Ce travail de thèse présente la conception et la réalisation d’un capteur de pression 3D flexible pouvant être intégré dans un gant ou sur un outil de chirurgie pour qualifier et quantifier les forces de préhension notamment sous contraintes normales et de cisaillement. Un état de l’art présente d’abord les technologies se prêtant à cette application. Puis, le choix est porté sur la conception et le dimensionnement à partir de la loi de Hooke, d’un capteur matriciel capacitif tri-axe de 8 x 8 x 3 cellules/cm² à partir d’un diélectrique flexible de faible module d’Young autour de 1 MPa. Les cellules conçues ont une capacité nominale voisine de 0,5 pF. Une variation de 30% est attendue à une force maximale envisagée de 100 N/cm². La dynamique visée est de 1 à 1000. Elle correspondant à une résolution de 0,15 fF ou 100 mN/cm². La fabrication du capteur souple est abordée en prenant en compte la caractérisation des matériaux support, notamment le Kapton, dans un flux de microfabrication. Les problèmes de métallisation et d’adhérence d’électrodes sur PDMS conduisent au développement d’un procédé basé sur la technologie de transfert de film adapté aux électrodes enfouies dans le PDMS. Des résultats de simulation sous ANSYS valident le principe physique exploité. Ils sont confirmés par des mesures électriques statiques et en charge du capteur tactile pour des forces de 10 mN à 20 N. / This PhD work presents the design and realization of a 3D flexible force sensor that can be integrated in surgical gloves or tools to qualify and quantify the grip forces including normal and shear stress. A state of the art first presents the suitable technologies for this application. Then, the choice is focused on the design and dimensioning, using Hooke’s law, of a capacitive tri-axis sensor of 8 x 8 x 3 cells/cm² matrix from a flexible dielectric of low Young’s modulus around 1 MPa. Designed cells have a nearby nominal capacitance of 0.5 pF. A variation of 30% is expected at maximum force range of 100 N/cm². The aimed dynamic is 1 to 1000. It corresponds to a resolution of 0.15 fF or 100 mN/cm². The flexible sensor fabrication is tackled by taking into account the characterization of support materials, notably the Kapton, in a stream of microfabrication. Metallization and adhesion of electrodes on PDMS problems lead to the development of a process based on film transfer technology adapted to electrodes buried in PDMS. On the basis of ANSYS simulations, the operating physical principle is validated. They are confirmed by static and in charge electrical measurements of the tactile sensor for forces ranging from 10 mN to 20 N.

La réalisation d’un système holographique 3D embarqué dans un véhicule nécessite le développement d’une structure d’éclairage surfacique à géométrie planaire pour générer un faisceau cohérent, directionnel et uniforme. Ce type de système a été jusque là réalisé à base de composants optiques classiques comme des lentilles et des miroirs. L’objectif de cette thèse est de proposer une solution plus compacte grâce à l’utilisation des (nano-) technologies d’intégration pour réaliser une émission cohérente, directionnelle et uniforme sur une grande surface à 633 nm en remplaçant les composants optiques volumineux par un circuit intégré photonique.Nous présentons d’abord de manière générale les applications des composants optiques et photoniques dans le domaine automobile, puis la structure planaire intégrée que nous visons pour l’éclairage du système holographique. Nous montrons ensuite l’intérêt du développement de circuits photoniques à base de guides de nitrure de silicium pour le fonctionnement dans le domaine du visible, comme requis pour la présente application. Les travaux réalisés sur les guides d’onde en Si₃N₄ pour la propagation de la lumière à 633 nm sont alors détaillés. Dans un premier temps, nous introduisons les méthodes théoriques pour analyser les modes guidés et montrons les résultats de calcul des indices des modes 1D et 2D pour dimensionner un guide rectangulaire monomode. Enfin, nous détaillons l’étude théorique et de simulation pour définir certains composants intégrés du circuit visé, comme le diviseur 1 × N de faisceau et les guides d’onde courbes. Nous présentons alors les travaux de fabrication des guides d’ondes Si₃N₄ encapsulés dans la silice, précédemment conçus, et qui présentent une dimension autour de 250 nm × 300 nm. Nous montrons les principales étapes de fabrication en salle blanche, comprenant le dépôt des diélectriques à l’aide de la PECVD, la lithographie assistée par faisceau d’électron (EBL) et la gravure ionique réactive (RIE). Les résultats de fabrication sont évalués et analysés afin d’optimiser le procédé de fabrication. Finalement, nous présentons le banc de caractérisation des guides d’onde et les résultats des pertes optiques mesurées. Le dernier chapitre est dédié à l’étude du couplage d’un mode photonique guidé à un mode plasmonique dans un système de guides d’onde, qui consiste en une chaine de nanoparticules métalliques en Au ou en Ag déposée sur le guide d’onde rectangulaire Si₃N₄. L’état de l’art et l’étude théorique sont d’abord présentés, puis nous montrons les résultats de simulation numérique de l’efficacité de couplage en fonction des tailles des nanoparticules et de la longueur d’onde dans ce système de guides d’onde couplés. / An auto-embedded 3D holographic system requires the development of a surface lighting integrateddevice to generate a coherent, directional and uniform lighting beam. Up to now, the realization of this type ofsystem is based on the conventional optical components such as lenses and mirrors. The objective of this thesis isto propose an ultra-compact solution by using the nanotechnologies, in order to realize coherent, directional and uniform light emitting at 633 nm on a large surface in replacing the bulky optical components by a photonic integrated circuit (PIC). In the beginning of the thesis, we present the automotive applications of optics and photonics, and then introduce to the integrated planar structure, which is expected to illuminate the holographic system. We present then our interest of developing silicon nitride waveguides-based PICs, which can be operated in the visible range, as required for the mentioned application. The realized research work on the Si₃N₄ waveguides for the light propagation at 633 nm are then detailed. At first, we introduce the theoretical methods for the analysis of the guided modes and present the calculated indexes of the 1D and 2D modes, which are used to design the single-mode rectangular waveguide. At last, we present exhaustively our theoretical study and simulation work to define some targeted PICs, as the 1 × N beam splitter and the bent waveguides. Then weintroduce the fabrication of the predetermined SiO₂ cladded Si₃N₄ waveguide samples, which have a cross-section size about 250 nm × 300 nm. We present main processes of the fabrication in cleanroom, including the deposition of the dielectric layers by using PECVD, the electron beam lithography (EBL) and the reactive ionicetching (RIE). The fabrication of waveguides has been evaluated and analyzed, in order to optimize the fabrication process. Finally, we present the waveguide’s characterization set-up and the measurement results ofthe optical losses. The last chapter of the thesis is dedicated to the study of the coupling effect from a guidedphotonic mode to a plasmonic mode supported by a guiding structure, which consists of a metallic nanoparticle(Au or Ag) chain deposited on top of the Si₃N₄ rectangular waveguide. The state of the art and the theoretical study are firstly introduced. Then we present the numerical simulation results of the coupling efficiency as a function of nanoparticle’s sizes and operation wavelength in this photonic-plasmonic coupled waveguide system.

Objective of this work is optimization of a technological process at the machining center. The process of optimization concerns cost reduction and fabrication time reduction with automatization of fabrication by reducing the number of machine stoppings. It is achieved by introduction of an automatic measuring system of dimensional characteristics with system RENISHAW integrated at the machine. The objective is to achieve most elevated level of machine autonomy also by reducing the costs and fabrication time.

Le but de cette thèse est d'atteindre l'état de mouvement fondamental sur des disques optomécaniques en arseniure de gallium. La mécanique quantique prévoit en effet que la quantité d'énergie d'un système physique (mécanique ou autre) ne peut jamais être réduite totalement à zéro. Il existe cependant un état de plus basse énergie, que l'on appelle l'état fondamental. L'effet physique utilisé pendant cette thèse pour extraire de l'énergie du système (et ainsi atteindre l'état fondamental) est le couplage opto-mécanique. Les micro-disques supportent des résonances optiques à symétrie axiale appelées modes de galerie ainsi que des résonances mécaniques appelées modes de respiration. Le couplage entre ces deux modes peut être intuitivement compris comme suit: lorsque le disque "respire" mécaniquement, la circonférence du disque ressentie par le mode optique change, ce qui induit un décalage de sa longueur d'onde de résonance. A l'inverse, le mode optique exerce une pression de radiation sur les parois du disque, qui peut amplifier ou atténuer le mouvement mécanique. Le refroidissement opto-mécanique est d'autant plus efficace que les résonances (optique comme mécanique) ont de faibles taux de dissipation. Une grande partie de ce travail de thèse à donc été dédiée à la réduction de ces pertes. Des efforts technologiques ont permis d'obtenir des structures lisses et régulières, pour éviter la diffusion (et donc la dissipation) de lumière par rugosités. Afin de réduire la dissipation mécanique, une structure novatrice incluant des boucliers mécaniques à été développée, et à permis de réduire la dissipation mécanique d'un facteur 100. L'état du système après refroidissement opto-mécanique dépend par ailleurs de sa température initiale. Il est donc avantageux de placer l'échantillon dans un cryostat. L'appareil utilisé au cours de cette thèse permet de refroidir l'échantillon jusqu'à une température de 2,6 K. Les expériences de photonique en environnement cryogénique imposant des contraintes en terme de stabilité, il a été nécessaire de d'opter pour une approche avec guide d'onde intégré. Le développement de guides d'ondes entièrement suspendus a permis d'apporter et de collecter la lumière depuis le disque de manière optimale. Toutes ces efforts ont permis de descendre à un taux d'occupation mécanique de 30 quanta. Cependant de nombreuses améliorations peuvent encore être implémentées, afin d'ancrer ces résonateurs fermement dans l'état fondamental, ce qui permettrait d'effectuer par exemple des expériences d'intrication quantique / The main goal of this PhD work has been to reach the quantum ground state on gallium arsenide optomechanical disks. Quantum mechanics predict that the amount of energy within a given system cannot be brought to zero. Nevertheless a state of minimal energy exists, called the ground state. The physical mechanism used to extract energy from the system (and thus reach the ground state) is the optomechanical coupling. The miniature disks support optical and mechanical resonances, respectively called whispering gallery modes and radial breathing modes. The coupling between these two modes can be intuited as follows: when the disk breathes mechanically, its perimeter increases. The optical mode evolves now in a wider cavity, and its resonance wavelength therefore changes. Conversely, the optical mode exerts radiation pressure on the disk boundaries, which can either amplify or damp the mechanical motion. Optomechanical cooling is more efficient if the dissipation rates of the optical and mechanical resonances are low. An important part of this PhD work has therefore been dedicated to the reduction of dissipation. Technological efforts have been made to fabricate smooth and regular structures, so as to limit optical scattering. A novel approach consisting of a mechanical shield has allowed to reduce mechanical damping by a factor of 100. The system state after optomechanical cooling depends on its initial temperature. It is therefore advantageous to place the system in cryogenic environment prior to starting the optomechanical cooling. The apparatus used throughout this PhD work can cool the optomechanical device down to 2.6 K. As optical experiments in cryogenic environment require a good mechanical stability, it is necessary to opt for fully integrated devices where the optomechanical resonator and the waveguide bringing the light to it are processed on the same chip. The development of fully suspended waveguides has moreover allowed to inject and collect light from the device more efficiently. All these improvements have allowed to reach a state of 30 excitation quanta in the mechanical resonator. However many ideas can still be tried to keep enhancing the devices, so as to anchor them more firmly in the ground state. This would open the way to more advanced experiments, such as entanglement of mechanical oscillators

Les propriétés électrocinétiques de cellules ou de complexes colloïde-cellule visant leur manipulation individuelle dans une puce microfluidique devrait permettre de proposer de nouveaux types d'application dans le domaine des laboratoires-sur-puce et de la recherche biomédicale. Les travaux présentés dans ce manuscrit visent à créer une nouvelle technologie de puce microfluidique permettant la manipulation électrocinétique tridimensionnelle sans contact de particules colloïdales. Cette technologie innovante associée à la réalisation de particules colloïdales multifonctionnelles (Janus) permet d'étudier et de contrôler les interactions d'un complexe colloïde-cellule. Une technologie originale de puce microfluidique tridimensionnelle transparente présentant des niveaux d'électrodes biplanaires est développée sans couche résiduelle classiquement présente dans les technologies de scellement microfluidique. Parallèlement, de nouveaux types de colloïdes anisotropes (Janus) et multifonctionnels (fluorescents, fonctionnalisés avec des protéines…) sont fabriqués en associant la synthèse colloïdale aux techniques de la microélectronique et à la fonctionnalisation de surface. La compréhension et l'exploitation des forces électrocinétiques créées par un champ électrique alternatif et non-uniforme sur la solution colloïdale confinée dans cette puce permettent de proposer une nouvelle méthode de détermination du facteur de Clausius-Mossotti. Ce facteur est un paramètre intrinsèque à la solution colloïdale qui régit la force diélectrophorétique. La détermination expérimentale de ce facteur, combinée à une analyse théorique pour les solutions colloïdales étudiées, définit les paramètres du champ électrique à appliquer (fréquence, tension) pour localiser, séparer ou manipuler en trois dimensions des particules micrométriques de tout type (particules nu, fonctionnalisées, disymétriques…). Le mélange de ces particules dans des milieux de culture cellulaire contenant des cellules de lignées humaines crée des complexes colloïde-cellule. En fonction du type cellulaire, ces complexes se caractérisent par une cellule ayant internalisé des colloïdes ou une cellule décoré par des colloïdes attachés sur sa membrane. Soumis à des forces électrocinétiques déterminées, ces complexes démontrent des réponses duales des particules et des cellules contrôlables indépendamment. En combinant l'ingénierie des particules colloïdales et la technologie microfluidique de manipulation électrocinétique sans contact, des forces locales peuvent être exercées sur les cellules par l'intermédiaire des particules. / The electrokinetics properties of cells or a particles-cell complex for their individual handling in a microfluidic chip open the way to new applications for lab-on-chip or biomedical research fields. The work presented in this thesis aims to create a new technology of microfluidic chips able to perform 3D electrokinetic contactless handling of colloidal particles. Combined with the microfabrication of multifunctional (Janus) colloidal particles this technological breakthrough allows the study and the control of colloidal particles and cells. An innovative technology of a 3D transparent microfluidic chip that integrates two levels of bi-planar electrodes is developed without any residual layer commonly stacked in microfluidic sealing technology. At the same time, a new type of anisotropic particles (Janus) and multifunctional (fluorescence, functionalized with proteins) are microfabricated by combining colloidal synthesis, microelectronics process and surface functionalization techniques. The understanding and the use of electrokinetic forces that are created by a non-uniform electric field in a colloidal solution confined in this chip enable the access to a new method of determination of the Claussius-Mossotti factor. It is an intrinsic parameter of a colloidal solution that rules the dielectrophoretic force. Its experimental determination, combined with a theoretical analysis of the colloidal solution, defines the parameters of the electric field to apply (frequency, applied voltage) in order to localize, separate or handle in 3D all types of micrometer sized particles (plain, functionalized, dissymmetric). The mixing of particles in cell culture mediums that contain human lines cells creates a particle-cell complex. According to the cellular type, those complexes are characterized by a cell that has internalized particles or is decorated by particles attached on its membrane. Submitted to determined electrokinetic forces, those complexes show dual responses that are controllable on both particles or cell independently. By associating the engineering of colloidal particles and this electrokinetic contactless handling microfluidic technology, local forces can be exerted on cells via those particles.

Pour résoudre la limitation inhérente au procédé d’impression laser LIFT, une approche utilisant une double impulsion (DP-LIFT) a été développée au cours de cette thèse. Dans ce processus, une irradiation laser de durée de quelques dizaines de microsecondes crée un bain de métal en fusion et une seconde impulsion ultra-brève induit le mouvement du fluide, la formation d’un jet ou d’une goutte et le transfert du métal liquide. Cette thèse présente une étude expérimentale détaillée sur le processus DP-LIFT. L'influence des paramètres des deux irradiations laser a été étudiée en s’appyuant sur un ensemble de méthodes d'observation. Pour étudier l’influence de ces paramètres sur la dynamique de l’éjection, un modèle basé sur la conservation de l’énergie a été utilisé. De plus, nous avons démontré que, pour certaines configurations des diamètres respectifs des deux spots lasers, des nanojets focalisés étaient générés. Enfin, en conservant une épaisseur fixe du film métallique, des gouttelettes uniques, sans débris, d'un diamètre allant de 670 nm à 6,0 µm ont été imprimées avec une reproductibilité élevée. des matrices de piliers ont également été imprimées pour démontrer le potentiel de la méthode LIFT à double impulsion pour la fabrication de micro-structures 3D / To solve the inherent limitation of Laser-induced Forward Transfer (LIFT), a double pulse LIFT (DP-LIFT) approach has been developed in this thesis. In this process, a first long pulse laser irradiation creates a melted metal pool and a second ultrashort pulse induces the fluid motion and initiates the jetting transfer. This thesis provides a detailed experimental study on the DP-LIFT process. The influence of double pulse parameters on the jetting phenomena has been carefully studied by means of various observation methods. To predict the jetting behaviors, an energy balanced model has been used. Moreover, we demonstrated that for some configurations of the respective diameters of the two lasers, focused nanojets are generated from the melting pool. Finally, from a fixed thickness of the donor film, debris-free single droplets with diameters ranging from 670 nm to 6.0 µm have been printed with high reproducibility. 2.5 D pillars matrix are printed to demonstrate the potential of the double pulse LIFT method for the fabrication of 3D micro-structures.

Magnetic permalloy nanostructures were fabricated onto a silicon wafer using electron beam lithography and a liftoff process. The lithography was performed with a Hitachi SU-70 SEM retrofitted with a Nabity NPGS lithography conversion kit. PMMA of 950kDa molecular weight was used as the photoresist. Features were either nanowires, nanodots, or elliptical or rectangular nanostructures. The nanowires had dimensions of 15µm x 200nm x 40nm, the nanodots had diameters of 145nm and thickness of 12nm, and the ellipses and rectangles had dimensions of 110nm x 50nm x 13nm. Characterization of the nanostructures was performed using the same Hitachi SEM as well as a Digital Instruments DI 3100 Nanoscope IIIa AFM used in magnetic force imaging mode. The SEM was used to measure lateral dimensions of the features and to capture images of features for proper documentation and for external simulation studies. The MFM was used to capture magnetic images of the samples to determine the magnetic state of the nanowires or arrays.

L'étude présente les méthodes pour identifier et simuler les défauts de fabrication tridimensionnels. Les méthodologies ont été élaborées sur la base des travaux antérieurs, tels que la méthode de simulation MMP (Model of Manufactured Part) présentée par F. Villeneuve et F. Vignat, associée à la méthode de la double mesure présentée par S. Tichadou.Dans cette thèse, la première méthode proposée, basée sur la méthode des petits déplacements (TPD) est présentée et permet l'identification des défauts de fabrication. Cette méthode permet de distinguer les défauts d'usinage et les défauts de positionnement d'un lot de pièces au cours d'un processus de fabrication. Les résultats obtenus dans cette méthode représentent les dispersions géométriques des pièces usinées. En outre, une méthode d'analyse modale de défauts a été réalisée pour analyser les défauts de forme d'une pièce mesurée sur une MMT avec un nombre restreint de points de mesure (10 points sur chaque surface usinée). Les résultats montrent que les modes des défauts de forme sont obtenus correctement (bombé, ondulation, vrillage, etc.)En raison de l'importance du rôle du défaut de positionnement dans la qualité d'un produit en cours de fabrication, ensuite deux indicateurs simples ont été proposés pour évaluer la qualité globale d'un montage de fixation de pièces.Par ailleurs, un modèle permettant de simuler les défauts de positionnement d'une pièce fixée sur un mandrin à trois mors a été développé. Le modèle final de simulation est une combinaison de trois méthodes: plan d'expérience, simulation par éléments finis, et simulation de Monte Carlo. Pour la méthode des plans d'expérience, trois facteurs, qui sont supposés être les plus importants dans les défauts de positionnement, sont utilisés dans le modèle. Les résultats obtenus à partir des simulations sont exprimés sous forme de distributions et de paramètres statistiques caractéristiques. Ceux-ci sont ensuite utilisés pour effectuer les simulations en appliquant la méthode de Monte Carlo.Enfin, un modèle global est proposé, pour simuler la gamme de fabrication d'une pièce fraisée. Ce modèle permet de vérifier la gamme choisie avec des tolérances fonctionnelles de la pièce imposée. De plus, cette méthode permet de vérifier une gamme de fabrication en garantissant les tolérances fonctionnelles imposées ou une utilisation inverse qui permet de déterminer les tolérances garantissant un nombre de pièces usinées hors des zones de tolérance.

Glödlampan, en gång symbolen för mänsklig uppfinningsförmåga, är idag på väg att försvinna. Lysdioder och lågenergilampor har istället tagit över då dessa har betydligt längre livstid och högre effektivitet. Den tidigare så hyllade glödlampan anses numera vara en miljöbov, och förbud och restriktioner mot den blir allt vanligare. Trots detta så är de nya alternativen bara att betrakta som provisoriska steg på vägen mot en ideal ljuskälla, som idag tyvärr inte existerar. Lågenergilampor innehåller exempelvis kvicksilver, och utgör därmed ett direkt hot mot en användares hälsa. Både lysdioder och lågenergilampor består även av höga halter av andra tungmetaller, och är väldigt komplicerade att tillverka. Återvinning är därför ett måste, och en fullödig energibesparingsanalys måste ta hänsyn till den betydande energin som går åt vid tillverkningen. Till viss del kan detta lösas genom att göra komponenterna små och ljusstarka, men för att göra en sådan belysning angenäm används istället utrymmeskrävande och ofta energislukande lampskärmar. Lysdioder och lågenergilampor är helt enkelt bra, men långt ifrån perfekta.All elektronisk utrustning är idag beroende av metaller och inorganiska halvledare, vilket gör återvinning viktig och tillverkning komplicerad. Detta är kanske på väg att ändras då även organiska material, t.ex. plast, har visat sig kunna ha elektroniska egenskaper. Idag är organisk elektronik ett hett forskningsområde där material med liknande egenskaper som plast, fast med funktionella elektroniska egenskaper, undersöks och appliceras. Något som gör organiska material extra intressanta är att många kan lösas upp i vätskor, vilket möjliggör för skapandet av bläck. Detta leder i sin tur till möjligheter för användandet av storskaliga trycktekniker, t.ex. tidningspressar och bläckstråleskrivare, vilka leder till en stor kostnadsreduktion och förenklad tillverkning av lysande komponenter. Idag har plast redan ersatt många andra material i en mängd olika tillämpningar. Plastflaskor är vanligare än glasflaskor, och ylletröjor konkurerar idag med kläder gjorda av fleece och andra syntetiska fibrer. Med ljusemitterande plast finns det helt klart en möjlighet att en liknande utveckling kan ske även för lampor.Den här avhandlingen fokuserar på den fortsatta utvecklingen av den ljusemitterande elektrokemiska cellen (LEC), som 1995 uppfanns av Pei et al. LEC-tekniken använder sig av organiska halvledare för att konvertera elektrisk ström till ljus, men även en elektrolyt som möjliggör elektrokemisk dopning. Detta förbättrar den organiska halvledarens elektroniska egenskaper signifikant, vilket leder till mindre resistans och högre effektivitet hos den färdiga lysande komponenten.Visionen för denna och besläktade tekniker har sedan länge varit förverkligandet av en lysande tapet. Den här avhandlingen har försökt närma sig denna vision genom att visa hur en LEC kan uppnå hög effektivitet och lång livslängd, och samtidigt tillverkas i luft med storskaliga produktionsmetoder. Orsaker till en tidigare begränsad livslängd har identifierats och minimerats med hjälp av nya komponentstrukturer och materialformuleringar. En inkapslingsmetod presenteras också, vilken skyddar komponenten från syre och vatten som annars lätt reagerar med det dopade organiska materialet. Detta resulterar i en signifikant förbättring av livslängden.Genom att använda slot-die bestrykning och sprayning, båda kompatibla med rulle-till-rulle tillverkning, har möjligheter för storskalig produktion demonstrerats. Slutligen har en speciell metod för spraymålning av stora lysande ytor utvecklats. / The incandescent light bulb, once the very symbol for human ingenuity, is now being replaced by the next generation of lighting technologies such as the compact fluorescent lamp (CFL) and the light emitting diode (LED). The higher efficiencies and longer operational lifetimes of these new sources of illumination have led to the demise of the classic traditional bulb. However, it should be pointed out that the light sources that are taking over are better, but not perfect. The complex high-voltage electronic circuits and health hazardous materials required for their operation make them far from a sustainable eco-friendly option. Their fabrication is also complex, making the final product expensive. A new path forward might be through the use of plastics or other organic materials. Though not traditionally seen as electronically active, some organic materials do behave like inorganic semiconductors and substantial conductivity can be achieved by doping. Since plastics can be easily molded into complex shapes, or made into an ink using a solvent, it is expected that organic materials could revolutionize how we fabricate electronic devices in the future, and possibly replace inorganic crystals in the same way as plastics have replaced glass and wool for food storage and clothes. This thesis has focused on the light-emitting electrochemical cell (LEC), which was invented by Pei et al. in 1995. It employs organic semiconductors that can convert electricity to light, but also an electrolyte that further enhances the electronic properties of the semiconductor by allowing it to be electrochemically doped. This allows light-emitting films to be driven by a low-voltage source at a high efficiency. Unfortunately, the electrolyte has been shown to facilitate rapid degradation of the device under operation, which has historically severely limited the operational lifetime. Realizing the predicted high efficiency has also proven difficult. The purpose of this thesis is to bridge the gap between the LEC and the CFL. This is done by demonstrating efficient devices and improved operational lifetimes. Possible degradation mechanisms are identified and minimized using novel device architectures and optimized active layer compositions. An encapsulation method is presented, and shown to increase the LEC stability significantly by protecting it from ambient oxygen and water. The thesis further focuses on up-scaled fabrication under ambient air conditions, proving that light-emitting devices are compatible with solution-based and cost-efficient printing. This is achieved by a roll-to-roll compatible slot-die coating and a novel spray-depositing technique that alleviates problems stemming from dust particles and phase separation. A practical ambient air fabrication and a subsequent operation of light-emitting electrochemical cells with high efficiency are thus shown possible.

Alors que l'évolution des pratiques de fabrication numérique dans les champs de l'art, de l'architecture et du design semble pointer vers l'émergence d'une « nouvelle matérialité », marquée par les développements contemporains de la robotique, de la computation et des sciences des matériaux, les discours entourant l'usage des machines à commande numérique restent trop souvent dominés par une compréhension passive de l'idée de matière. Cette thèse se propose d'actualiser la vision des rapports entre conception numérique et matérialité, en développant des schémas productifs ouverts à l'expression de formes d'agentivité matérielle. Cherchant à dépasser l'articulation prescriptive traditionnelle entre conception et fabrication, elle défend l'idée d'une redistribution de l'autorité vers un réseau d'acteurs productifs autonomes. L'argument développé vise avant tout à mettre à jour des méthodologies pratiques ainsi qu'un cadre conceptuel partageables, susceptibles d'être réinvestis par d'autres praticiens. Cinq expérimentations pratiques, reliées par leurs usages prospectifs de la programmation et de la fabrication numérique, en constituent l'ossature empirique. Mobilisant des auteurs comme Gilbert Simondon et Andrew Pickering, le travail de conceptualisation réalisé permet d'opérer un retour réflexif sur ces expériences, et d'en situer les enjeux au regard d'un certain nombre de précédents historiques, tels ceux de la production numérique non standard et de la cybernétique. / Recent developments in digital fabrication practices across the fields of art, architecture and design have inspired the notion of a “new materiality” — a rethinking of our relationship to the physical world in light of the ever-increasing convergence between robotics, computation and materials science. Yet, the very use of computer-controlled machinery remains, more often than not, envisioned in terms of a passive understanding of matter. This thesis aims at offering an updated vision of the relationship between materiality and design, by developing new production schemes allowing for an expression of material agency. Criticizing the traditional idea of a prescriptive, deterministic link between design and fabrication, the proposed argument reframes authority as a shared resource, spread through a network of productive and autonomous agents. The thesis' main outcomes consist in a set of practical methodologies as well as an encompassing conceptual framework, which may both be reinvested by other practitioners. Informed by and grounded in practice, the research builds on five experiments, adopting a prospective approach towards programming and digital fabrication. Drawing on authors like Gilbert Simondon and Andrew Pickering, the accompanying conceptualization allows for a reflexive discussion of the thesis' practical developments, while situating them in respect to such historical precedents as non standard production and cybernetics.