d'oxydation du vanadium entrent en compétition, ce qui rend très difficile la fabrication de couches minces stœchiométriques. On étudie les couches minces de VO₂ déposées par pulvérisation cathodique réactive ac double magnétrons assistée de faisceaux d'ions oxygène/azote pour des applications en optique et photonique. On dépose des couches minces de vanadium qu'on oxyde par la suite en dioxyde de vanadium. Les films ainsi fabriqués sont étudiés par des techniques de caractérisation optique, électrique, structurale et surfacique. Les propriétés de surface et de transport dépendent fortement de la proportion d'ions réactifs d'oxygène dans le faisceau ionique et du taux de conversion du V en VO₂. Le bombardement ionique diminue la température de transition et la résistance électrique des couches minces de VO2. Il mène à la formation de la phase monoclinique M2 du VO₂. Celle-ci est stabilisée par l'oxydation du V en VO₂ par la méthode "Rapid Thermal Annealing and Cooling" (RTAC). Ce processus permet un contrôle fin et aisé de la microstructure et de la texture des couches minces menant à de nouvelles propriétés optiques et électriques des couches minces de VO₂. Les applications du VO₂ proposées dans cette thèse vont des revêtements intelligents actifs et passifs aux lentilles minces nanométriques planes en passant par des dispositifs en couches minces thermo-électrochromes.

La membrane cellulaire est un environnement très dynamique où diffusent plusieurs familles de protéines. Pour assurer la communication entre neurones, certains récepteurs membranaires diffusant librement doivent être stabilisés aux jonctions de communication neuronales: les synapses. Des changements dans le comportement diffusif de ces récepteurs induisent des variations de leurs populations à la synapse. La capacité d'observer ces protéines diffuser individuellement est donc importante pour mieux comprendre certains mécanismes cellulaires associés au fonctionnement du système nerveux. Alors que les fluorophores organiques (Alexa, Atto, ...) et génétiquement encodées (GFP, RFP, ...) photoblanchissent rapidement, les nanocristaux semi-conducteurs fluorescents (points quantiques: QDs) sont photo-stables, ce qui permet de suivre les protéines marquées sur de plus longues périodes. Même si la structure cristalline du QD dépasse rarement les 10nm de diamètre, la taille de la sonde fonctionnalisée, une fois équipée d'un enrobage hydrophile et de protéines d'hameçonnage, est d'environ 30 nm, limitant leur accessibilité dans la fente synaptique (environ 20 nm). De plus, la multivalence des versions commerciales des QDs fonctionnalisés pose problème, en leur permettant de lier plusieurs récepteurs à la fois. Dans ce mémoire, nous présentons donc différentes approches pour la biofonctionnalisation de petit QDs monovalents, ainsi que les principales stratégies pour marquer des récepteurs synaptiques uniques à partir de QDs. De plus, nous présentons une étude de la diffusion de récepteurs synaptiques diffusant à l'intérieur et à l'extérieur de synapses et comparons les résultats en fonction des 2 types de sondes utilisés : QDs enrobés d'anticorps et QDs enrobés de streptavidine. Ces travaux devraient contribuer à l'optimisation d'une approche pour suivre les dynamiques des récepteurs synaptiques dans des modèles de plasticité synaptique.

Ce projet concerne la propriété de résonance électronique caractéristique aux métaux appelée plasmon de surface. Le but est ici d'étudier le phénomène de couplage dans le champs proche entre les plasmons de surface localisés de particules distinctes à travers un réseau bidimensionnel ordonné de nanoparticules d'or sphériques auto-assemblées, entièrement synthétisé par voie chimique. Sachant que le mode dipolaire couplé des plasmons de deux particules sphériques voisines prend la forme d'un pic d'aborption dans le visible dont la fréquence varie en fonction de l'espacement entre les deux particules de manière exponentielle, on a voulu étudier l'influence indépendante de deux facteurs structuraux du système, soit la taille des particules et l'espacement entre ces dernières. Dans un premier temps, une méthode de synthèse de films mono-particulaires ordonnés de nanoparticules d'or enrobées de chaînes de polystyrène de longueur contrôlée a été développée. Cette méthode permet l'obtention spontanée de réseaux hexagonaux bidimensionnels ordonnés à petite échelle sur divers substrats solides (verre, carbone, mica, silicium), par évaporation du solvant contenant les particules. Le protocole de greffage en 2 étapes présente notamment l'avantage d'être applicable à des nanoparticules de tailles et de formes diverses, synthétisées via différentes méthodes, et génère une densité de greffage suffisamment élevée pour que les chaînes adoptent une conformation de surface de type «brosse». Elle permet également de contôler indépendamment la taille et l'espacement entre les particules. La variation directe de la distance entre les particules en fonction de la masse molaire de polystyrène greffé a été démontrée. Dans un deuxième temps, les propriétés optiques des films synthétisés ont été étudiées. Un montage spectroscopique polarisé utilisant un guide d'onde comme détecteur (OWLS) a été utilisé afin d'isoler le plus possible les contributions des 2 modes plasmoniques dipolaires couplés, soit le mode longitudinal et le mode transversal. À l'aide de spectres d'absorption calculés en utilisant le modèle DDA, Il a été démontré que le spectre d'absorption du film était dominé par le mode longitudinal, et que le déplacement vers le rouge de longueur d'onde de résonance maximale prend la forme d'une décroissance exponentielle dont la constante augmente lorsque l'espacement inter-particule relatif au diamètre augmente au delà de 1,25. Les mesures effectuées sur les films synthétisés, dont l'espacement est supérieur à ce seuil, tendent à appuyer cette tendance. Une étude dynamique de l'auto-organisation de nanoparticules d'or enrobées de chaînes d'alcanethiol sur une surface de silice a ensuite été effectuée à l'aide du montage OWLS. Le déplacement progressif du pic plasmon vers le rouge a été suivi dans le temps avec une résolution de 0,2 secondes. Une correspondance entre la longueur d'onde du pic et la distance inter-particule moyenne a été déterminée à l'aide de calculs DDA, et il a été possible de déterminer l'évolution temporelle de la distance entre les particules lors de l'évaporation. Cette étude a permis d'éclaircir le mécanisme d'auto-assemblage de ces particules, explicant certaines différences structurales observées sur des échantillons de particules enrobées d'alcanethiols de différentes longueurs. / This is a study of the specific optical properties of metal nanoparticles, called localized surface plasmon resonance, inside an ordered self-assembled bidimensional array designed entirely by chemical synthesis. Knowing that the near-field dipolar plasmon coupling phenomena between two neighbouring particles takes the shape of a strong aborption band in the visible which frequency shifts exponentially as a function of the inter-particle gap, we propose here a study of the independent influence of structural parameters such as the particles' diameter and inter-particle gap over the spectrum of the array. We therefore developped a method for the synthesis of polystyrene-capped gold nanoparticles allowing us to control both the size and the length of the polystyrene chains, independently. These particles re-disperse in most organic solvents, and spontaneously self-organise into 2D hexagonal arrays when cast onto many solid substrates (glass, carbon, mica, silicium). This 2-step grafting procedure can be applied to metal particles of different size and shape, and generates a grafting density that is high enough so the chains adopt a «brush» conformation. The mean distance between the particles inside the array varies with the molecular weigth of the grafted polymer chains. The optical properties of the glass-deposited films were then analysed using a specific spectroscopic setup based on the use of an optical waveguide as the detector (optical waveguide lightmode spectroscopy, OWLS). This setup made it possible to isolate the contributions from both dipolar coupled plasmon modes, namely the longitudinal and the transverse mode. Using discrete dipole approximation (DDA) simulations, it was observed that the longitudinal mode is responsible for the red shift of the plasmon peak with decreasing relative inter-particle gap. The evolution of that red-shift take the shape of an exponential decay with two distinct rates, the decay constant being significantly higher when the relative interparticle gap reached 1.25. The experimental value of the decay constant obtained from the synthesised films, in which the interparticle gap is always above 1.25, is close to the calculated value over that range. The OWLS setup was also used to study the 2D self-assembly mechanism of solvated alcanethiol-capped gold nanoparticles samples as the solvant evaporates when a drop is deposited onto a solid surface. We monitored the time-resolved progressive shift of the plasmon peak during the evaporation process with a resolution of 0.2 s. A direct relationship was established between the plasmon wavelength and the inter-particle distance using DDA-calculated data, and it was possible to correlate the change in the mean distance between the particles inside the sample during the evaporation process. This shed some light on the self-organisation dynamics, explaining structural differences observed by microscopy on samples coated with alkyl chains of different lengths.

Grâce à des propriétés physiques spécifiques différentes des matériaux massifs, les nanostructures ont mené à une rupture technologique importante. Le silicium étant le matériau prédominant en microélectronique, et du fait d’un rapport surface/volume important, les nanofils de silicium sont prometteurs dans de nombreux domaines d’applications comme l’optoélectronique ou les capteurs biologiques. Néanmoins les techniques de synthèse actuellement utilisées sont encore relativement complexes à mettre en œuvre et coûteuses et il existe encore un écart énorme entre la synthèse et la mise au point de démonstrateurs en laboratoire et la réalisation de dispositifs fonctionnels et commercialisables.Ce travail de thèse porte sur l’étude d’une nouvelle technique de synthèse bas coût, l’électrodépôt en liquide ionique, pour obtenir des nanofils de silicium ou de silicium incorporant des ions Terre-Rare avec des propriétés d’émission dans le visible ou le proche infrarouge. Un des objectifs de cette thèse étaient de comprendre l’influence des différents paramètres d’électrodépôt sur la croissance de films minces de silicium pur et de voir si il était possible de synthétiser par cette voie des films Silicium/terbium, le terbium émettant dans le visible, et Silicium/Erbium, l’erbium émettant à 1,55 µm. Grâce aux études électrochimiques et aux caractérisations structurales des films minces, nous avons montré que ce mode de synthèse permettait d’obtenir des films minces de silicium amorphe de très bonne qualité et sans impureté avec une croissance laminaire. En jouant sur le potentiel de dépôt, la température et la concentration en espèces actives, nous avons pu maîtriser et optimiser les conditions de croissance, ce qui nous a permis ensuite d’obtenir des nanofils de silicium amorphe avec des diamètres allant de quelques dizaines à quelques centaines de nanomètres en utilisant des membranes nanoporeuses comme moule. Ces nanofils sont passivés par une couche d’oxyde de surface après dissolution de la membrane et remise à l’air. Une propriété intéressante de ces nanofils de silicium amorphe est qu’ils possèdent une forte luminescence dans le rouge à température ambiante, en particulier pour des diamètres de l’ordre de 100 nm. Des études optiques et structurales ont permis de montrer que cette émission provenait du caractère amorphe des nanofils et qu’un mécanisme de recombinaison entre queues de bande et le confinement spatial des porteurs dans les nanofils permettait d’expliquer l’émission intense observéeLa 2ème partie importante de la thèse portait sur la possibilité de réaliser des films et des nanofils de type silicium / terres rares. Nous avons montré pour la 1ère fois, qu’il était de synthétiser des co-dépôts simultanés de silicium et d’éléments de terre rare pour le Tb et l’Er sous forme de films minces. En faisant varier le potentiel de dépôt, nous avons mis en évidence qu’il était possible de faire varier la concentration de terre-rare incorporée de quelques % à 20%. Les études structurales montrent que cette incorporation se fait de façon homogène dans l’épaisseur des films et sans changer la morphologie. Grâce à cette homogénéité, les films minces obtenus émettent à température ambiante et aux longueurs d’onde attendues pour les ions terre-rare. Suite à cette étude sous forme de films minces, nous avons ensuite réalisé la croissance de nanofils Si/Tb et Si/Er en utilisant des membranes nanoporeuses. Nous avons obtenu des nanofils de silicium incorporant du terbium ou de l’erbium avec des concentrations pouvant varier. Les nanofils ainsi synthétisés sont également homogènes en composition sur toute la longueur et émettent avec des fortes intensités à température ambiante pour le terbium. Pour les nanofils Si/Er, l’intensité d’émission est faible à température ambiante mais un recuit thermique permet d’activer les ions terbium et d’obtenir une émission intense à température ambiante. / Thanks to their specific physical properties different from the massive materials, nanostructured materials have led to important technological progress. Since silicon is the predominant material in microelectronics, and due to a large surface to volume ratio, silicon nanowires are promising in many fields of applications such as optoelectronics or biological sensors. Nevertheless, the synthesis techniques currently used are still relatively complex to implement and thus costly and there is still a huge gap between the synthesis and the development of laboratory demonstrators and the realization of functional and marketable devices.This thesis work deals with the study of a new low cost synthesis technique, the electrodeposition in ionic liquid, to grow nanowires of silicon or silicon incorporating Earth-Rare ions with emission properties of emission in the visible or the near infrared range. One of the objectives of this thesis was to understand the influence of the different electrodeposition parameters on the growth of pure silicon thin films and to see if it was possible to synthesize silicon/terbium films, the terbium emitting in the visible, and Silicon/Erbium, erbium emitting at 1.55 μm. Thanks to different electrochemical studies and structural characterization of thin films, we have shown that this mode of synthesis makes it possible to obtain thin films of amorphous silicon of very good quality and without impurity. By controlling the deposition potential, temperature, and active species concentration, we were able to control and optimize the growth conditions, which allowed us to obtain amorphous silicon nanowires with diameters ranging from a few tens to a few hundred nanometers using nanoporous membranes as a mold. These nanowires are passivated by a surface oxide layer after dissolution of the membrane and exposition to air. An interesting property of these amorphous silicon nanowires is that they have a high luminescence in the red range at room temperature, in particular for diameters in the order of 100 nm. Optical and structural studies showed that this emission was due to the amorphous nature of the nanowires and that a mechanism of band-tail recombination and the spatial confinement of the carriers whitin the nanowires made it possible to explain the intense emission observed.The second important part of the thesis was the possibility of making films and nanowires of the silicon/rare earth type. We have shown for the first time that it was possible to synthesize simultaneous co-deposited films of silicon and rare earth elements for Tb and Er. By varying the deposition potential, we have shown that it is possible to tune the incorporated rare earth concentration by a few % to 20%. The structural studies show that this incorporation is carried out homogeneously in the thickness of the films and without changing the morphology. Thanks to this homogeneity, the thin films obtained emit at ambient temperature and at the expected wavelengths for the rare earth ions. Following this study as thin films, we then carried out the growth of Si/Tb and Si/Er nanowires using nanoporous membranes. We have obtained nanowires of silicon incorporating terbium or erbium with varying concentrations. The nanowires thus synthesized are also homogeneous in composition over the entire length and emit with high intensities at ambient temperature for terbium. For Si/Er nanowires, the emission intensity is low at ambient temperature but thermal annealing makes it possible to activate the terbium ions and to obtain an intense emission at ambient temperature.

Cette thèse est consacrée à l'étude d'encres, de composites et de dépôts de nanotubes de carbone monofeuillets (SWNT). Le contrôle de la dispersion et de l'orientation des nanotubes dans ces matériaux composites nanostructurés vise à optimiser leurs propriétés, en particulier électriques et optiques.La première partie du travail est consacrée à l'optimisation de la dispersion des SWNT dans des suspensions aqueuses stabilisées par des tensio-actifs, des sels biliaires, et à l'étude de leurs propriétés optiques, et en particulier de leur photoluminescence (PL) dans le proche infrarouge. La spectroscopie d'absorption nous permet de sonder la dispersion des SWNT et de mesurer leur coefficient d'absorption. Nous montrons que ce dernier est très sensible au degré d'individualisation des nanotubes. Par ailleurs, nous revisitons l'interprétation des spectres de PL excités dans le proche infrarouge (en particulier à 1,17 et 1,58 eV) et attribuons les différents pics mesurés à différents mécanismes : transitions excitoniques directes, à des couplages exciton-phonon ou à des transferts d'énergie entre nanotubes. Nous montrons que l'évolution de l'intensité de PL avec l'individualisation permet de distinguer ces différents mécanismes.La seconde partie du travail est dédiée à la préparation de suspensions aqueuses stabilisées par des polymères hydrosolubles (PVA et PVP), et de composites SWNT/polymère, sans tensio-actifs. Les suspensions de nanotubes sont mélangées à des solutions de polymère, puis dialysées pour éliminer le tensio-actif. Le rendement, i.e. la concentration de la suspension finale, est de l'ordre de 75 fois plus élevée que pour une suspension préparée directement avec des polymères. Par ailleurs, les spectres de PL sont sensibles à l'environnement diélectrique des nanotubes et leur étude permet de mettre en évidence un échange entre les agents dispersants tensio-actifs/PVA à la surface des nanotubes, échange qui n'est pas observé dans le cas du PVP. Dans la troisième partie de la thèse, nous utilisons la technique d'impression jet d'encre pour imprimer des lignes continues micrométriques de SWNT, et proposons des méthodes originales pour étudier leur morphologie et leur anisotropie. La morphologie des dépôts peut varier entre deux cas limites, le dépôt homogène et la ‘‘paire de rails'', en faisant varier la concentration de nanotubes dans les encres, la distance entre gouttes et la température du substrat. L'orientation des nanotubes au bord des dépôts est très élevée (paramètre d'ordre orientationnel S entre 0,6 et 0,9), les nanotubes sont également bien orientés dans les rails (S~0.5) et dans une moindre mesure dans les lignes homogènes S~0.3. / This thesis focus on the study of inks, composites and deposits of single-wall carbon nanotubes (SWNT). The control of dispersion and orientation of nanotubes in such nanostructured composites materials allows to optimize their properties, and especially their electrical and optical properties.The first part of the work is devoted to the optimization of dispersion of SWNT in aqueous suspensions stabilized by bile salts surfactants, and to the study of their optical properties, and especially their near infrared photoluminescence (PL). Dispersion of the nanotubes is probed by absorption spectroscopy. We show that their absorption coefficient is very sensitive to the individualization of the nanotubes. On the other hand, we revisit the interpretation of the PL spectra excited in the near infrared (especially at 1.17 and 1.58 eV), and we assign the different peaks to different mechanisms, namely direct excitonic transitions, exciton-phonon coupling, and energy transfer between nanotubes. We show that the evolution of PL intensity as a function of individualization allows to distinguish the different mechanisms.The second part of the work is dedicated to the preparation of aqueous suspensionsstabilized by hydrosoluble polymers (PVA and PVP), and SWNT/polymer composites, without surfactants. SWNT suspensions are mixed with polymer solutions, and then the surfactant is removed by dialysis. The yield, i.e. the relative concentration of SWNT in the dialyzed suspension, is ~75 times higher than for a suspension prepared directly with polymers. On the other hand, PL signatures are sensitive to the dielectric environment of the nanotubes which allows to evidence an exchange between the dispersing agents bile salts/PVA on the nanotube surface, such an exchange is not observed in the case of PVP.In the third part of the thesis, we use the inkjet printing technique to print continuous micrometric lines of SWNT, and we propose original methods to study their morphology and their anisotropy. The morphology of the deposits varies between two limit cases, an homogeneous deposit and a ‘‘pair of tracks'', by varying nanotube concentration in the inks, inter-drop distance and substrate temperature. The orientation of the nanotubes is very high at the edge of the deposits (orientational order parameter S between 0.6 y 0.9), the nanotubes are well-oriented as well in the tracks (S~0.5) and to a lesser extent in the homogeneous lines (S~0.3).

L'objectif de ce travail est d'ajuster la position spectrale de la résonance plasmon de surface de nanoparticules de métaux nobles dispersées dans une matrice diélectrique en contrôlant leur morphologie et leur organisation spatiale. Nous montrons que lorsque la croissance est réalisée sur des substrats plans, il est possible de jouer sur la nature de la matrice pour modifier le rapport d'aspect hauteur sur diamètre H/D des particules, et donc leur réponse optique. Des analyses structurales quantitatives menées par microscopie électronique en transmission à balayage (HAADF-STEM) font apparaître que H/D est une fonction décroissante du diamètre D, indépendamment de la quantité de métal déposé. Afin de comprendre ces effets de la matrice sur les propriétés structurales et optiques des particules, différentes études (influence du métal et de la quantité déposés, présence d'une couche tampon, influence des conditions d'élaboration, vitesse de recouvrement des particules, ... ) sont menées et des simulations numériques des spectres du facteur de transmission sont réalisées en intégrant dans un modèle de Yamaguchi les paramètres structuraux issus de l'analyse HAADF. Une autre approche consiste à utiliser des surfaces d'alumine nanostructurées afin d'induire une organisation surfacique des particules et ainsi entraîner une anisotropie de leurs propriétés optiques. Nous montrons que selon la géométrie de dépôt utilisée (incidence normale, incidence rasante, orientation et angle d'incidence du flux atomique), il est possible par effet d'ombrage de sélectionner le type de facettes sur lesquelles la croissance a lieu, et par conséquent d'organiser les nanoparticules d'argent sur la surface sous forme de bandes ou de chaînes linéaires, dont les propriétés optiques présentent une dépendance à la polarisation de la lumière incidente.

L'évaluation de l'impact des nuages sur le bilan radiatif du système Terre-atmosphère représente un intérêt majeur pour l'étude du climat et de son évolution. Cependant, compte tenu de la grande variabilité des propriétés morphologiques et microphysiques des particules nuageuses, la représentation des processus couplés microphysiques et radiatifs reste limitée dans la plupart des modèles de climat atténuant ainsi la crédibilité des scénarii prévisionnels proposés. Le développement de paramétrisations microphysiques capables de retranscrire correctement les propriétés radiatives des nuages requiert alors un grand nombre de mesures de leurs propriétés microphysiques et optiques à différentes échelles d'observation. C'est dans ce cadre que s'inscrit cette étude en proposant une caractérisation fiable et précise des propriétés optiques et microphysiques de nuages de phases thermodynamiques différentes à l'aide de mesures in situ. L'exploitation de l'information déduite de la synergie entre différentes sondes aéroportées à une échelle d'observation fine permettra ensuite d'améliorer et de valider les algorithmes d'inversion appliqués aux mesures satellitales à une échelle globale. La quantification des relations entre propriétés microphysiques et propriétés optiques ou radiatives des nuages nous a, dans un premier temps, conduit à développer un modèle microphysique hybride basé sur une combinaison de particules sphériques d'eau liquide et de cristaux hexagonaux de rapport d'aspect variable. Bien que cette approche ne soit pas réaliste d'un point de vue microphysique, il a été montré que le modèle hybride était capable de simuler des propriétés optiques en accord avec les observations in situ, quelle que soit la phase thermodynamique du nuage. Dans un deuxième temps, une base de données regroupant une grande variété d'évènements nuageux a été construite à partir de mesures issues de différents instruments et campagnes d'observations. Une analyse statistique en composantes principales (ACP) a ensuite été implémentée sur les mesures de sections efficaces de diffusion volumique réalisées par le " Néphélomètre Polaire " aéroporté du LaMP. Elle nous a permis de regrouper les mesures en fonction de leur " signature " optique, révélatrices des variations des propriétés microphysiques des nuages au sein de la base de données. La classification des tendances observées dans l'espace des composantes principales a été rendue possible par l'utilisation d'un réseau de neurones (perceptrons multicouches). La complémentarité de l'ACP et des réseaux de neurones nous a ainsi permis de classifier l'ensemble des mesures en trois groupes de nuages de phases thermodynamiques différentes (nuages de gouttelettes d'eau liquide, nuages en phase mixte et nuages de cristaux de glace). Cette classification a ensuite été validée par des mesures microphysiques indépendantes réalisées par les sondes de la gamme PMS (FSSP-100 et 2D-C). Il fut ainsi possible d'extraire trois sections efficaces de diffusion volumique moyennes, documentées entre 15° et 155° à une longueur d'onde de 0.8 µm, représentatives des trois types de nuages identifiés. L'interprétation de ces indicatrices de diffusion, à partir d'une méthode d'inversion basée sur la modélisation physique des processus de diffusion par l'intermédiaire du modèle hybride, a montré que l'information contenue dans les mesures de diffusion était suffisante pour restituer la composition et les distributions dimensionnelles caractéristiques des trois classes de nuages. Cette assertion a ensuite été validée par le fait que les spectres volumiques inversés étaient en bon accord avec les granulométries obtenues à partir des mesures microphysiques directes du FSSP-100 et du 2D-C. Néanmoins, les résultats obtenus par ces analyses ne décrivent pas l'ensemble des propriétés de diffusion simple des nuages. La dernière étape a donc consisté à exporter l'information contenue dans les indicatrices de diffusion documentée entre 15° et 155° à une longueur d'onde de 0.8 µm vers les zones de diffusion avant et arrière puis de la projeter pour deux longueurs d'ondes du proche infra-rouge (1.6 µm et 3.7 µm), significatives pour la modélisation du transfert radiatif. A partir du modèle hybride de diffusion, des indicatrices de diffusion correspondant aux distributions volumiques restituées par la méthode d'inversion, ont ainsi pu être calculées entre 0° et 180° pour des longueurs d'ondes de 0.8, 1.6 et 3.7 µm. Cette procédure a été appliquée aux trois types de nuages ainsi qu'à des nuages de type cirrus dont l'impact radiatif reste encore mal appréhendé par la communauté scientifique. Des propriétés microphysiques et optiques moyennes ont ainsi pu être déterminées pour ces quatre catégories de nuages et nous ont permis de construire des tables d'interpolation représentatives et directement exploitables dans les algorithmes de restitution de paramètres nuageux utilisés en télédétection passive.