Le potentiel des procédés d'impression dans les applications électroniques sur des supports en céramique a été démontré dans ce travail. Plusieurs techniques d'impression ont été étudiées : sérigraphie, flexographie, héliogravure et jet d'encre. Les propriétés de surface de plusieurs types de céramique ont été caractérisées avant et après frittage : taille des pores, rugosité et énergie de surface. Ces analyses ont permis de sélectionner les matières premières des encres les mieux adaptées à ces supports, ainsi qu'aux procédés d'impression considérés. Des formulations aqueuses à base de particules d'argent ont été privilégiées. Les propriétés de ces encres, rhéologie et tension de surface, ont été analysées et leurs effets sur la qualité des lignes imprimées (largeur, épaisseur et rugosité) ont été évalués. Après impression, les motifs ont été frittés. Des résistivités proches de celle de l'argent ont été obtenues (2 à 12x10-8 Ohm.m). L'originalité de ce travail réside notamment dans l'utilisation d'encres sérigraphiques à base d'eau et l'impression d'encres flexographiques sur des supports en céramique. Cette étude ouvre donc des perspectives pour l'industrialisation et la production de masse de composants électroniques sur supports céramiques souples.

Le potentiel des procédés d'impression dans les applications électroniques sur des supports en céramique a été démontré dans ce travail. Plusieurs techniques d'impression ont été étudiées : sérigraphie, flexographie, héliogravure et jet d'encre. Les propriétés de surface de plusieurs types de céramique ont été caractérisées avant et après frittage : taille des pores, rugosité et énergie de surface. Ces analyses ont permis de sélectionner les matières premières des encres les mieux adaptées à ces supports, ainsi qu'aux procédés d'impression considérés. Des formulations aqueuses à base de particules d'argent ont été privilégiées. Les propriétés de ces encres, rhéologie et tension de surface, ont été analysées et leurs effets sur la qualité des lignes imprimées (largeur, épaisseur et rugosité) ont été évalués. Après impression, les motifs ont été frittés. Des résistivités proches de celle de l'argent ont été obtenues (2 à 12x10-8 Ohm.m). L'originalité de ce travail réside notamment dans l'utilisation d'encres sérigraphiques à base d'eau et l'impression d'encres flexographiques sur des supports en céramique. Cette étude ouvre donc des perspectives pour l'industrialisation et la production de masse de composants électroniques sur supports céramiques souples.

Le potentiel des procédés d’impression dans les applications électroniques sur des supports en céramique a été démontré dans ce travail. Plusieurs techniques d’impression ont été étudiées : sérigraphie, flexographie, héliogravure et jet d’encre. Les propriétés de surface de plusieurs types de céramique ont été caractérisées avant et après frittage : taille des pores, rugosité et énergie de surface. Ces analyses ont permis de sélectionner les matières premières des encres les mieux adaptées à ces supports, ainsi qu’aux procédés d’impression considérés. Des formulations aqueuses à base de particules d’argent ont été privilégiées. Les propriétés de ces encres, rhéologie et tension de surface, ont été analysées et leurs effets sur la qualité des lignes imprimées (largeur, épaisseur et rugosité) ont été évalués. Après impression, les motifs ont été frittés. Des résistivités proches de celle de l’argent ont été obtenues (2 à 12x10-8 Ohm.m). L’originalité de ce travail réside notamment dans l’utilisation d’encres sérigraphiques à base d’eau et l’impression d’encres flexographiques sur des supports en céramique. Cette étude ouvre donc des perspectives pour l’industrialisation et la production de masse de composants électroniques sur supports céramiques souples. / This work demonstrates the printing processes potential for manufacturing ceramic based electronic devices. Several printing techniques were studied: screen printing, flexography, rotogravure and inkjet. Ceramic tapes surface properties were characterised: surface pore size, roughness and surface energy. These analyses allowed the selection of the inks raw materials adapted to the substrates and the printing processes. Water-based silver inks were formulated. Inks properties, rheology and surface tension, were analysed and their effect on line properties was investigated. Printed substrates were afterwards sintered. Resistivity values close to that of bulk silver were reached (2 to 12x10-8 Ohm.m). These work novelties are mainly the formulation of water-based environmentally friendly screen printing pastes and the flexography printing of silver inks onto ceramic substrates. This study offers new perspectives for the industrialisation and the mass production of electronic components on flexible ceramic substrates.

L'objectif principal de la présente étude est de développer des encres à base de graphène présentant d'excellentes propriétés de stabilité, électriques et physiques pour l'électronique d'impression en utilisant des techniques de revêtement par pulvérisation et d'impression par jet d'encre. Premièrement, la comparaison des différents types de matériaux similaires au graphène a montré que la mousse de graphène (GF) présentait la plus grande surface spécifique avec une valeur de 2136 m2g-1. Par ailleurs, les nanoplaquettes de graphite (GNPs) et le graphite synthétique (SG) présentaient des structures hautement cristallines avec la présence d'un pic aigu et étroit (002) et de particules de haute qualité avec un rapport ID/IG inférieur. Deuxièmement, les résultats ont montré que la viscosité et l'angle de contact des encres conductrices augmentaient significativement avec l'augmentation des charges de GF, GNPs et SG dans un liant de vernis polyester (PV). L'incorporation de 10 % en volume de PNB a amélioré la conductivité électrique du PV de 186 %, et seulement 40 % pour la SG et 10 % pour le GF avec la même charge de remplissage. Ensuite, il a été constaté que les PNB dispersés dans l'éthylène glycol (EG) présentaient une meilleure stabilité avec une diminution de 85% de la concentration initiale après un mois, une viscosité et une mouillabilité supérieures à celles du propylène glycol (PG) et du 2-propanol (IPA). D'autre part, le GF dispersé dans un solvant mélangé IPA:EG avec un rapport de 1:1 n'a montré qu'une diminution de 50 % par rapport à la concentration initiale après un mois comparant à ceux des encres GNP dans le même rapport de mélange. Dans la dernière partie, l'encre hybride GF/poly(3,4-éthylènedioxythiophène) poly(styrène-sulfonate) (PEDOT:PSS) a montré une meilleure stabilité que l'encre hybride GF et l'encre hybride GF/nanoparticules d’argent (AgNPs) où l'encre a montré 30 % de réduction de concentration après un mois, 100 % d'amélioration en termes de conductivité superficielle à 50 couches imprimées et un facteur de gauge de 4.3. En conclusion, l'encre hybride imprimée GF/PEDOT:PSS a le potentiel d'être utilisée pour les applications de capteurs de contrainte. / The main aim of the present study is to develop graphene-based ink with excellent stability, electrical and physical properties for printing electronics by utilizing spray coating and inkjet printing techniques. Firstly, comparison on the different types of graphene-like materials showed that graphene foam (GF) exhibited the highest surface area with the value of 2136 m2g-1. Meanwhile, graphite nanoplatelets (GNPs) and synthetic graphite (SG) displayed highly crystalline structures with the presence of sharp and narrow (002) peak, and high-quality particles with lower ID/IG ratio. Secondly, results showed that viscosity and contact angle of the conductive inks increased significantly with increasing GF, GNPs and SG filler loadings in a polyester varnish (PV) binder. The incorporation of 10 vol.% GNPs improved the electrical conductivity of PV by 186 %, and only 40 % for SG and 10 % for GF at the same filler loading. Next, it is found that GNPs dispersed in ethylene glycol (EG) exhibited better stability with 85 % decrement of the initial concentration after a month, viscosity and wettability than those of propylene glycol (PG) and 2-propanol (IPA). On the other hand, GF dispersed in IPA:EG mixed solvent at ratio of 1:1 showed only 50 % decrement from the initial concentration after a month compared to those of GNPs inks at the same mixed ratio. In the last part, GF/poly(3,4-ethylenedioxythiophene) poly(styrenesulfonate) (PEDOT:PSS) hybrid ink exhibited better stability than GF ink and GF/silver nanoparticles (AgNPs) hybrid ink where the ink showed 30 % decrement from the concentration after a month, 100 % improvement in surface conductivity at 50 printed layers and gauge factor of 4.3. As a conclusion, printed GF/PEDOT:PSS hybrid ink has the potential to be used for strain sensor applications.

Ce projet vise à développer de nouvelles encres à base de nanofils d’argent et de nanocellulose pour des applications conductrices et transparentes. Les nanocelluloses, nanoparticules issues de la cellulose, sont de deux types : les nanocristaux de cellulose (NCC) et les nanofibrilles de cellulose (NFC) et possèdent des propriétés bien spécifiques. Ce travail a consisté d’une part (i) à utiliser la forme tubulaire et rigide des NCC pour produire des nanotubes d’argents par synthèse chimique, avant leur formulation en encre et d’autre part (ii) à utiliser les propriétés d’enchevêtrement des NFC flexibles pour stabiliser des nanofils d’argent commerciaux, habituellement instables en suspension. Les divers résultats de ce projet ont permis d’aboutir à la formulation brevetée et à la commercialisation d’une encre conductrice à base d’une faible quantité d’argent et de NCC et de deux encres conductrices et transparentes à base de NFC et de nanofils d’argent. Les interactions physico-chimiques et la stabilité colloïdale de ces suspensions hybrides ont été étudiée de manière fondamentale, tout en développant des formulations adaptées à divers procédés d’impression, que ce soit à échelle laboratoire mais aussi industrielle. / This project aims at developing new conductive inks based on nanocellulose and silver nanowires for transparent and conductive applications. Nanocellulose are nanoparticles extracted from the cellulose and two kinds currently exist: the cellulose nanocrystals (CNC) and the cellulose nanofibrils (CNF). This project have evaluated on one hand the ability of using tubular rigid CNC as template for producing silver nanorods, prior their formulation into conductive inks. On the other hand, the ability of using flexible and entangled CNF to stabilize commercial silver nanowires, usually unstable in suspension, was investigated. The results of this project lead to the patented formulation and commercialization of one low silver content conductive ink based on silver and CNC and two conductive transparent ink based on CNF and silver nanowires. Physico-chemical interactions and colloidal stability of such hybrid suspension have been scientifically studied meanwhile printing process adapted formulation have been successfully designed and tested at laboratory scale but also industrial scale.

Cu2ZnSnSSe4 (CZTSSe) est un matériau prometteur comme absorbant de cellules photovoltaïques. Le développement à grande échelle de cellules solaires CZTSSe est conditionné au développement de procédés bas coût et soucieux de l'environnement. Dans ce contexte, le développement de films de CZTSSe à partir d'encres tout aqueuses de nanoparticules de CZTS constitue un challenge intéressant. Une stratégie haute température en présence d'un agent texturant gaz a été définie pour synthétiser des nanocristaux de CZTS présentant des surfaces polaires. Notre procédé agent texturant gaz met en œuvre la formation simultanée de nucléis de CZTS et de bulles de gaz. Nous montrons que la production en conditions de forte sursaturation d'une très forte concentration de nucléis de CZTS en association à un très grand nombre de petites bulles de gaz représente les conditions optimales de formation de nanocristaux. Par une étude électrocinétique, une condensation régulée par la taille de l'ion alcalin est observée dans la série des alcalins Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+, démontrant la stabilité chimique des surfaces de Cu2ZnSnS4 en dispersion toute aqueuse. Par mise en œuvre des dispersions tout aqueuses, nous avons réalisé l'acquisition de données de base permettant de produire une preuve de concept de la formation d'un film sans fissures. Un autre point important à considérer lors de l'utilisation de matières premières bas coût est l'élimination des impuretés inhibitrices de la croissance des grains. Un profil spécifique de recuit des films est proposé mettant en œuvre une purification haute température pour l'élimination du carbone. En effet, notre stratégie met en œuvre la décomposition des domaines amorphes en carbone sp2 qui est ultérieurement éliminé via la formation de CSe2 gazeux. Finalement, des cellules solaires ont été fabriquées avec succès à partir d'encres tout aqueuses avec des rendements de conversion préliminaires jusqu'à 2,6 %. / Recently more attention is devoted to Cu2ZnSnS4 (CZTSSe) for photovoltaic applications due to their non-toxic, earth-abundant components and good optoelectronic properties. Large scale fabrication of CZTSSe solar cells will rely on the development of low-cost and environmentally-friendly approach. In this context, development of CZTSSe films from all-aqueous CZTS nanocrystals inks represents an interesting challenge. A high temperature, gas-templating strategy has been defined to synthesize highly crystallized CZTS nanocrystals displaying polar surfaces. Our gas-templating process involves the simultaneous formation of CZTS nucleis and gas bubbles. We demonstrate that production of a high rate of small gas bubbles, as well as a high concentration of nucleis, depict optimal conditions for nanocrystal synthesis. By an electrokinetic investigation, a condensation regulation by the alkali ion size is observed in the alkali series Li+ < Na+ < K+ < Rb+ < Cs+, demonstrating the chemical stability of CZTS surfaces in aqueous basic dispersions. By using all-aqueous chalcogenide nanocrystals dispersions, we determined a critical cracking thickness of 250 nm and an average thickness of 100 nm to fabricate micron crack-free films using a multilayer procedure. Having in mind these results, we give the proof of concept of crack-free film formation from all aqueous CZTS nanocrystals inks. Another important consideration, when employing low-cost materials, is the removal of impurities, inhibitors of grain growth. A specific annealing profile is proposed involving a high temperature purification step in order to remove carbon. Indeed, our strategy involves the decomposition of amorphous domains into sp2 carbon which will be further removed via the CSe2gas formation. Finally, CZTSSe solar cells are successfully fabricated from all-aqueous CZTS inks with preliminary devices efficiencies up of 2.6%.

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).

Ces travaux examinent le potentiel d’un papier à fort lissé pour la production de masse de tags RFID-HF imprimés. Les caractérisations menées sur le papier Powercoat HD mettent en évidence une haute tolérance à la température et une faible rugosité. De fait, il se présente ainsi comme une sérieuse alternative à l’utilisation des films polymères (PET, PEN, PI, etc.), permettant de développer pleinement les performances électriques d’encres conductrices métalliques.Deux procédés d’impression industriels ont été considérés, la flexographie et la sérigraphie ayant tout deux fait leurs preuves depuis plusieurs décennies pour l’impression graphique à hautes cadences. Le potentiel de leur utilisation pour l’impression à grande échelle de dispositifs électroniques à bas-coût est discuté dans ces travaux. De plus, les performances électriques d’encres commerciales à base d’argent sont étudiées en fonction de la taille des particules qui les composent. En effet, l’utilisation de particules métalliques à l’échelle nanométrique pourra faciliter l’activation des mécanismes de diffusion atomique, améliorant ainsi le contact physique entre les particules et favorisant la conduction électrique. En parallèle, les encres à microparticules sont moins coûteuses et leurs conditions d’utilisation moins contraignantes. Toutefois, la coalescence des particules métalliques après l’impression ne pourra être initiée sans un traitement thermique de recuit.Le recuit est usuellement réalisé dans une étuve ou un tunnel à air chaud, la température doit alors rester inférieure à la tolérance du substrat. Cela permet d’atteindre des performances électriques qui restent limitées pour des durées de procédé de l’ordre de plusieurs minutes. Afin de tenir compte des contraintes industrielles d’une production à grande échelle et de permettre d’obtenir les meilleures performances électriques en un temps réduit, l’un des principaux axes de recherche exploré consiste au déploiement des technologies émergentes de recuit photonique proche infrarouge (NIR) et lumière intense pulsée (IPL). Ces dernières sont basées sur l’absorption de l’énergie lumineuse par le film d’encre provoquant ainsi sont échauffement rapide. L’important différentiel d’absorption entre les encres et le substrat contribue, en outre, à une sélectivité de ces procédés permettant de limiter la dégradation du support tout en atteignant au niveau de l’encre, des températures pouvant être supérieures à 300°C. Pour chaque procédé de recuit, l’influence des différents paramètres sur les performances électriques finales a pu être étudiée par la mise en place d’un suivi in-situ de la résistance, permettant un échantillonnage allant jusqu’à 250 kHz.Finalement, des boucles RFID-HF ont été imprimées, recuites dans les conditions précédemment optimisées puis caractérisées. Une estimation des coûts de production a été menée afin de distinguer les contributions liées à l’encre, au support et à la puce électronique en silicium. Les résultats obtenus mettent en évidence le potentiel du papier Powercoat HD, couplé à une impression en flexographie et à un recuit proche infrarouge, permettant alors la production à grande échelle de tags RFID-HF pour un coût matière de l’ordre de 5 centimes d’euros. / This work examines the potential of a very smooth paper for the mass production of printed RFID-RF tags. Characterizations on Powercoat HD paper demonstrate high temperature tolerance and very low roughness. It thus represents a serious alternative to the use of polymeric films (PET, PEN, PI, etc.), enabling the electrical performance of metallic conductive inks to be fully developed.Two industrial printing processes have been considered, flexography and screen printing, and their use were discussed for the printing of low-cost electronic devices. Moreover, the electrical performances of commercial silver based inks are studied according to the size of their particles. Indeed, the use of metal particles at the nanometric scale can facilitate the activation of the atomic diffusion mechanisms, thus improving the physical contact between the particles and promoting electrical conduction. In parallel, microparticles inks are cheaper and their conditions of use less restrictive. In any case, the coalescence of the metal particles after printing cannot be initiated without a thermal sintering treatment.Sintering is usually carried out in an oven or hot air tunnel, the temperature must therefore remain below the tolerance of the substrate. This leads to limited electrical performances for long process duration of several minutes. In order to take into account the industrial constraints of large-scale production and to achieve the best electrical performance in a short time, one of the main explored research areas is the deployment of emerging near-infrared (NIR) and intense pulsed light (IPL) photonic technologies. These latter are based on the absorption of light energy by the ink film thus causing rapid heating. The important absorption differential between the inks and the substrate allows high heating selectivity which makes it possible to limit the degradation of the substrate while the ink temperatures may be greater than 300 ° C. For each sintering process, the influence of the various parameters on the final electrical performance has been studied by setting up an in-situ resistance monitoring, allowing sampling frequency up to 250 kHz.Finally, RFID-HF loops were printed, sintered under previously optimized conditions and then characterized. An estimate of the production costs was carried out in order to distinguish the contributions related to the ink, the substrate and the silicon chip. The obtained results demonstrate the potential of Powercoat HD paper, coupled with flexographic roll-to-roll printing and near-infrared technology, enabling the large-scale production of RFID-HF tags at a material cost of the order of 5 euros cents.

Ces travaux de thèse portent sur la synthèse de particules hybrides à partir de pigments inorganiques pour la formulation d’encres électrophorétiques colorées. Les pigments doivent répondre à un cahier des charges spécifique à ce type d’application. Ils doivent avoir une taille sub-micronique, une faible densité et un haut indice de réfraction afin d’exalter les phénomènes de diffusion. Les pigments bleus et cyan de structure spinelle CoAl2O4 et NiAl2O4 ont été synthétisés par voie Pechini. Dans les deux cas, des phénomènes de démixtion influençant la couleur ont été observés. Cependant, de par la différence de rayon ionique entre le Co2+ et le Ni2+ (rCo2+ < rNi2+), les origines en sont différentes. Dans le premier cas il a fallu éliminer les ions Co3+ stabilisés en site [6] pour obtenir une phase pure où la majorité des ions cobalt occupent les sites [4]. Dans le second cas l’ajout d’ions Al3+ a été nécessaire pour stabiliser une phase spinelle pure en présence de lacunes cationiques et d’ions Ni2+ occupant partiellement les sites [4] et [6]. Ensuite, nous avons développé des pigments magenta et jaunes de structure olivine explorant la solution solide LiCoxNi1-xPO4. Dans ces composés, l’étude des transitions électroniques corrélées à la structure et à l’environnement des ions chromophores Ni2+ et Co2+ en site [6] a permis de montrer des champs cristallins proches et un effet néphélauxétique presque identique. Finalement l’analyse de l’état de valence du chrome dans les structures de type rutile SnxCr1-xO2 a permis de synthétiser des pigments violets. Dans un second temps, la surface des pigments a été modifiée avec des chaines silanes de type n-trimethoxysilane afin de favoriser la dispersion des pigments dans un milieu apolaire. Puis les pigments modifiés ont été polymérisés dans l’Isopar G par polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes avec du méthacrylate de méthyle afin de diminuer la densité globale des particules hybrides et ainsi obtenir des encres stables. L’étude de l’influence des conditions expérimentales a été effectuée sur chaque pigment afin de formuler des encres colorées et chargées sans ajout de contrôleur de charge. La réalisation d’un dispositif électrophorétique à deux couleurs bleu et blanc a finalement pu être développé. / This work deals with the hybrid particles synthesis, using inorganic pigment for the coloured electrophoretic inks formulation. To comply with this type of application, pigments must have a sub-micrometer size, a low density and a high refractive index in order to exalt the diffusion phenomena. Blue and cyan spinel structure pigments CoAl2O4 and NiAl2O4 have been synthesized by Pechini process. In both these oxides, steric and electronic effects allowed stabilizing pure phases with enhanced colouring effects. In the case of CoAl2O4, we have to avoid the occurrence of Co3+ (LS) whereas for NiAl2O4, excess of Al3+ is necessary to get pure phases with nanosized crystallites. Then, magenta and yellow olivine structure pigments have been developed with the exploration of the solid solution LiCoxNi1-xPO4. In these compounds, the study of the electronic transitions combined with Ni2+ and Co2+ chromophores ions structure and environment in [6] site leads to comparable crystal field and so an almost similar nephelauxetic effect for both ions. Finally, the investigation of the valence state and the environment of chromium in rutile type structure Sn1-xCrxO2 allowed the synthesis of purple pigments. In a second part, the pigment surface has been modified with n-trimethoxysilane chains to improve the pigment dispersion in apolar media. Then, modified pigments have been polymerised in Isopar-G by nitroxyde mediated radical polymerisation with methyl methacrylate to decrease the hybrids density and to obtain stable inks. The impact of the experimental conditions has been studied on each pigments in order to formulate coloured and charged inks without any charge control agent. A two-colour electrophoretic device (blue/white) has been finally tested.

L’impression 2.5D est une technologie à mi-chemin entre l’impression couleur traditionnelle, à laquelle elle emprunte son procédé et la qualité de reproduction des couleurs, et l’impression 3D qui crée des reliefs et des formes. Par ses qualités visuelles, elle pourrait permettre la reproduction réaliste de multiples surfaces, mais un frein s’oppose à cette perspective : les encres brillent. En modulant la rugosité des surfaces imprimées à l'échelle du micromètre, en fréquence et en amplitude, nous avons réussi à réduire et contrôler le brillant des encres. Des stratégies d'impression différentes ont été proposées et étudiées pour diminuer l’effet scintillant et permettre l’impression d’une couche couleur mate : la création d'un espace à cinq dimensions dans lequel le brillant et la couleur sont modélisés aboutit à l'uniformisation des niveaux de brillant colorés. Les protocoles d'impression développés ont ensuite été appliqués à des cas concrets issus de la conservation – restauration du patrimoine. Plusieurs exemples distincts sont présentés, qui abordent un point particulier sur lequel l’impression 2.5D est pertinente: comblement de lacune, création de répliques réalistes, intérêt de l'aspect visuel mat pour la lisibilité des œuvres. / 2.5D printing is between traditional color printing, for the process and its visual quality, and 3D printing, which makes forms and reliefs by ink superposition. Because of its properties, 2.5D printing could allow the realistic reproduction of objects and surfaces, but inks are too glossy. To reduce and control this glossy aspect of inks, we modulate the roughness of the printed layers, at the micro-scale, both in frequency and amplitude. Influence of parameters was measured, and different strategies were suggested to reduce sparkle and to allow the creation of matte colored layers: by constituting a 5D space where gloss and color are modeled, we can make gloss level of colored surfaces uniform.Several case studies form the Conservation of Cultural Heritage were considered, where 2.5D printing could help the curator, the conservator or the archivist. We studied in particular the issues of the the gap filling on an archaeological object, the realistic reproduction of surfaces, and the creation of matte objects for readability.