Le PRC (Polyéthylène réticulé chimiquement) est utilisé comme matériau de base pour la fabrication de l’enveloppe à isolation électrique des câbles HTA en raison de ces propriétés thermiques et diélectriques remarquables. Afin d’améliorer la fiabilité de ces câbles, des études de vieillissement sous différentes contraintes (thermique, humidité, tension) ont été réalisées sur les différentes couches du câble, et en particulier sur l’isolant en PRC.Dans un premier temps, nous avons identifié un certain nombre de marqueurs chimiques et physiques pouvant donner des informations sur le degré de vieillissement de l’isolant PRC des câbles HTA. Ces différents marqueurs sont caractéristiques d’une dégradation multi-échelle (moléculaire, microscopique et macroscopique) et peuvent être utilisés pour établir le diagnostic d’un câble électrique et ainsi évaluer son état de dégradation général. Parmi ces marqueurs, l’existence d’un phénomène de migration d’espèces polaires des semi-conducteurs vers l’isolant du câble aura particulièrement attiré notre attention. Des analyses supplémentaires ont donc été réalisées afin de mieux appréhender ce phénomène.Ensuite, nous avons déterminé l’impact de contraintes thermique et électrique simultanées sur les propriétés physico-chimiques et diélectriques d’un isolant en PRC. Les analyses physico-chimiques ont montré que l’ajout d’une forte tension ne semble affecter ni l’oxydation, ni la diffusion. Des vieillissements sous contraintes importantes ont néanmoins permis d’identifier un signal particulier en spectroscopie diélectrique. La détection de ce signal pourra être utilisée pour anticiper des claquages de câbles sur le réseau électrique. Nous avons également réussi à établir un lien entre certains marqueurs chimiques et la dégradation des propriétés diélectriques des isolants pour des mises sous contraintes particulièrement extrêmes. / Due to its outstanding thermal and dielectric properties, XLPE (Chemically Crosslinked Polyethylene) is commonly used as a base material for manufacturing the electrical insulating jacket of MV cables. With a view to improve the reliability of these cables, aging studies have been carried out under different stress conditions (temperature, humidity, tension) on the different constituting layers, and in particular on the XLPE insulating one.First of all, we have identified several chemical and physical markers that can provide information on the aging degree of the XLPE insulation from MV cables. These different markers are representative of a degradation at different scales (molecular, microscopic and macroscopic) and they can be used to establish a diagnosis on an electrical cable, and thus evaluate its general state of degradation. Among these markers, the existence of a polar species’ migration phenomenon from semiconductors to the insulating layer had particularly attracted our attention. Additional analyzes were thus conducted to gain more insight on this phenomenon.Then, we have determined the impact of simultaneous thermal and electrical stresses on physico-chemical and dielectric properties of the XLPE insulating material. The physico-chemical analyzes have demonstrated that the addition of an important tension did not affect the oxidation and diffusion phenomena previously identified. Aging under high stress allowed us to identify a special signal in dielectric spectroscopy. The identification of such a signal could be used to anticipate cable breakdowns on the power grid. In addition, we were successful in establishing a clear link between some chemical markers and the degradation of the insulator dielectric properties in the case of extreme ageing conditions.

Dans un contexte où l’électronique est au centre de notre société, la productiond’appareils de plus en plus compacts et multifonctionnels concentre les efforts en rechercheet développement. Pour répondre à cette attente, une des options est d’augmenter lerendement volumique des composants passifs tels que les condensateurs, en se basant surl’utilisation de nanoparticules diélectriques du type BaTiO3. Dans un premier temps,l’objectif est d’optimiser la synthèse des nanoparticules de BaTiO3 et de comprendre leursmécanismes de formation en milieux fluides supercritiques. Pour ce faire nous avonscombiné des méthodes d’analyses ex situ telles que la microscopie électronique, ladiffraction des rayons X, et les spectroscopies Raman ou infra rouge à des mesures in situsynchrotron de diffraction des rayons X aux grands angles. L’étude a par la suite ététransposé à l’élaboration de la totalité des solutions solidesBa1-xSrxTiO3 (0 ≤ x ≤ 1) et BaTi1-yZryO3 (0 ≤ y ≤ 1). Une fois les synthèses optimisées, l’utilisation du spark plasma sintering(SPS) nous a permis de mettre en oeuvre des céramiques denses et nanostructurées,préservant la taille initiale des particules (20 nm), ceci afin d’étudier les propriétésintrinsèques des matériaux à l’échelle nanoscopique. Enfin, connaissant les propriétés debase de ces nanomatériaux, nous avons pu commencer à développer des matériauxhybrides diélectriques pour l’électronique flexible. / In a context where the electronic is at the center of our society, theproduction of more compact and multifunctional devices focuses the research efforts.To answer to the expectations, one option is to improve the volume efficiency ofpassive components such as capacitors using dielectric nanoparticles such asBaTiO3. First, the objective is to optimize the synthesis of BaTiO3 nanoparticles andunderstand their formation in supercritical fluids. To do this, we combinedconventional ex situ analyses such as X-ray diffraction, electronic microscopy,infrared and Raman spectroscopies with in situ synchrotron wide angle X-rayscattering analyses. This was then transferred to the development of Ba1-xSrxTiO3 (0≤ x ≤ 1) and BaTi1-yZryO3 (0 ≤ y ≤ 1) solid solutions. Once the syntheses wereoptimized, using spark plasma sintering (SPS), we processed the powders intodense and nanostructured ceramics keeping the starting particles size (20 nm), tostudy the materials intrinsic properties at the nanoscale. Finally, knowing thenanoparticles properties, we could start to develop hybrid dielectric materials forflexible electronics.

Ce travail présente un modèle de décharge permettant de prédire le comportement d'un isolateur pollué soumis à différents types de tensions. Ce modèle est basé sur des considérations énergétiques et utilise les caractéristiques physiques de l'arc ainsi qu'un circuit électrique équivalent. Un nouveau critère analytique de propagation de la décharge faisant intervenir l'impédance équivalente d'un circuit électrique simulant un isolateur pollué sur lequel une décharge s'est produite, est présenté. <br />Pour tenir compte de l'évolution du phénomène de propagation de la décharge dans le temps, un modèle dynamique autonome est développé. Ce modèle permet de calculer la tension de contournement des isolateurs et de décrire la dynamique de l'arc en tenant compte du changement de la résistance de l'arc, du profil de l'isolateur, de la constriction des lignes de courant au pied de la décharge, de la variation du rayon de l'arc, de la vitesse instantanée de propagation de la décharge et du type d'onde de tension appliquée (continue, biexponentielle ou alternative). <br />Les caractéristiques obtenues à partir du modèle sont conformes aux observations et mesures effectuées en laboratoire.

Ce travail démontre la faisabilité de deux procédés de polymérisation d'un précurseur gazeux dans un plasma radiofréquence basse pression et liquide déposé sur un substrat activé par décharge à barrière diélectrique à pression atmosphérique pour l'obtention de couches minces de polymère. L'étude porte sur la fonctionnalisation de substrats organiques par des fonctions éther, connues pour leurs propriétés d'anti-adhésion vis-à-vis des microorganismes biologiques. Le procédé « voie sèche » par plasma radiofréquence basse pression induit la fragmentation du précurseur gazeux de façon contrôlée, à l'aide des paramètres de régulation de la décharge. Les dépôts formés sont homogènes, adhérant au substrat, stables au lavage et à la stérilisation par autoclave et possèdent un taux de rétention de la fonction C-O compris entre 70 et 80% suivant le monomère utilisé. Le procédé « voie humide » permet d'activer, par Décharge à Barrière Diélectrique à pression atmosphérique, des substrats de polystyrène et de polyéthylène à densité surfacique d'énergie contrôlée. Le précurseur est ensuite déposé en post-décharge sur le substrat prétraité, sous forme d'un nébulisât de gouttelettes microniques chargées par Pulvérisation ElectroHydroDynamique en mode cône-jet pour former un film liquide à flux de matière contrôlé. Cette étude a permis de confirmer que la polymérisation est initiée par les radicaux générés en surface du substrat formant des dépôts de quelques µm d'épaisseur. Les rendements de polymérisation dépendent alors de la densité surfacique d'énergie transférée au substrat, de la masse déposée par unité de surface et du temps entre le prétraitement et le dépôt.

La fin des années 1990 a été marquée par une profonde mutation des applications utilisant les systèmes électroniques radiofréquences et micro-ondes. Depuis, de très nombreux dispositifs innovants et performants ont été développés. Malgré leurs performances très attrayantes, les succès commerciaux de ces dispositifs restent limités en raison notamment de problèmes de fiabilité qui subsistent toujours et retardent leurs industrialisations. Cette étude concerne l'amélioration de la fiabilité des micro-interrupteurs à actionnement électrostatique dont le mécanisme de défaillance principal est lié à l'accumulation de charges dans les couches isolantes lors de l'actionnement. La thématique de cette thèse porte donc sur le développement d'outils de caractérisation permettant d'évaluer les performances des différents diélectriques utilisés dans les micro commutateurs RF capacitifs pour systèmes électroniques hautes fréquence. L'objectif de la première partie est de présenter à la fois des généralités sur les différents types de commutateurs RF, de passer en revue les mécanismes de chargement des diélectriques présents dans ces composants, puis de présenter les objectifs détaillés du travail de thèse. La seconde partie de nos travaux est dédiée à l'étude des caractéristiques physico-chimiques des différents dépôts de nitrure de silicium PECVD utilisés dans la filière technologique du composant, ainsi qu'à la description des pré-requis nécessaires à la mise en place des matériaux déposés par plasma, afin de relier le comportement électrique des couches à leur structure et leur composition. Une analyse de la composition chimique et de la stSchiométrie des films a été réalisée par analyse FTIR et RBS. Lors de la troisième partie une structure MIM est utilisée. Ce type de structure de test élémentaire présente des avantages par rapport à un micro commutateur RF : simplicité de fabrication, contrôle de la qualité du contact, suppression des effets mécaniques. Elle permet donc d'é tudier la réponse du diélectrique à se charger sans avoir à prendre en compte des défauts de contact ainsi que les effets mécaniques toujours présents dans un micro-commutateur. Enfin, les nano caractérisations par AFM sont présentées. Il s'agit d'une nouvelle méthode de caractérisation développée pour la première fois au LAAS pour évaluer la capacité d'une couche diélectrique à se charger sous champ élevé. En effet, cette technique a permis de tendre vers les conditions réelles d'utilisation du micro commutateur en réalisant une injection de charges localisée puis en suivant l'évolution spatio-temporelle des charges en condition de circuit ouvert.

L'enfouissement des lignes haute tension est un objectif clairement établi par la Commission Européenne. Les matières synthétiques utilisées dans les câbles électriques servant au transport ont d'ailleurs donné toute satisfaction par rapport aux techniques traditionnelles. Pourtant, les polymères utilisés comme isolant dans les câbles haute tension peuvent subir des dégradations, entraînant le vieillissement prématuré du matériau. Ce vieillissement a pour origine la charge d'espace créée dans le diélectrique, par injection ou dissociation à l'intérieur du diélectrique. Ces charges induisent des distorsions de champ telles qu'elles peuvent entraîner la rupture diélectrique du matériau. Pour palier à ce phénomène, il est nécessaire de comprendre les mécanismes de transport dans les isolants polymères. Pour cela, nous avons développé un modèle numérique simple capable de rendre compte des résultats expérimentaux et d'obtenir des éléments de réponse sur les mécanismes de génération de charges et de conduction dans ces matériaux. L'approche est originale, puisque l'étude porte sur le transport de charges dans des états non stationnaires. Elle tient compte des caractéristiques microscopiques du LDPE, matériau isolant des câbles électriques, mais la modélisation est plutôt macroscopique. Cette étude allie étroitement la modélisation numérique à des mesures expérimentales. Des mesures de charge d'espace, d'électroluminescence et de courant ont permis dans un premier temps d'alimenter le modèle développé en données de base. Dans un second temps, ces mêmes expériences ont permis d'affiner les paramètres. La validation du modèle a ensuite été réalisée, en choisissant un seul jeu de paramètres. Les résultats de simulation ont été comparés à différentes mesures expérimentales, traduisant le comportement global du matériau. Différents protocoles d'application de la tension ont pour cela été utilisés, et ce pour un courant continu et alternatif.

Différents types de copolymères fluorés de poly (arylène éther) ont été synthétisés par polycondensation, le remplacement des groupes C-H par des groupes C-F permettant de diminuer les pertes optiques à 1,55 ¤m en vue d¤applications dans le domaine des télécommunications. Dans ce but, différents types de chromophores, qui contiennent des groupes accepteurs tricyanovinyle ont été synthétisés; ensuite ils ont été greffés de manière covalente sur ces polymères afin d¤avoir de bonnes propriétés en ONL du second ordre. Les analyses thermiques ont montré des stabilités thermiques jusqu¤à 350 °C et des températures de transition vitreuse élevées (Tg>160 °C). Les indices de réfraction mesurés par ellipsométrie sont voisins de 1.55. Les coefficients de susceptibilité non linéaire de second ordre (d33) déterminés par génération de second harmonique (GSH) des différents films orientés sous champ électrique (décharge Corona) ont été trouvés voisins de 15 pm.V-1 à 1,907 ¤m, et une stabilité thermique de l¤orientation a été observée jusqu¤à 130 °C. Pendant les orientations, une chute réversible du signal de GSH au cours du refroidissement a été observée autour de 120 °C. Différents hypothèses ont été étudiées pour expliquer cette chute. Finalement l¤existence d¤une sous-transition vitreuse dans les copolymères fluorés a été mise en évidence par analyse diélectrique. Son origine semble fortement liée aux interactions dipolaires inter-chaînes

Des matériaux céramiques diélectrique et magnétique présentant une basse température de frittage ont été étudiés et mis au point pour la réalisation de fonctions passives intégrées. Le matériau diélectrique qui a été retenu est issu de la famille des ANT (AgNbxTa1-xO3). L'ajout de CuO a permis de diminuer sa température de frittage à 880°C tout en conservant de bonnes propriétés diélectriques : permittivité = 400 ; pertes diélectriques < 5.10-3 à 1,5 GHz ; stabilité de e entre – 25 et + 150°C.<br />Le matériau magnétique est un ferrite NiZnCu substitués par le cobalt. Des ajouts d'oxyde de bismuth ont permis des frittages à 880°C avec des caractéristiques satisfaisantes :<br />perméabilité = 300, pertes en puissance < 500 mW/cm3 à 1,5 MHz et 25 mT et ce jusqu'à 100°C.

Grâce à leurs propriétés électro-optiques remarquables, les cristaux liquides ferroélectriques suscitent un grand intérêt dans la réalisation des dispositifs d'affichage à faibles temps de réponse. Néanmoins, ces dispositifs présentent une faible résistance aux chocs et aux distorsions mécaniques. Pour pallier cet inconvénient, l'une des solutions préconisées est de disperser le cristal liquide sous forme de gouttelettes dans une matrice polymère. Les matériaux obtenus sont alors appelés Cristal Liquide Ferroélectrique Dispersé dans une matrice Polymère (PDFLC).<br />Ce travail concerne l'élaboration et l'étude des propriétés structurales, diélectriques et électro-optiques de composites PDFLC. L'objectif principal est d'étudier l'influence de la nature dispersée et confinée du cristal liquide sur les propriétés des composites. Pour cela, deux cristaux liquides ferroélectriques présentant respectivement un pas d'hélice faible et élevé par rapport à la taille des gouttelettes ont été utilisés pour élaborer ces composites.<br />Une étude comparative des propriétés des cristaux liquides et des films PDFLC a été réalisée. Les composites étudiés présentent des propriétés électro-optiques intéressantes, tels que l'existence d'un ancrage bistable, des temps de réponse et des tensions de commutation relativement faibles. La caractérisation des mécanismes de relaxation observés pour les composites montrent qu'ils sont liés à la ferroélectricité des cristaux liquides utilisés. Les caractéristiques de ces mécanismes, à savoir leur amplitude et leur fréquence critique, diffèrent fortement de celles observées pour les cristaux liquides purs. Ces différences ont été attribuées à l'hétérogénéité diélectrique des composites PDFLC.

Cette thèse porte sur la conception et la réalisation d'un microsystème d'éjection matriciel monolithique pour la fonctionnalisation in-situ des puces à ADN. L'objectif est de développer un système flexible, peu onéreux et performant, permettant le dépôt localisé de micro-gouttes de réactifs (nucléotides en solution dans l'acétonitrile) afin de synthétiser les séquences d'oligonucléotides in-situ. Les avantages d'un tel système sont le faible coût de l'équipement, une grande fléxibilité dans le choix des séquences synthétisées et la possibilité de réaliser des puces à forte densité d'unités d'hybridation. L'éjection par actionnement thermique a été retenue. Le principe s'inspire du jet d'encre thermique mais l'originalité vient du fait que les éjecteurs sont disposés de façons matricielle avec une très grande densité et sont actionnables individuellement. La structure retenue intègre une résistance chauffante sur une membrane diélectrique et une buse d'éjection réalisée en résine photosensible Su8. Ces caractéristiques permettent d'atteindre localement des températures suffisamment élevées pour provoquer une ébullition localisée autour de la buse déjection. Un procédé technologique original a été mis au point pour intégrer le dispositif d'adressage à cette résistance. Il s'agit de diodes réalisées dans la résistance en polysilicium. Ces diodes sont obtenues par diffusion et implantation de zones N et P. La tension de seuil et le courant de fuite de ces diodes ont été paramétrés en fonction des dopages mis en Suvre de façon à ce que seul le micro-éjecteur actionné ne chauffe. Les matrices réalisées ont été caractériésées électriquement et thermiquement ; il a été ainsi montré que l'adressage est opérationnel, la puissance thermique offerte est suffisante pour l'éjection. Il a été montré que des gouttelettes de 0,1pl à 3nl pouvaient être éjectées lorsque la tension d'alimentation varie entre 25V et 5V et l'impulsion électrique d'alimentation entre 50µs et 50ms.