Les argiles sont utilisées dans de nombreuses applications industrielles pour lesquelles l’étude des interactions entre l’eau et les matériaux argileux sont primordiales. Les mécanismes de rétention et de transport de l'eau et des ions à la surface des argiles peuvent être modélisés à l'échelle atomique grâce à des méthodes classiques comme la Dynamique Moléculaire. Ces méthodes nécessitent de paramétrer au préalable les interactions entre les atomes du système. L'objectif principal de cette étude est d'améliorer la description de ces systèmes via la paramétrisation d'un nouveau champ de force polarisable entièrement basée sur des calculs issus de la méthode de la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité. Les propriétés structurales, thermodynamiques et dynamiques de la pyrophyllite, du talc, et de la Na-, Ca-, Sr- et Cs-montmorillonite (sèches et hydratées) ont été bien reproduites. Notamment, la structure des couches tétraédriques et celle des espaces interfoliaires sont en très bon accord avec les données expérimentales. / The wide use of clay minerals in industrial applications is partly due to their remarkable properties of water retention at the mineral surface. Retention and transport mechanisms of water molecules and ions at the surface of clays can be modeled at the atomic scale via different classical methods such as molecular dynamics. These methods require to parametrize in advance the interaction between the atoms of the system. The goal of this study is to improve the description of these systems via the parametrization of a new polarizable force field entirely based on density functional theory calculations.The structure, the thermodynamics and the dynamics properties of pyrophyllite, talc and Na-, Ca-, Sr- and Cs-montmorillonite are well reproduced. The atomic structure of sheets and interfoliar space are in good agreement with experimental results.

De nouvelles architectures macromoléculaires ont été synthétisées à partir de lignine afin de développer des matériaux pour des applications dans le bâtiment. Trois voies différentes de modifications chimiques ont été retenues afin d’apporter de nouvelles propriétés à la lignine pour répondre à un cahier des charges précis. Dans un premier temps, des chaines de poly(caprolactone) ont été greffées sur la lignine par polymérisation par ouverture de cycle conférant ainsi à la lignine des propriétés particulières en fonction de la longueur des chaines de PCL greffées. La valorisation de la lignine pour la synthèse de polymères fonctionnels repose ainsi sur sa modification chimique. Notre démarche scientifique s’est par la suite axée sur la fonctionnalisation de la lignine afin d’en faire un synthon principal pour la synthèse de polyuréthanes (PU). Cette stratégie a été poursuivi avec l’addition d’acide oléique sur la lignine. Une réaction d’estérification a été mise au point par un procédé non solvanté en l’absence de catalyseur. Cet intermédiaire a été fonctionnalisé en vue d’obtenir un macropolyol réactif pour la synthèse de PU. Les propriétés des polymères ont été investiguées en modulant certains paramètres réactionnels. Les performances des matériaux obtenus ont montré l’intérêt de cette stratégie globale pour les applications finales visées. Enfin, dans une troisième et dernière approche, la réaction d’oxypropylation a été étudiée. Des chaines de polypropylène glycol ont été greffées sur la lignine aboutissant à l’obtention de quatre macropolyols différents avec des architectures macromoléculaires variées. Des PU ont été synthétisés à partir de ces macropolyols et les paramètres réactionnels ajustés en vue de moduler les propriétés finales des matériaux. Tous les PU réalisés ont démontré une séparation de phase attestant d’une organisation spécifique en segments souples/rigides et conférant des propriétés élastomères aux matériaux finaux. Cette étude a permis d’intégrer jusqu’à 89 % de matériaux biosourcés et renouvelables dans les polymères finaux et a montré le fort potentiel de la lignine pour l’élaboration de matériaux performants. / New macromolecular architectures have been performed by using lignin to develop new advanced materials for building applications. Three synthetic pathways have been carried out in order to impart specific properties to lignin-based materials. A Ring-Opening Polymerization has first been performed with ε-caprolactone to graft polymer chains onto lignin. Branching efficiency was confirmed by analysis and allows giving advanced properties to lignin materials. This first modification highlights the importance of lignin functionalization as building block for polymer synthesis. Then, we pursue the investigations by esterifying lignin with oleic acid by a solvent and catalyst-free method. Doubles bond were functionalized to obtain a lignin/fatty acid-based macropolyol that was then used for polyurethane synthesis (PU). Mechanical and thermal properties have been modulated by varying NCO:OH molar ratio and prepolymer molecular weight. Finally, oxypropylation was performed onto lignin by using various reaction parameters to obtain different macromolecular architectures for the resulting polyols. PUs have then been synthesized with the resulting macropolyols. The structure of macropolyols impacts greatly the thermal and mechanical properties of polymers, the influence of NCO:OH molar ratio was also studied.All of the PU reported in this work presented a micro-phase separation resulting in a specific organization (rigid/soft segments) into the polymer matrix. The lignin-based material revealed advanced thermal and mechanical properties with a high bio-based content up to 89%. This work allows emphasizing the potential of lignin as a starting material in the synthesis of sustainable material for building applications.

Als Modellsystem für Oxide mit Perowskitstruktur ist Strontiumtitanat besonders geeignet, um generalisierbare Erkenntnisse über die Auswirkungen von Defekten zu gewinnen und ausgehend davon Struktur-Eigenschafts-Korrelationen zu diskutieren. Durch den Einsatz verschiedener oberflächensensitiver Methoden lässt sich im Ausgangszustand eine erhöhte Konzentration von Liniendefekten an der Oberfläche nachweisen, die sich durch Temperaturbehandlung verkleinert. Die Defektchemie bei hohen Temperaturen wird zur Simulation der elektrischen Leitfähigkeit in Abhängigkeit vom umgebenden Sauerstoff-Partialdruck genutzt. Die Dotierung des oxidischen Halbleitermaterials ist von Eigendefekten abhängig, wobei Sauerstoff-Leerstellen Donatorniveaus bilden und Strontium-Leerstellen Akzeptorcharakter besitzen. Neben der Diffusionsbewegung dieser Eigendefekte bei hohen Temperaturen kann bei niedrigen Temperaturen ein elektrisches Feld deren Umverteilung bewirken. Damit zeigt sich die Leitfähigkeit abhängig von externen elektrischen Feldern, aber auch weitere Eigenschaften sind auf diesem Wege modifizierbar. Im Rahmen der Arbeit werden strukturelle Änderungen, Valenz-Änderungen und veränderte mechanische Eigenschaften nachgewiesen, die jeweils abhängig vom elektrischen Feld schaltbar sind. Schließlich wird das gezielte Ausnutzen struktureller Defekte für Speicherzellen, die den schaltbaren Widerstand von Metall-SrTiO3-Kontakten zur Grundlage haben, vorgestellt. Die Anwendbarkeit des oxidischen Halbleiters als resistives Speicherelement beruht wiederum auf der Kopplung von Sauerstoff-Leerstellen an das elektrische Feld. / Being a model system for oxides with pervovskite-type of structure, strontium titanate can be used to gain generalizable insights into the consequences of defects and to discuss resulting structure-property relationships. By employing different surface sensitive methods, an increased concentration of line defects is found at the surface that reduces on temperature treatment. The defect chemistry at elevated temperatures is used to simulate the electric conductivity depending on the oxygen partial pressure during annealing. Doping of the oxidic semiconductor depends on intrinsic defects, whereby oxygen vacancies form donor states and strontium vacancies have acceptor character. Beside the diffusion movement of these intrinsic defects at elevated temperatures, at low temperatures an electric field may cause their redistribution. Hence, the conductivity becomes dependent on external electric fields but also other properties can be altered in this way. Within this work, structural changes, valence changes and changing mechanical properties are shown to be switchable by the electric field. Finally, the dedicated usage of structural defects is demonstrated on memory cells that employ the switchable resistance of metal-SrTiO3 junctions. The applicability of the oxidic semiconductor as a resistive memory element is again based on the coupling between oxygen vacancies and the electric field.

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Binder jetting (BJT) is a powder bed based additive manufacturing (AM) process where the interaction of inkjetted droplets of a binder and particles in the powder bed create 3D geometries in a layerwise fashion. The fabricated green parts are usually thermally post-processed for densification and strengthening. BJT holds distinct advantages over other AM processes as it can fabricate parts with virtually any materials (metals, ceramics, and polymers) in a fast and cost-effective way, while achieving isotropic material properties in the parts. However, broad adoption of this process for production is still lagging, partially due to the lack of repeatable part quality, which largely stems from the limited understanding of the process physics, namely binder-powder (B/P) interaction. To bridge this knowledge gap, it is necessary to understand the implications of B/P interaction on process-structure-property relationships and discover ways to achieve new functionalities for enhanced properties. Thus, this research is broadly focused in establishing understanding in (i) binder-powder interaction and (ii) the impact of binder on part densification. Prior studies have focused on the effects of powder interaction with micro/meso-scale binder droplets, despite commercial BJT systems featuring picoliter-scale droplets. These studies have explored the effects of B/P interaction on printed primitive formation, but it's implication on final part properties have not been studied. In this work, the effects of particle size distribution and droplet size variation on final part properties are explored. Additionally, the effects of B/P interaction on accuracy and the resolution of the printed parts are investigated. Densification of parts is a primary focus of many BJT studies as it dictates the final part properties and is influenced by factors from both the printing process and post-processing treatments. Binder plays an integral role in the shaping of parts and maintaining part integrity until densification through sintering. Prior studies on the effects of binder content on densification are inclusive. In this work, a new approach termed as "shell printing" is introduced to vary the binder content in the parts. The process-structure-properties influenced by this approach are investigated. It was found that binder hinders densification, and through the selective variation of binder content throughout the part volume, this new approach is introduced as a means for enhancing part properties. Finally, the insights from the impact of binder on densification are leveraged to create an anti-counterfeiting tagging strategy by controlling the pores and grain microstructures inside a part. In this novel approach, binder concentration is controlled in a manner that the stochastically formed pores are clustered to create a designed domain that represents a secret 'tag' within the part volume. The created tagging domains, and the feature resolvability of this approach are investigated through metallographic characterization and non-destructively evaluated through micro-computed tomography. / Doctor of Philosophy / Binder jetting (BJT) is an additive manufacturing (AM) process to create 3D geometries from powder particles. Liquid droplets of binder from an inkjet printhead are jetted on a bed of packed powders, binding the particles. The as-printed parts, known as green parts, are generally fragile and require thermal post-processing (through sintering) for densification and strengthening. BJT holds distinct advantages over other AM processes as it can fabricate parts with virtually any powdered materials (metals, ceramics, and polymers) in a fast and cost-effective way. However, broad adoption of this process for production is still lagging, partially due to the lack of repeatable part quality, which largely stems from the limited understanding of the process physics, namely binder-powder (B/P) interaction. In this study the implications of B/P interaction on part quality (e.g., density, strength) and dimensional accuracy are studied. Additionally, the impact of binder on sintering densification is studied. Specifically, the effects of varying amount of binder on sintered part density, strength and internal pore and grain microstructures are empirically investigated. Finally, a novel anti-counterfeiting method for BJT printed parts is introduced based on the insights gained from the study of the impact of binder on densification. Through control over binder placement throughout the part, porous regions can be generated selectively throughout the part volume, which can be detected through x-ray computed tomography. Overall, an improved understanding of BJT processing conditions is achieved through this research, which can guide future designers to fabricate BJT parts with enhanced part properties and functionality.

L’électrofilage est une technique de mise en œuvre efficace et versatile qui permet la production de fibres continues d’un diamètre typique de quelques centaines de nanomètres à partir de l’application d’un haut voltage sur une solution concentrée de polymères enchevêtrés. L’évaporation extrêmement rapide du solvant et les forces d’élongation impliquées dans la formation de ces fibres leur confèrent des propriétés hors du commun et très intéressantes pour plusieurs types d’applications, mais dont on commence seulement à effleurer la surface. À cause de leur petite taille, ces matériaux ont longtemps été étudiés uniquement sous forme d’amas de milliers de fibres avec les techniques conventionnelles telles que la spectroscopie infrarouge ou la diffraction des rayons X. Nos connaissances de leur comportement proviennent donc toujours de la convolution des propriétés de l’amas de fibres et des caractéristiques spécifiques de chacune des fibres qui le compose. Les études récentes à l’échelle de la fibre individuelle ont mis en lumière des comportements inhabituels, particulièrement l’augmentation exponentielle du module avec la réduction du diamètre. L’orientation et, de manière plus générale, la structure moléculaire des fibres sont susceptibles d’être à l'origine de ces propriétés, mais d’une manière encore incomprise. L’établissement de relations structure/propriétés claires et l’identification des paramètres qui les influencent représentent des défis d’importance capitale en vue de tirer profit des caractéristiques très particulières des fibres électrofilées. Pour ce faire, il est nécessaire de développer des méthodes plus accessibles et permettant des analyses structurales rapides et approfondies sur une grande quantité de fibres individuelles présentant une large gamme de diamètre. Dans cette thèse, la spectroscopie Raman confocale est utilisée pour l’étude des caractéristiques structurales, telles que l’orientation moléculaire, la cristallinité et le désenchevêtrement, de fibres électrofilées individuelles. En premier lieu, une nouvelle méthodologie de quantification de l’orientation moléculaire par spectroscopie Raman est développée théoriquement dans le but de réduire la complexité expérimentale de la mesure, d’étendre la gamme de matériaux pour lesquels ces analyses sont possibles et d’éliminer les risques d’erreurs par rapport à la méthode conventionnelle. La validité et la portée de cette nouvelle méthode, appelée MPD, est ensuite démontrée expérimentalement. Par la suite, une méthodologie efficace permettant l’étude de caractéristiques structurales à l’échelle de la fibre individuelle par spectroscopie Raman est présentée en utilisant le poly(éthylène téréphtalate) comme système modèle. Les limites de la technique sont exposées et des stratégies expérimentales pour les contourner sont mises de l’avant. Les résultats révèlent une grande variabilité de l'orientation et de la conformation d'une fibre à l'autre, alors que le taux de cristallinité demeure systématiquement faible, démontrant l'importance et la pertinence des études statistiques de fibres individuelles. La présence de chaînes montrant un degré d’enchevêtrement plus faible dans les fibres électrofilées que dans la masse est ensuite démontrée expérimentalement pour la première fois par spectroscopie infrarouge sur des amas de fibres de polystyrène. Les conditions d'électrofilage favorisant ce phénomène structural, qui est soupçonné d’influencer grandement les propriétés des fibres, sont identifiées. Finalement, l’ensemble des méthodologies développées sont appliquées sur des fibres individuelles de polystyrène pour l’étude approfondie de l’orientation et du désenchevêtrement sur une large gamme de diamètres et pour une grande quantité de fibres. Cette dernière étude permet l’établissement de la première relation structure/propriétés de ces matériaux, à l’échelle individuelle, en montrant clairement le lien entre l’orientation moléculaire, le désenchevêtrement et le module d'élasticité des fibres. / Electrospinning is an efficient and versatile technique to produce continuous fibers of typical diameter of a few hundred nanometers from the application of a high voltage on a concentrated and entangled polymer solution. The rapid solvent evaporation and the significant elongational forces involved in the fiber formation process give rise to unusual properties that are interesting for various types of applications, but that are yet to be fully explored. Due to their small size, these materials have been, for a long time, studied into bundles composed of thousands of fibers using conventional techniques such as infrared spectroscopy and X-ray diffraction. Our current understanding of their behavior thus relies on a convolution of the properties of the mat and the specific characteristics of each fiber composing it. Recent studies at the individual fiber level have revealed unusual properties, particularly an exponential increase of the modulus with the diameter reduction. The orientation and the molecular structure within the fibers are suspected to be at the origin of these properties, but in a way that is still far from being understood. Establishing clear structure/properties relationships and identifying the parameters that influence them represent significant challenges. However, they are of tremendous importance to fully take advantage of the specific characteristics of electrospun fibers. A key step toward this goal is to develop methodologies that enable fast and in-depth structural analysis on large quantities of individual fibers with a large diameter range. In this thesis, confocal Raman spectroscopy is used to probe structural characteristics of individual fibers such as their molecular orientation, crystallinity and disentanglement. A new methodology for orientation quantification is first demonstrated theoretically with the objectives of reducing the experimental complexity of the Raman measurements, of extending the variety of materials that can be analysed, and of eliminating recurrent errors brought by the use of the conventional method. The experimental validity and applicability of this new method, referred to as MDP, is then demonstrated. Following this, an efficient protocol enabling the structural study of individual electrospun fibers by confocal Raman spectroscopy is presented, using poly(ethylene therephthalate) as a model system. The limitations of the technique are exposed and experimental strategies to circumvent them are highlighted. Results reveal the large variability of the orientation and of chain conformation from fiber to fiber, showing the importance and the relevance of statistical studies of individual fibers. Following this, the presence of chains showing a level of entanglement lower in electrospun fibers than in the bulk is demonstrated experimentally for the first time using infrared spectroscopy on bundles of polystyrene fibers. The principal electrospinning conditions promoting this structural phenomenon, which is suspected to influence greatly the properties of the fibers, are identified. Finally, the various methodologies developed in the thesis are combined for an in-depth study of orientation and disentanglement on large quantities of individual polystyrene fibers covering a large diameter range. This last study enables establishing the first structure/properties relationships for these materials, at the individual fiber scale, by clearly exposing the link between orientation, disentanglement and the elastic modulus of the fibers.

Malgré l'ampleur que prend la technologie sous atmosphère modifiée pour le conditionnement des fruits et légumes frais, l'adéquation des matériaux d'emballage avec les besoins des produits est insuffisante. D'une part parce que la conception de ces emballages repose encore sur des approches empiriques de type essai-erreur, et d'autre part parce que la plupart des matériaux disponibles sur le marché présentent des propriétés de transfert aux gaz trop restreintes compte tenu de la gamme de propriétés nécessaire pour couvrir les besoins de ces produits. En vue d'apporter des solutions à ces deux verrous, les travaux de thèse ont porté sur :-la mise en place et la validation d'une approche basée sur l'ingénierie reverse visant à identifier les propriétés de transfert requises ou cibles pour un végétal donné ;-l'étude des procédés de structuration à différentes échelles pour moduler les propriétés de transferts de papiers enduits de protéines de blé, issus de ressources renouvelables.Une démarche d'ingénierie reverse organisée en 5 étapes dont l'identification des besoins des produits et la prédiction des propriétés de transferts requises a été proposée et validée à travers la conception d'un papier enduit actif pour l'emballage sous atmosphère modifiée adapté à la conservation de fraises. Les différents procédés de structuration étudiés ont permis de produire des matériaux couvrant des gammes de permsélectivité allant de 5 à 18 et de perméance à l'oxygène allant de 0,02x10-10 à 2x10-10 mol.Pa-1.m-2.s-2, ce qui répond parfaitement aux besoins d'une sélection représentative de produits frais respirant. Que ce soit des papiers enduits par des procédés conventionnels (couche épaisse) ou des procédés innovants (nano-structuration couche par couche en présence de feuillets d'argile, montmorillonites), il est possible de moduler les propriétés de transferts aux gaz des papiers enduits soit en jouant sur le raffinage des papiers supports, le nombre de paires de couche (gluten/montmorillonite), ou encore en soumettant les matériaux ainsi obtenus à un balayage gazeux de CO2. Cette nouvelle approche et l'efficacité des matériaux protéiques à couvrir les besoins des fruits et légumes ouvrent la voie à la conception de nouveaux emballages mieux adaptés aux produits respirant. / Despite the growing importance of the modified atmosphere packaging (MAP) technology for fresh fruits and vegetable preservation, the adequacy of the packaging materials with the produce needs remains a problem. On one hand because the packaging development approaches are still based on empirical trial and error methods, and on the other hand, because of the non-adequate gas transfer properties (too restricted to cover the large game of gas transfer properties required) of the vast majority of conventional synthetic plastics currently used for fresh food packaging. In order to overcome these hindrances, the thesis work was split on two parts:-the establishment and the validation of a new approach based on reverse engineering aiming to identify the optimal (targeted) properties for optimal preservation of a selected produce;-the study of the various structuration processes at different scales to modulated the gas transfer properties of bio-sourced wheat gluten coated papers.The new reverse engineering approach for MAP conception consisted in 5 steps including the definition of the produce needs and the prediction of the optimal gas transfer properties of the packaging, and was validated through the conception of an active optimal packaging for strawberry preservation. The different structuration processes studied allowed production of a gluten based materials able to cover ranges of permselectivity and oxygen permeations going from 5 to 18 and 0.02x10-10 à 2x10-10 mol.Pa-1.m-2.s-2, which perfectly matched the needs of a representative selection of fresh produce. Be it for conventional coating techniques (thick layer) or innovative processes (layer-by-layer nano-structuring of gluten/montmorillionites layers), it was possible to modulate the transfer properties of coated papers by changing the refining degree of the support paper, the number of layer pairs (gluten/montmorillionites) deposited, or even by submitting such materials to a CO2 treatment.This new approach and the efficiency of the protein-based materials for covering the fresh fruits and vegetable needs open the way for conception of new optimal packaging for respiring produces.

Cette thèse propose de valoriser l’isosorbide (IS) dans le domaine des matériaux polymères biosourcés en proposant des voies originales. Après la présentation de cette molécule, nous avons détaillé les différentes voies de synthèse et d'application des composés organiques et des polymères déjà développés par la communauté scientifique. Ces derniers sont obtenus au travers de multiples étapes de fonctionnalisation ou de synthèse longues au travers de procédés peu économes en énergie ou en atomes ou même toxiques. Nous avons alors expliqué notre première stratégie visant à développer des polyacétals à base d'isosorbide (PAIS) jusqu'alors inédit. Un schéma de polymérisation reposant sur la réaction de l’isosorbide avec un halogénure de méthylène dans un solvant non toxique (DMSO) a été retenu. L’influence de différents paramètres expérimentaux (mode d'agitation, durée de réaction et stœchiométrie) a été analysée avec soin. Les meilleurs résultats ont été observés avec l’agitation mécanique à très haute vitesse (milieu réactionnel plus homogène et rendement quantitatif). Les concentrations les plus élevées d'isosorbide ont permis de produire exclusivement des polyacétals linéaires (L-PAIS) alors qu'une faible concentration et l’agitation magnétique ont également induit la formation d'oligomères cycliques. D'autres macrocycles (C-PAIS) de haute masse molaire ont pu être produits. Ces différentes classes de PAIS ont été caractérisés par de nombreuses techniques (RMN, MALDI-TOF IRTF, CES). Leurs performances physicochimiques ont également été étudiées (ATG, DSC, rhéologie..). L'allongement des chaines de L-PAIS étant concurrencé par la cyclisation, nous avons exploré l'intérêt du lactide (lévogyre et racémique) comme extenseur de chaine tout d'abord en réaction avec l'IS puis avec le L-PAIS. La catalyse organométallique a été plus efficace que la voie enzymatique (lipase PS). Les analyses chimiques et physiques menées sur les quatre grades de polymères à base d'IS et de lactide ont souligné la plus value offerte par la présence de la molécule d’isosorbide Des relations "structure-propriétés" précises et fiables incluant l'étude de la durabilité ont été menées avec soin. Enfin la même approche a pu être étendue à la production de copolymères linéaires de type PLLA-b-PAIS-b-PLLA et de PRLA-b-PAIS-b-PRLA. / This research work aims to valorise isosorbide (IS) for biobased polymeric materials using original methods. After a short introduction of this molecule, we presented the different synthesis pathways and application fields of chemical and polymers already developed in scientific community. These compounds are classically obtained through many functionalization/synthesis steps with processes far away from green chemistry. Our first strategy based on the development of polyacetals derived from isosorbide (PAIS) was explained. A reaction scheme involving isosorbide with methylene halogenate in a non-toxic solvent (DMSO) was retained. The influence of different experimental parameters (stirring mode, reaction period and stoichiometry) was carefully analysed. Best results were achieved with high-speed mechanical stirring (more homogenous reactive solution, quantitative yield). The highest isosorbide concentrations led to the exclusive production of linear polyacetals (L-PAIS) whereas a low concentration under magnetic stirring conditions induced the formation of cyclic oligomers. Other macro-cycles (C-PAIS) with high molar weight were also produced. These different kinds of PAIS were characterised by various techniques (NMR, MALDI-TOF FTIR, SEC). Their physicochemical performances were also studied (TGA, DSC, rheology…) The length increase of polymer L-PAIS chains being challenged by cyclisation, we also explored lactide use (L- and racemic) as chain extender first by the reaction with IS then with L-PAIS. The La organometallic catalysis was more efficient than enzymatic pathway (PS lipase). Both chemical and physical analyses carried out with four polymeric grades derived from IS et lactide showed the added value of isosorbide molecule. Precise and reliable "structure-properties" relations including durability study were also led. Finally, similar approach could be applied for producing linear copolymers (PLLA-b-PAIS-b-PLLA and PRLA-b-PAIS-b-PRLA)

Les Hydroxydes Doubles Lamellaires (HDL) sont des matériaux en couches à forte potentialité pour de nombreux domaines d’applications, cependant, leur caractère d’isolants électriques limite les possibilités d’applications en électrochimie. Il est donc intéressant de chercher des moyens d’améliorer leurs propriétés conductrices. Dans ce but, trois approches ont été envisagées : - l’insertion de cations de métaux de transition 3d dans les feuillets, - l’intercalation de médiateurs redox entre les feuillets ou - l’ajout de percolant électronique dans le système afin d’obtenir des HDL « électroactifs ». Même si les combinaisons possibles de cations divalents et trivalents dans le feuillet HDL sont nombreuses, toutes les études ont été centrées sur le rôle d’un élément principalement, le cobalt. La composition chimique des matériaux ainsi que leurs propriétés physico-chimiques en termes de morphologie et de structure globale et locale ont été étudiées par le couplage de différentes techniques d’analyse (DRX, IRTF, MEB, ATG, XAS, PDF, XPS) avant de réaliser la caractérisation des propriétés électrochimiques par voltammétrie cyclique et spectroscopie d’impédance électrochimique. Ces analyses ont alors montré les potentialités applicatives de certaines compositions des matériaux HDL choisis. Les propriétés capacitives des phases CoIICoIII-CO3 ont été étudiées pour une utilisation en tant que matériaux d’électrodes de supercondensateurs alors que la présence d’un médiateur redox ainsi que les propriétés d’immobilisation d’enzymes de la phase hybride Co2Al-ABTS ont permis d’élaborer des bioélectrodes potentiellement adaptables dans une biopile. / Layered Double Hydroxides (LDH) are lamellar materials with strong potentiality for numerous fields of application, however, their insulating electric character limits the possibilities for electrochemical applications. It is thus necessary to investigate for ways to improve their conductive properties. In this purpose, three approaches were envisaged: - insertion of cations of 3d transition metals into the lamellar sheets, - insertion of redox mediators between the layers or - addition of electronic percolants in the system to obtain “electroactive” LDH. Even if the possibilities of combination of divalent and trivalent metal cations within the LDH layer are tunable, all the studies were centered on the role of an element mainly, the cobalt. The chemical compositions of materials as well as their physico-chemical properties, in terms of morphology and global and local structure, were then studied by coupling various analytical techniques before realizing the characterization of the electrochemical properties by cyclic voltammetry and electrochemical impedance spectroscopy. These analyses then showed the application potentialities of certain type of LDH materials. The capacitive properties of CoIICoIII-CO3 phases were studied as supercapacitor electrode materials while the presence of a redox mediator as well as the immobilization properties for enzymes of the hybrid phase Co2Al-ABTS allowed constructing bioelectrodes potentially applicable in biofuel cell.

Ce travail porte sur la synthèse et l’évaluation de systèmes pi-conjugués en tant matériaux actifs pour des dispositifs opto(électroniques). Un premier chapitre décrit une série d’oligothiophènes cruciformes et leur évaluation dans des dispositifs électrochromes. Le second chapitre décrit la synthèse d’accepteurs moléculaires à base de benzodithiophène et l’analyse de leur potentialités comme matériaux accepteurs dans des cellules solaires organiques. La plus large part du travail porte sur l’analyse des relations structure-propriétés d’une série de petites molécules push-pull comportant un groupe donneur triphénylamine (TPA) relié à un groupe accepteur par un espaceur thiényl. Une première étape a consisté à remplacer l’un des cycles phényles de la TPA par des groupes aromatiques tels que p-fluorophényle, anthryle et naphtyle. Ces modifications ont peu d’influence sur les propriétés électroniques de la molécule mais induisent de large variations des propriétés de transport de charge et de conversion photovoltaïque des matériaux correspondants. Au cours d’une seconde étape l’un des groupes phényles de la TPA a été remplacé par des chaînes alkyle, perfluoroalkyle et oligo(oxyethylene). Les résultats de diffraction X, spectroscopie d’absorption et de fluorescence, génération de second harmonique et électrochimie démontrent que certaines de ces molécules présentent des propriétés d’émission contrôlées par agrégation tandis que les matériaux correspondants se réorganisent spontanément à l’état solide sous forme d’agrégats H ou J dotés de propriétés de transport de charges et de conversion photovoltaïque fortement améliorées et de propriétés d’absorption, d’émission et de génération de second harmonique mécaniquement modulables. / This work deals with the design, synthesis and evaluation of molecular pi-conjugated systems as active materials for (opto)electronics devices. A short first chapter describes three X-shaped oligothiophenes, thecharacterization of their structure and properties and a first evaluation of their performances in electrochromic devices. The second chapter describes the synthesis of molecular acceptors based on a benzodithiophene and the analysis of their potentialities when combined with molecular donors in organic solar cells.The major part of the work is focused on the analysis of structure-properties relationships of a series of smallpush-pull molecules involving di- or tri-arylamine donorblocks linked to an acceptor group by a thienyl bridge. In a first step, a phenyl ring of triphenylamine (TPA) is replaced by p-fluorophenyl, anthryl and naphtyl groups.Optical and electrochemical results show that substitution has little effect at the molecular level but can markedly affect solid-state properties with in particular an improvement of charge-transport and short-circuit current density of solar cells based on these donor materials.In a second step, a phenyl ring of TPA is replaced by alkyl, perfluoroalkyl and oligo(oxyethylene) chains. Results of X-ray diffraction, absorption and photoluminescence spectroscopies, second harmonic generation, and electrochemistry demonstrate that some of these molecules under go aggregation controlled photoluminescence emission wave length while the corresponding materials spontaneous lyre organize in the solid-state to form either H or Jaggregates with enhanced charge mobility, photovoltaic conversion efficiency and mechanically-induced chromism, fluorochromism and NLO-chromism.