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

L'objectif de nos travaux est la réalisation d'un capteur d'ammoniac ayant une couche sensible tout organique capable de détecter et de doser l'ammoniac sur site et en temps réel. L'ensemble des étapes nécessaires à la conception d'un capteur de la synthèse à l'évaluation des performances sont présentées. Les choix du matériau et de sa synthèse ont été faits dans le but de rendre la conception du capteur transférable en milieu industriel. Le matériau ainsi choisi a été caractérisé pour s'assurer de sa capacité à s'intégrer dans le dispositif de détection. La mise en place d'une chambre d'exposition a permis d'évaluer les performances des capteurs dans une atmosphère contrôlée en température, humidité relative et concentration en ammoniac. Une étude des grandeurs d'influence comme la température et l'humidité relative a été réalisée. Les performances des capteurs ainsi réalisés ayant pour couche sensible un composite tout polymère à base de polyaniline montrent que ces dispositifs, sans développement supplémentaire, peuvent déjà concurrencer les capteurs d'ammoniac sur le marché en termes d'étendue de mesure, de temps de réponse, de durée de vie... De plus, ces capteurs présentent un avantage non négligeable en levant le verrou technologique de la réversibilité des réponses permettant ainsi d'utiliser le capteur sans intervention extérieure entre deux mesures de pollution atmosphérique.

Dans toute alimentation cohabitent des composants à semi-conducteurs, des circuits de commande et les composants passifs des filtres, inductances et condensateurs. Si les actifs sont réalisés sur silicium, les passifs sont actuellement sous forme discrète. L'étude menée porte sur la conception d'une inductance intégrée sur silicium ainsi que sur la modélisation et la commande des composants de puissance à semi-conducteurs d'un redresseur synchrone, dans le but de réaliser des convertisseurs DC-DC entièrement sur silicium pour de futures applications d'alimentations basse tension de circuits électroniques (téléphones cellulaires, ordinateurs portables, etc...). Ainsi, des outils de choix de dimensionnement du convertisseur et de prédétermination du rendement global sont présentés permettant de dégager des enseignements importants concernant les gammes d'utilisation de tels convertisseurs, ainsi que la recherche d'optimums de performances.

L'objectif de cette thèse a été l'évaluation de deux semi-conducteurs (l'InP :Fe et le SPS :Te) comme matériaux pour les télécommunications optiques aux longueurs d'ondes infrarouges. <br /> D'abord, en ce qui concerne l'InP :Fe: nous avons fait une caractérisation systématique du phénomène d'autofocalisation photoréfractive, prenant en compte les paramètres les plus importants qui intervient dans ce phénomène (température, dopage, intensité du faisceau et de l'éclairage de fond, polarisation du faisceau). Ainsi, nous sommes maintenant capables de contrôler le phénomène d'autofocalisation. En tenant compte également des temps de réponse mesurés et des simulations réalisées, nous croyons que l'interaction de deux faisceaux autofocalisés est possible et maîtrisable sur une échelle de temps de l'ordre de microsecondes. Néanmoins, alors que nous connaissons l'influence des paramètres mis en jeu sur l'autofocalisation, le développement d'un modèle théorique reste indispensable pour une compréhension des mécanismes physiques qui déterminent la dynamique de l'autofocalisation photoréfractive. Nos mesures expérimentales et simulations théoriques ont montré que les modèles existants ne décrivent pas d'une manière satisfaisante les phénomènes observés dans InP :Fe.<br /> En revanche, l'autofocalisation observée dans le SPS :Te est décrite par les modèles "classiques" existants. On peut dire que ce deux matériaux sont complémentaires: alors que dans le SPS :Te l'autofocalisation est plus lente que dans l'InPFe, elle est plus forte et plus facile à maîtriser. Tenant compte de cette remarque, nous croyons que ces deux matériaux trouveront leur place dans de futures applications.

Cette thèse porte sur l'étude et le développement de diodes laser à semi-conducteurs monofréquences émettant à une longueur d'onde de 2,6 μm. Afin de pouvoir analyser la vapeur d'eau et le dioxyde de carbone par spectroscopie d'absorption par diodes laser accordables, les composants laser doivent présenter une émission monomode dans les directions transverse, latérale et longitudinale. Les lasers, fabriqués au laboratoire, présentaient au début de cette thèse un fonctionnement monofréquence à 2,6 μm que sous certaines conditions de température et de courant.<br />Ce manuscrit met l'accent sur les améliorations apportées à la fabrication des diodes laser.<br />Apres avoir décrit dans une première partie le principe et les propriétés des lasers à antimoniures et de la méthode d'analyse de gaz, le second chapitre expose l'optimisation des paramètres technologiques dans le but d'obtenir une émission monomode latérale et transverse. L'amélioration de l'étape de gravure y est présentée avec l'étude d'autres solutions d'attaque et la mise en place d'une couche d'arrêt.<br />La mise au point de la technologie DFB à couplage latéral permettant d'obtenir une émission monomode longitudinale est présentée dans le troisième chapitre. Cette technique, adaptée sur GaSb au cours de cette thèse, consiste pour l'essentiel à déposer de part et d'autre du ruban laser un réseau de Bragg métallique qui joue le rôle d'un filtre fréquentiel.<br />La dernière partie expose l'ensemble des résultats sur les composants laser. Les composants à ruban étroit présentent une émission au dessus de 2,6 μm pour un fonctionnement en continu et à température ambiante. La technologie DFB apporte des améliorations notables sur les propriétés d'émission des composants.<br />Ce travail a permis d'une part d'obtenir des composants lasers présentant les propriétés requises par l'application et d'autre part de faire acquérir au laboratoire un savoir-faire technologique riche en perspectives pour l'avenir.

Nous étudions certains aspects de la physique des fermions en deux dimensions, pertinente pour les conducteurs organiques quasi unidimensionnels et les supraconducteurs à haute température critique. En particulier, nous nous intéressons au calcul de la surface de Fermi de systèmes électroniques en interaction, qui est une des informations cruciales du point de vue des propriétés de basse énergie de ces systèmes. Nous commençons par donner une interprétation énergétique, sur un toy model, de la déformation de la surface de Fermi due aux interactions entre électrons, en insistant sur la nécessité d'une méthode auto-cohérente. Puis nous expliquons comment faire le même calcul dans un cadre de théorie des champs, et comment améliorer les résultats grâce à un groupe de renormalisation. Nous appliquons ce formalisme aux composés quasi unidimensionnels. Un des chapitres est un résumé d'un article dans lequel nous analysons la pertinence d'une transition d'un état onde de densité de spin à un état supraconducteur, observée dans les flots de renormalisation d'un modèle de fermions à deux dimensions, dont la surface de Fermi est un carré avec des coins arrondis.

La pile à combustible H+-SOFC (Protonic Conducting Solid Oxide Fuel Cell) basée surl'utilisation d'un électrolyte conducteur protonique peut représenter une alternative intéressanteà la pile SOFC qui présente actuellement le meilleur rendement. Cependant, la surtension à lacathode reste élevée et ce travail est dédié à la compréhension du mécanisme de réductionl'oxygène à cette électrode.Différents matériaux conducteurs mixtes O2- / e- de structures dérivées de la perovskite ABO3,tels que les doubles perovskites LnBaM2O5+d (Ln = Pr, Nd et Gd et M = Co et Fe) ainsi que lesphases de Ruddlesden-Popper A2MO4+d (Ln = Pr et Sr et M = Ni), ont été étudiés. Leur niveaude conductivité électronique ainsi que leur non-stoechiométrie en oxygène ont d'abord étédéterminées. Puis, à l'aide de la détermination des coefficients de diffusion de l'oxygène par laméthode de relaxation de conductivité électrique, leur conductivité ionique O2- a été estimée.Une étude électrochimique et plus spécialement la détermination des étapes limitant la réactionde réduction de l'oxygène à la cathode de pile H+-SOFC a ensuite permis de démontrer le rôledu proton dans le mécanisme de réaction pour les matériaux présentant les meilleuresperformances électrochimiques.Enfin, dans le cadre d'un projet ANR HPAC 2009 " CONDOR ", des mono-cellules de piles H+-SOFC ont été mises en forme et des densités de puissance proche de 180 mW/cm² à 0.6 V à600°C ont été obtenues.

Cette thèse s'est axée sur la synthèse de nanocristaux (NCs) colloïdaux semi-conducteurs III -V dopés par des ions de terre rare (TR) à l'aide de diverses méthodes de synthèses. Des séries quasi-monodisperses de nanocristaux InP et In(Zn)P ainsi que des NCs cœur/coquille fortement luminescent d'InP/ZnS et d'In(Zn)P/ZnS ont été synthétisés avec succès en faisant réagir le précurseur d'In (myristate d'indium) avec différents précurseurs phosphorés tel que le phosphore jaune, le PH3 gazeux ou le P(TMS)3 dans le 1-octadecene, solvant non-coordinant. Ces NCs ont été caractérisés par DRX sur poudre, MET, EDX, SFX, absorption UV-vis ainsi que par spectroscopies de photoluminescence en régime stationnaire (SSPL) et résolue en temps (TRPL). Les QDs constitués d'alliages tels que l'In(Zn)P et l'In(Zn)P/ZnS ont été synthétisés à l'aide d'une technique " one-pot " par réchauffement en additionnant le stéarate de zinc pendant la nucléation et la croissance des NCs d'InP. Les QDs composés d'un alliage In(Zn)P/ZnS présentent de fort rendement quantique (RQ) de photoluminescence (PL), supérieur à 70 %. Leur émission peut être facilement modulée dans la gamme spectrale allant de 480 à 590 nm (FWHM : 50 nm) en faisant varier le rapport molaire Zn2+ : In3+ et la température de réaction. Le fort RQPL est dû aux fluctuations existantes dans la bande passante de la structure de l'alliage In(Zn)P, qui contribue au bon confinement des photo-excitateurs. Les NCs In(Zn)P/ZnS dopés Eu ont été synthétisés avec succès en utilisant une méthode " one-pot " en trois étapes : (étape 1) synthèse des NCs " hôtes " en In(Zn)P ; (étape 2) croissance de la couche dopante contenant l'Eu ; (étape 3) synthèse de la coquille externe en ZnS. Des mesures optiques complémentaires - absorption, PL, PLE, spectroscopies de phosphorescence et TRPL - sont venues confirmer la réussite du dopage des NCs d'In(Zn)P/ZnS par l'Eu et ont mis en évidence l'existence d'un transfert énergétique par résonnance entre le In(Zn)P " hôte " et les ions Eu3+ " invités ". Enfin, nous avons étudié l'influence de l'environnement sur les caractéristiques optiques des QDs d'alliage In(Zn)P/ZnS en comparant des NCs inclus dans une couche mince et dispersés en solution colloïdale. Le spectre obtenu en SSPL pour des NCs In(Zn)P/ZnS inclus en couche mince présente un pic à des longueurs d'ondes plus courtes par rapport au spectre obtenu en solution. De plus, les études spectroscopiques TRPL ont montré qu'en couche mince, les NCs d'In(Zn)P/ZnS présentent des durée de vie de luminescence plus courtes ainsi qu'un du décalage spectral fortement accru avec le temps retard du moment d'excitation par rapport aux NCs en solution. Les transferts énergétique par résonnance de Förster et/ou les transferts de porteurs de charges excitées entre les NCs d'In(Zn)P/ZnS sont les principales raisons d'observer ce comportement. La présence des transferts de porteurs de charges au sein des couches minces contenant des QDs d'In(Zn)P/ZnS est très importante pour leur intégration dans des dispositifs optoélectroniques tels que les QD LEDs ou les transistors à effet de champs luminescents (LEFETs).

Composants essentiels de tout ordinateur, les semi-conducteurs sont utilisés dans de nombreux secteurs. Les percées technologiques dans ce domaine imposent un rythme vertigineux aux industriels. Tous les deux ans environ, la capacité des puces est doublée et leur prix est divisé par deux. Le diamètre des plaquettes de silicium augmente et, regroupées en lots, les plaquettes sont plus lourdes à transporter. Les systèmes automatiques de transport (AMHS) se présentent comme une excellente alternative. Le prix très élevé des équipements de production fait que l'objectif est de saturer les capacités de production. Pour y parvenir, il est important que le système de transport et de stockage garantisse que les machines n'attendent pas des lots disponibles, et aussi que les lots n'attendent pas une machine disponible.Dans la littérature, la complexité du problème (jusqu'à 700 étapes de fabrication, flux réentrants, etc.) fait que les études de modélisation du transport se font avec de fortes hypothèses sur la production ou inversement. Pourtant, le transport est un service pour la production. Cette thèse propose une approche de modélisation permettant d'intégrer le plus fidèlement possible les contraintes de transport, production et stockage, afin d'améliorer les indicateurs clés de la production. Une analyse détaillée du système a permis de construire un modèle de simulation à événements discrets. Enfin, après une validation industrielle, l'étude complète du modèle a permis d'analyser les paramètres critiques de gestion du transport. Les résultats permettent une meilleure compréhension du système et mettent en exergue d'intéressantes perspectives de recherche.

L'objectif général de ce travail est d'accroître les connaissances fondamentales des Polymères Conducteurs Intrinsèques (PCI), et plus particulièrement de la Polyaniline (PANI) mélangée à du polyuréthane (PU), afin d'améliorer leurs propriétés électriques. Une étude morphologique montre que ces matériaux sont composés de chaines conductrices de type " spaghetti " mélangées dans une matrice isolante. Une première partie de ce travail est consacrée à la caractérisation diélectrique d'échantillons composés de 0.5%, 1%, 5% de PANI déposés sur de la fibre de verre dans une gamme de fréquence de 20 Hz à 20 GHz. Les résultats font apparaître une relaxation diélectrique qui évolue fortement avec la concentration du mélange. Ce phénomène est expliqué par un modèle théorique basé sur une distribution gaussienne des longueurs des îlots conducteurs. Une étude de vieillissement par voie thermique montre que les chemins de percolation finissent par se casser au cours du temps, ce qui entraine une diminution de la longueur moyenne des îlots et une dégradation des propriétés électriques des polymères conducteurs. La 2ème partie de ce travail concerne des mesures de bruit en 1/f sur des échantillons de 5%, 10%, 20%, 50% et 100% de PANI déposés en couche mince. Pour ces mesures, nous avons été amenés à mettre en place des méthodes utilisant des configurations spécifiques et à choisir la mieux adaptée à nos échantillons. Les résultats de cette étude montrent un fort excès de bruit en 1/f comparativement à ceux obtenus sur des matériaux homogènes. Ces excès de bruit sont expliqués par un modèle développé à partir de la morphologie de type " spaghetti ".