Depuis quelques années, un essor important est observé pour les diodes électroluminescentes organiques (OLEDs) se traduisant par une intégration progressive dans de nombreux appareils électroniques destinés au grand public : smartphones, tablettes tactiles, téléviseurs, … Cependant, malgré de nombreux avantages, la haute sensibilité des empilements organiques à l'atmosphère ambiante, et l'observation de dégradations à la surface des dispositifs, sont les causes principales limitant l'utilisation massive de cette technologie. L'encapsulation des dispositifs à l'aide d'empilements barrières est susceptible de résoudre tout ou en partie ces problèmes, L'objectif de cette thèse est de développer et de caractériser de nouveaux empilements multicouches inorganique-organique barrières à l'humidité et à l'oxygène, afin de maintenir les performances des OLEDs le plus longtemps possibles. Des solutions d'encapsulations couches minces, réalisées directement à la surface des dispositifs, ont été développées et évaluées sur OLEDs. Les empilements sont composés d'une alternance entre un film d'oxyde d'aluminium déposé par ALD (Atomic Layer Deposition) et une couche de résine organique. Les empilements OLEDs utilisés étant fragiles, les dépôts ont été effectués dans des conditions douces, notamment à basse température (T < 100 °C). Parallèlement, une méthode de caractérisation des propriétés barrières a été mise en place, afin d'évaluer les performances intrinsèques des différentes couches ou empilements d'encapsulation utilisés, et apporter une compréhension sur le mécanisme de protection. / Over the last few years, a significant growth is observed for OLEDs (Organic Light-Emitting Diodes) resulting in the gradual integration into many electronic devices for mass-market applications: smartphones, touchscreen tablet, TV … However, despite many advantages, the high sensitivity of the organic stacks in ambient atmosphere, and the surface degradation of the devices, are the main causes limiting the massive use of this technology. The encapsulation of the devices thanks to barrier multilayers can solve some or all these problems. The aim of this thesis is to develop and to characterize new inorganic-organic multilayers as a barrier against moisture and oxygen, in order to preserve OLEDs performances. Solutions for the thin layer encapsulation, made directly in the surface of the devices, have been developed and evaluated on OLEDs. The encapsulation stacks are based on alternating between a film of aluminum oxide deposited by ALD (Atomic Layer Deposition) and a layer of organic resin. Stacks of OLEDs are fragile, and the deposits have been carried out under mild conditions, especially when temperatures are low (T < 100 °C). A the same time, a method for the characterization of the barrier properties has been carried out, in order to evaluate the intrinsic performances of thin films or encapsulation stacks used, and to provide an understanding of the protection mechanism.

Ces travaux de thèse portent sur le développement d'une nouvelle génération de revêtements phosphorés élaborés par le biais d'un procédé de dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma à la pression atmosphérique. L'objectif est de conférer à des polymères synthétiques des propriétés ignifuges performantes grâce à un film mince anti-feu innovant.La stratégie adoptée est basée sur une technologie plasma froid robuste qui consiste à injecter un précurseur organophosphoré en phase gazeuse dans une décharge à barrière diélectrique opérant à la pression atmosphérique. Ses recherchent posent les fondements de la polymérisation plasma à la pression atmosphérique de composés phosphorés et identifient les conditions favorisant l'élaboration de couches hydrolytiquement stables et protectrices au feu. Dans un premier temps, les travaux se concentrent sur l'optimisation des conditions opératoires, la compréhension des mécanismes réactionnels impliqués et l'étude de la stabilité des dépôts dans le temps. La seconde partie s'intéresse à l'amélioration des revêtements afin d'obtenir des films de qualité supérieure en vue des tests anti-feu. À l'issue de ces travaux, la performance au feu des couches minces les plus prometteuses est testée sur différents polymères techniques, i.e. le polycarbonate et le polyamide-6. Cette étude se conclut en résumant l'influence des paramètres du procédé ainsi que des différentes structures de monomère sur les mécanismes de croissances des revêtements, leur stabilité et performance au feu / This PhD work is focused on the development of next-generation phosphorus-containing coatings elaborated by atmospheric pressure - plasma enhanced chemical vapor deposition. The objective is to provide efficient fireproofing properties to synthetic polymers through an innovative flame-retardant thin film. The supported strategy is based on a robust cold plasma technology, which consists in injecting an organophosphorus precursor as a vapor into an atmospheric pressure - dielectric barrier discharge. These researches constitute a backbone for the atmospheric pressure plasma polymerization of phosphorus-containing compounds and identify conditions promoting the development of hydrolytically stable and fire-resistant coatings. In a first phase, investigations focus on the optimization of operating conditions, the understanding of the reaction pathways involved and the study of the deposits stability over time. The second part is interested in the improvement of the coatings to obtain high-quality thin films in view to flame-retardant tests. At the outcome of this study, the flame-retardant performances of the most promising coatings are tested on different polymers, i.e. polycarbonate and polyamide-6. This study concludes by summarizing the influence of the process parameters as well as the different monomer structures on the thin films growth mechanisms, stability and flame-retardant performance

Une des propriétés intrinsèques des matériaux diélectriques est d'accumuler des charges électriques sous l'action de contraintes extérieures (température, champ électrique...). Ce phénomène utile dans certaines applications (mémoires non volatiles...), demeure en général une cause de défaillance (microsystèmes...). Il convient donc de disposer d'une méthode permettant de mesurer cette densité de charges aux échelles pertinentes pour le système. Du fait de la miniaturisation, les méthodes classiques de mesure de charge d'espace (PEA, FLIMM,...) ne sont plus adaptées, car leurs résolutions latérales de quelques micromètres est bien supérieure aux dimensions nanométriques des systèmes. Une nouvelle méthode de mesure de la charge d'espace basée sur la microscopie à champ proche, et plus particulièrement la mesure de potentiel de surface par microscopie à sonde de Kelvin (KPFM), permet d'obtenir des informations sur l'état de charge du matériau avec une résolution nanométrique. Notre objectif est d'étudier les phénomènes d'injection et de rétention de charges dans des diélectriques minces. Pour cela deux voies ont été explorées. La première consiste à injecter localement des charges à la surface d'une couche mince de SiOxNy d'épaisseur variable (entre 6nm et 130nm) et à mesurer les modifications du potentiel de surface induit par les charges. Les mesures de potentiel de surface (KPFM) et de courant (C-AFM) couplées à des simulations du champ électrique par éléments finis (COMSOL) ont mis en évidence que deux mécanismes sont en jeu lors de l'injection de charges : le piégeage dans la couche et la conduction au travers de la couche. Pour les épaisseurs les plus fines la conduction est le mécanisme majoritaire (ce qui limite la quantité de charges piégées) alors que pour les films plus épais le piégeage est majoritaire. Pour les films d'épaisseur intermédiaire les deux mécanismes sont en compétition. Une fois les charges injectées leur dissipation se fait majoritairement dans le volume selon une dynamique indépendante de l'épaisseur de la couche. La seconde voie consiste à étudier l'injection et le déplacement de charges entre deux électrodes latérales enfouies dans le diélectrique. Cette structure permet de s'affranchir du manque de sensibilité de la mesure KPFM à la profondeur des charges dans le volume et d'étudier les phénomènes d'injection aux interfaces et le transport de charges sous champ électrique. Le champ électrique induit entre les deux électrodes polarisées a été simulé par éléments finis sous COMSOL et comparé aux mesures de potentiel KPFM. Nous avons ainsi pu caractériser l'injection à l'interface métal/diélectrique et nous avons montré la faisabilité d'utiliser ce type de structure pour étudier la mobilité des charges au sein d'une couche diélectrique. / One of the intrinsic properties of dielectrics is to accumulate electrical charges when subjected to external stresses (temperature, electrical field ...). This property can be helpful for some applications (DRAM...), but leads generally to failure of the device (micro-system...). Thus, a charge density measurement technics is mandatory for the scale of relevance according to the observed system. However due to miniaturization, the measurement technics classically used are helpless to study tiny systems of a few tens nanometers thick, as their spatial resolution is of the order a few micrometers. A new measurement technics represented by KPFM (Kelvin Probe Microscopy) and based on near field microscopy technology, can measure charges on a material with nanoscale lateral resolution. Our purpose here is to characterize charges injection and decay mechanisms in thin SiOxNy and SiNx film deposited by plasma process, thanks to near field microscopy. To achieve this goal, two approaches have been explored. The first one consists in localized injection of electrical charges at the surface of a thin SiOxNy layer of variable thickness (between 6 nm and 130nm) and to measure surface potential modification induced by injected charges. Surface potential (KPFM) and current (C-AFM) measurements coupled to electric field simulation by finite element (COMSOL(r)) emphasizes that two mechanisms are involved during charges injection: trapping and conduction through the layer. For thinner layers, conduction mechanism is predominant (which limits trapped charges amount); while for thicker films trapping is the main mechanism. For intermediate thickness films both mechanisms are in competition. Once the charges injected, dissipation in volume appears to be the predominant mechanism for any thickness. The second approach is the study of charges injection and transport between two embedded lateral electrodes. This structure allows overcoming the lack of in-depth sensitivity of the KPFM measurement toward the position of charges in the volume, to study injection phenomena at interfaces and transport of charges within the volume under electrical field constraint. The electric field induced between the two polarized electrodes was simulated by finite element using COMSOL and compared to surface potential measured by KFM. Results emphasize technical issues related to charges injection/transport between lateral electrodes. According to this analysis an experimental set up and data post-treatment protocol is developed which permits to characterized charges injection at interface. Besides, feasibility of charges mobility investigation using this type of structure was demonstrated.

L'absence de structure cristalline dans les verres métalliques tendrait à suggérer qu'aucun effet d'échelle sur leur comportement mécanique ne pourrait exister. Cependant, la diminution de la taille des éprouvettes de verre métallique, principalement solliciter en micro-compression sur des micro-pilliers usiné au FIB à partir de BMG révèlent une transition entre des mécanismes de déformation localisés dans des bandes de cisaillement pour des échelles supérieures à 400 nm et des mécanismes qui présentent des déformations homogènes en dessous de 400 nm. Des interrogations demeurent cependant sur l'impact des procédés d'élaboration des échantillons. Dans cette thèse, on s'intéresse à une autre voie de caractérisation des effets d'échelle sur le comportement mécanique des verres métalliques par l'élaboration et la caractérisation d'éprouvettes obtenues par des procédés de microélectronique dans des films minces de verre métallique de différentes épaisseurs, sans recours à de l'usinage FIB. La structure amorphe et la composition des dépôts réalisés par MS-PVD ont été confirmées par des analyses DRX et MET. L'homogénéité des dépôts entre les différentes épaisseurs a été confirmée par l'invariance du module de Young et du module de cisaillement déterminé par diffusion Brillouin sur chaque épaisseur. Des mesures de nano indentation ont cependant révélé une diminution de la dureté, une augmentation du module de compressibilité et du coefficient de Poisson avec l'augmentation de l'épaisseur des films. L'observation des déformations d'éprouvettes de flexion et des empreintes en nano indentation confirme l'existence d'une taille critique d'éprouvette. Les relations entre les différentes propriétés mécaniques et les observations sur les effets d'échelle sont discutées à partir du modèle des STZ et d'une loi de comportement élasto-plastique parfaite pour toutes les épaisseurs. / The lack of cristalline structure in metallic glasses suggests that no mechanical size effect could be expected. However, if the sample size decreases, a transition around 400 nm in size between deformations localized in shear band and homogeneous deformations was observed mainly on micropillars machined by FIB. But there are still a few questions which remained unanswered on elaboration process and their influence on amorphous structure with the size decreasing. This thesis deals with on a new way to characterize the size effect on the mechanical behaviour of metallic glasses. Metallic glasses thin films were elaborated by MS-PVD and mechanical samples were designed thanks to microelectronic process. Homogeneity of the amorphous structure and of the composition were determined by XRD and TEM. Elastic constant such as Young modulus and shear modulus obtained by Brillouin scattering analysis are also steady whatever the thicknesses. Nevertheless, nano indentation measures showed that Poisson ratio and Bulk modulus increase when the thin films thicknesses increase. Deformations observed on nano bending sample and imprints in nano indentation show also a transition between homogeneous deformation and deformations with shear bands. The origins of these transitions between the mechanical properties are discussed from a elastic perfectly plastic model and the Shear Transition Zone model.

L'objectif principal de cette thèse est dirigé vers l'établissement et l'explication des relations entre les conditions de synthèse des couches minces de CZTSSe, ses propriétés physiques et les performances des dispositifs photovoltaïques. Pour faire face à cette tâche la première approche était de comprendre le mécanisme de formation de la matière par rapport aux conditions de croissance du matériau. Le CZTSSe est synthétisé par un processus de sélénisation en deux étapes, où une première étape de dépôt par PVD de précurseurs est nécessaire, suivie d'une seconde étape de recuit sous atmosphère de sélénium. Différents ordres d'empilement de précurseurs ont été étudiés afin de comprendre la séquence de réactions qui, à partir de leur dépôt, conduise à la couche finale de CZTSSe. Cette étude, fait en plusieurs étapes, a nécessité de un effort important sur la caractérisation du matériau à chaque étape de la synthèse. Le résultat a montré que dans le cas du procédé en deux étapes, le matériau final est indépendant du dépôt de précurseurs. Les possibles implications bénéfiques en raison de l'incorporation de sodium dans le CZTSSe sont également décrites. Cette étude est réalisée en synthétisant la couche de CZTSSe sur différents substrats contenant diffèrent taux de sodium: de cette manière, pendant la synthèse, le sodium migre de substrats vers l'absorbeur. Après quantification du Na dans le CZTSSe juste après la croissance, le matériau est caractérise afin d'évaluer sa qualité. Ensuite il est employé dans une cellule solaire complète pour vérifier ses propriétés photovoltaïques. Les résultats ont montré que, comme pour la technologie CIGS, le sodium est bénéfique pour le CZTSSe, permettant l'augmentation de la tension à circuit ouvert et le rendement de cellule. Le molybdène est le contact arrière le plus utilisé pour les cellules solaires à base CZTSSe. Cependant, il a été suggéré récemment que le Mo n'est pas stable à l'interface avec le CZTSSe. En outre, à ma connaissance, aucune étude expérimentale n'a été effectuée à ce jour pour tester si les cellules solaires construites sur un autre contact arrière pourraient présenter de meilleures propriétés photovoltaïques. A cet effet, divers métaux (Au, W, Pd, Pt et Ni) sont déposées sur le dessus de Mo et testés comme contacts arrières dans les cellules solaire à base de CZTSSe. Il est démontré qu'il est possible synthétiser de films minces de CZTSSe de qualité quand le tungstène, l'or et le platine sont employé comme contacts arrière. Il est démontré que les contacts en W et Au permettent d'augmenter le courant photogénéré, mais aussi que le Mo reste le meilleur contact arrière en termes d'efficacité de conversion. Les effets de la variation du rapport [S]/([S]+[Se]) sur les performances des cellules solaires à base CZTSSe ont été étudiés. Cette étude a été faite par simulations des cellules solaires à base de CZTSSe, où le taux de chalcogènes dans l'absorbeur est varié, avec l'objective de trouver la composition optimale de l'absorbeur. Deux types d'approche différente ont été étudiés: la variation linéaire du rapport des chalcogènes, et une variation parabolique. Les simulations conduisent à un rendement de 16,5% (avec une tension en circuit ouvert de 0,56 V, courant de court-circuit de 37,0 mA/cm2 et un facteur de forme de 79,0%) lorsque la teneur en soufre est diminué linéairement à partir du contact arrière en direction de la couche tampon. Sur la base de ces résultats, nous proposons que l'ingénierie de bande interdite sur la base de la variation du taux [S]/([S]+[Se]) dans l'absorbeur est un outil puissant qui permet d'augmenter les performances des cellules solaires à base CZTSSe sans changer la qualité de l'absorbeur en lui-même. / The main objective of this PhD thesis was directed toward establishing and explaining the relationships between synthesis conditions of CZTSSe, its physical properties and performance of photovoltaic devices. To tackle on this task the first approach was to understand the formation mechanism of the material in relation to the growth conditions. CZTSSe is synthesized by two-step selenization process, where a first step of precursor deposition by PVD is required, followed by a second step of annealing. Different precursor stacking orders have been studied in order to understand the sequence of reactions that, starting from their deposition, lead to the final CZTSSe layer. This study made step-by-step has required a strong effort on the material characterization at each step of the synthesis. The result demonstrated that in the case of two-step process, the final material is independent of the precursor deposition. The possible beneficial involvements due to incorporation of sodium in CZTSSe are also disclosed. This study is carried out by synthesizing CZTSSe on different sodium-containing substrates: in this way sodium migrates from the substrates to the absorber. After quantification of Na in CZTSSe right after growth, the latter is characterized to evaluate its quality and employed in a full solar cell to check on its photovoltaic properties. Results demonstrated that, as for CIGS technology, sodium is beneficial for CZTSSe allowing increasing the open circuit voltage and efficiency. Molybdenum is the most used back contact in CZTSSe based solar cells. However, it has been suggested recently that Mo is not stable at the interface with CZTSSe. In addition, to the best of our knowledge, no experimental study has been carried out so far to test whether solar cells built on another back contact could exhibit better photovoltaic properties. For this purpose, various metals (Au, W, Pd, Pt, and Ni) are deposited on top of Mo, and it is demonstrated that it is possible to synthesize device-quality CZTSSe thin films on W, Au, and Pt back contacts. It is shown that that W and Au back contacts allow enhancing the photogenerated current, but that Mo remains the best back contact in terms of power conversion efficiency. The effects of [S]/([S]+[Se]) ratio tuning on CZTSSe based solar cell performances have been studied by solar cell capacitance simulator (SCAPS) to find out the optimum absorber composition. Two different kind of approach have been studied: linear variation of the chalcogens ratio, and a parabolic variation. The simulations lead to an efficiency of 16.5% (with open-circuit voltage of 0.56 V, short-circuit current of 37.0 mA/cm2 and fill factor of 79.0%) when the sulfur content is linearly decreased from the back contact towards the buffer layer. Based on these results, we propose that bandgap engineering based on the control of [S]/([S]+[Se]) ratio in the absorber is a powerful tool which allows increasing the performances of CZTSSe based solar cells without changing the absorber material quality.

Made available in DSpace on 2015-04-16T15:18:43Z (GMT). No. of bitstreams: 1 arquivototal.pdf: 4284159 bytes, checksum: 0555a92f9903ecc44d8a8e81ebfd80eb (MD5) Previous issue date: 2012-04-24 / Coordenação de Aperfeiçoamento de Pessoal de Nível Superior - CAPES / This study presents an analysis of the series Microplanos whose author is the Pernambuco born artist Montez Magno, discusses the central propositions created by the artist , that focuses in the notion of the Infra-mince , Term created but never revealed except through samples by Marcel Duchamp to designate certain fundamental operations in the body of his works. The research enters by an investigacion of the notion of the infra-mince under the light of the metafenomenologia of the portuguese filosopher José Gil and raises some questions of its possible influence of this term in other segments of art and science. / Este estudo apresenta uma análise da série Microplanos, de autoria do artista pernambucano Montez Magno e discute as ideias centrais propostas pelo artista, que focalizam a noção de infra-mince; termo criado, mas nunca revelado senão através de exemplos, por Marcel Duchamp para designar certas operações fundamentais no conjunto da sua obra. A pesquisa se adentra por uma investigação da noção de infra-mince à luz da metafenomenologia do filósofo português José Gil e levanta algumas indagações sobre as possíveis reverberações deste termo em outros segmentos da arte e da ciência.

Orientador: Sandra Helena Pulcinelli / Orientador: Agnès Smith / Banca: Valérie Briois / Banca: Márcia C. A. Fantini / Banca: Marian R. Davolos / Résumé: Des couches minces de ZnO, transparentes à la lumière visible et refléctantes pour les radiations infrarouges, ont été mises au point par pyrosol (procédé sol-gel). Le sol a été obtenu à partir d'une solution éthanolic d'acétate de zinc sous reflux a 80ºC pendant 3 heures. La dépendance de la croissance et agrégation des particules du sol par rapport aux variables du procédé sol-gel lui-même (effet du catalyseur, de la température, de la concentration) a été couplée à des caractérisations structurales par turbidimétrie, SAXS et EXAFS. Les résultats montrent que dès le début de la réaction, des petits clusters (≈20 Å) se forment et s'agrègent pour donner naissance aux particules primaires et secondaires (60 a 100 Å). L'étude structurale des poudres obtenues après séchage des différents sols montre que quelle que soit la nature du catalyseur, les poudres sont constituées par un mélange de différentes phases. Ceux dérivés de la catalyse basique sont sensibles au chargement de température: ils présentent la plus haute teneur en oxyde de zinc quand ils sont hydrolysés à 10ºC, sont riches en hydroxyacétate de zinc pour les températures d'ordre de 40ºC et présentent une proportion élevé d'acétate de zinc quand ils sont l'hydrolysés à 70ºC. Par ailleurs, les solides dérivés de l'hydrolyse acide ne montrent pas de forte dépendance vis à vis de la température du traitement iso thermique et sont constitués en majorité par de l'acétate de zinc. Les propriétés électriques et optiques des couches minces de ZnO non dopés ou dopés par de l'indium ont été étudiées... / Doutor

La ptychographie est une technique d’imagerie par diffraction cohérente qui vise à récupérer la phase perdue, uniquement par des mesures d’intensité en champ lointain. Cette technique permet l’imagerie des champs de déformation dans des cristaux périodiques avec des résolutions sous-faisceau. Dans ce travail, la ptychographie de Bragg en 3D est utilisée pour étudier les propriétés d’une couche cristalline nanostructurée de InP/InGaAs collée sur un substrat de silicium. L’expérience a été réalisée sur la ligne ID13 de l’ESRF, avec un faisceau monochromatique concentré à 100nm. Les intensités 2D ont été acquises avec plusieurs angles d’incidence dans le voisinage du pic de Bragg InP (004), empilant un jeu de données tridimensionnelles. L’analyse numérique du problème donné a été effectuée à l’avance afin d’optimiser la stratégie d’inversion et d’étudier la possibilité d’introduire des contraintes physiques supplémentaires basées sur des approches de régularisation. L’inversion de l’ensemble des données a été effectuée en utilisant un algorithme ptychographique de reconstruction de phase. L’image 3D récupérée représente la haute qualité cristalline de l’échantillon, avec les valeurs de l’épaisseur et du désaccord de maille attendus en moyenne. Néanmoins, de petites inclinaisons locales de mailles ont été observées - de l’ordre de 0.02°- et confirmées par modélisation numérique. Les résultats démontrent la sensibilité de la technique, ainsi que ses perspectives passionnantes pour l’imagerie des matériaux organiques et inorganiques nanostructurés complexes. / Ptychography is a coherent diffraction imaging technique which aims in retrieving the lost phase from intensity-only far-field measurements. The versatility of the approach has proved an important asset for 3D mapping of different physical quantities, like the electron density of micrometer-sized specimens with resolution in the 10 - 100nm range. In this work, we explored the possibility to push further the current limits of 3D Bragg ptychography, by addressing the case of an extended InP/InGaAs nanostructured thin film, bonded on a silicon wafer. The experiment was performed at the ID13 beamline at ESRF, with a monochromatic beam focused down to 100nm. 2D intensity patterns were acquired at several incidence angles in the vicinity of the InP (004) Bragg peak, stacking up a three dimensional dataset. Numerical analysis of the given problem was performed beforehand in order to optimize the inversion strategy and study the possibility of introducing additional physical constraints through regularization approaches. Inversions of the dataset were done using a ptychographical gradient-based optimization phase retrieval algorithm. The developed strategy was applied on the experimental data which led to the retrieval of a complex-valued 3D image. The result exhibits the high crystallinity quality of the sample with the expected values of thickness and lattice mismatch, nevertheless, small local lattice tilts have been observed - in the order of 0.02°- and confirmed by numerical modeling. This result demonstrates the high sensitivity of the technique, as well as its exciting perspectives for imaging complex organic and inorganic nanostructured materials.

Le graphène est une nanoparticule bidimensionnelle d'épaisseur atomique présentant des propriétés uniques, qu'elles soient mécaniques, électriques ou thermiques. Ceci ajouté à une faible densité et une très grande surface spécifique, fait que l'ajout de graphène et de nanoparticules dérivées (oxyde de graphène, graphite exofilé) pour renforcer des matrices polymères est devenu un sujet d'études d'intérêt majeur dans le domaine des nanocomposites. Cependant, l'influence de la variation de la viscoélasticité de la matrice due à l'ajout de graphène ainsi que la mécanique interfaciale reste aujourd'hui peu étudiée. De plus, il n'existe aujourd'hui pas de procédé permettant d'obtenir des nanocomposites présentant du graphène dans le plan orienté dans une matrice polymère afin de réaliser un renforcement à deux dimensions. Ce travail de thèse est composé principalement de trois projets portant sur ces problèmes.La première partie de ce travail se concentre sur la façon d'utiliser l'approche micromécanique viscoélastiques pour soustraire l'effet de changement de Tg pour corriger la rigidité apparente de nanocomposites d'oxyde de graphène. On a ainsi trouvé que l'oxyde de graphène rigidifie « indirectement » les matrices polymères en augmentant de manière significative la Tg de la matrice, ce qui modifie largement la viscoélasticité du matériau. Le mécanisme de renforcement est ainsi largement causé par cet effet plutôt que du fait de la rigidité de l'oxyde de graphène lui-même.La deuxième partie se concentre sur l'utilisation d'un procédé de mise en œuvre innovant, la coextrusion multinanocouches, ou assemblage forcé, pour créer des films nanocomposites constitués de couches alternées de polymères et de polymères chargés de nanoplaquettes de graphène orientées. Cette orientation est induite par le nanoconfinement imposé par le procédé. La morphologie des couches (35 ~ 40 nm d'épaisseur) contenant du graphène orienté a été étudiée par microscopie électronique. Les propriétés mécaniques des matériaux ont été déterminées et le renforcement bidimensionnel a pu être corrélé à une orientation (imparfaite) des nanoplaquettes de graphène dans les films stratifiés.La troisième partie se concentre sur l'utilisation de la méthode de l'inflation de nano-bulle pour obtenir les réponses mécaniques d'un « nano-sandwich » (nanofilm de polymère / feuille de graphène / nanofilm de polymère). Aux petites déformations, des renforts mécaniques significatifs ont été observées pour le système PEMA / graphène, tant à l'état caoutchouteux qu'à l'état vitreux. Les mécanismes d'interface entre le graphène et les polymères ont été étudiés et un glissement interfacial a été observé. / Graphene is an atomically thick, two-dimensional nano-sheet with advanced mechanical, electrical, and thermal properties. As a result, the addition of graphene and graphene derivative nanoparticles to polymer matrices has been a major strategy towards development of new materials in the field of composites. However, from a fundamental point of view, the origins of the advanced properties of graphene-based nanocomposites have been little investigated. In particular, changes in the viscoelastic properties of the polymer matrix due to specific interactions between the polymer and the graphene reinforcing elements can cause higher than expected apparent reinforcement. In addition, there is little work on characterizing the strength of the interface between the graphene used for reinforcement and the polymer matrixes. From a more engineering point of view, the design of polymer nanocomposites made of in-plane oriented graphene to create a two-dimensionally reinforced structure has also not been previously undertaken. The present dissertation is composed of three major works focusing on these problems.The first part focuses on how to use a viscoelastic micromechanics approach to account for the effects of glass transition temperature Tg changes to correct the apparent stiffening of graphene oxide nanocomposites. It is found that graphene oxide stiffens the polymer matrices by increasing the Tg, which significantly modifies their thermo-viscoelasticity. This leads to apparent reinforcements that are not due to the stiffness of the graphene oxide itself, and largely explains anomalously high moduli reported in the literature for such graphene oxide/polymer matrix nanocomposites.The second part focuses on a forced assembly multi-layer co-extrusion method to create films made of alternating layers of neat polymer / oriented graphene nanoplatelet filled polymer. The morphology of the layers (35 ~ 40 nm thick) containing oriented graphene was established by electron microscopy. Mechanical properties of the materials were determined and the two-dimensional stiffening could be related to the oriented graphene nanoplatelets in the layered films. Taking into account the change of Tg, more than 100% intrinsic reinforcement was estimated for 2 wt % of graphene in the nanolayers. The results were analyzed and interpreted via an analytical model based on Mori-Tanaka analysis.The third part focuses on extending a nano-bubble inflation method to the investigation of a novel graphene nano-sandwich with the purpose of investigation of the graphene / polymer interface. At small strains, significant mechanical reinforcement was observed for both graphene-reinforced rubbery and glassy PEMA layers. The interfacial mechanics between graphene and polymer layers was investigated and a “yield-like” interfacial slip was observed in the mechanical response of the nano-sandwich structures.

L’objectif premier de ce travail a été de trouver une méthode de synthèse permettant depréparer des terpolymères ABC linéaires et en étoile en gardant la masse molaire des blocs A et B(PS et P2VP) constantes, tout en faisant varier la masse molaire du bloc C (PI) de sorte à avoiraccès à différentes morphologies. Le deuxième objectif consistait en l’auto-assemblage desterpolymères synthétisés sous forme de films minces.Afin de répondre au premier objectif de cette thèse, une voie de synthèse, combinant lapolymérisation anionique avec une méthode de couplage, a été mise au point. La polymérisationanionique séquentielle des blocs PS et P2VP a donné lieu à des chaînes PS-b-P2VPfonctionnalisées qui ont été ensuite couplées à différents blocs PI via une estérification de Steglich.Cette méthode de synthèse s’est révélée pertinente car des terpolymères ABC linéaires et en étoiletrès bien définis (c-à-d ayant une dispersité inférieure à 1.1) ont pu être synthétisés. De plus, laméthode de couplage, ayant un rendement proche de 100%, ne met pas en jeu l’utilisation de métalen tant que catalyseur.Dans un deuxième temps, l’auto-organisation des terpolymères a permis d’obtenir denouvelles morphologies sous forme de films minces. Un recuit par vapeur de solvant a été utilisépour apporter de la mobilité aux chaînes terpolymères. Ainsi, nous avons montré que l’autoorganisationde chaînes terpolymères linéaires (PS-b-P2VP-b-PI) permettait la formation d’unephase double gyroid coeur-écorce en film mince. De plus, l’auto-organisation des terpolymères enétoile (3 μ-ISP) a permis d’obtenir un pavage d’Archimède de type (4.6.12) pour la première foisen film mince. Dans ce cas, nous avons aussi montré que varier la masse molaire du bloc PI ainsique la nature du solvant de recuit permettait une rotation des domaines au sein la structure.Typiquement le coeur de la structure peut être occupé soit par le PI ou bien le PS. / The first objective of this work was to develop a synthesis method enabling the preparationof linear and star ABC terpolymers. The molecular weights of the A and B (PS and P2VP) blockswere kept constant while the size of the C (PI) block was varied to achieve different morphologies.The second objective of this work was devoted to the study of the self-assembly of linear and starABC terpolymer thin films. A synthesis route combining the anionic polymerization with acoupling method was developed. The PS and P2VP blocks were synthesized by a sequential anionicpolymerization. The PI block separately synthesized by anionic polymerization was then coupledto the PS-b-P2VP diblock via a Steglich esterification. This method revealed to be efficient sinceit is a catalyst metal-free reaction enabling to achieve well-defined terpolymers with a dispersitybelow 1.1The study of star and linear ABC terpolymer self-assembly led to new morphologies in thinfilm. A solvent vapor annealing treatment was used to promote the mobility of the polymericchains. A core-shell double gyroid structure was produced from the self-assembly of linear PS-b-P2VP-b-PI thin films. Four different crystallographic planes were observed depending on the filmthickness. Moreover, the self-assembly of star ABC terpolymer chains into a thin film (4.6.12)Archimedean tilling pattern was demonstrated for the first time. Here, the PS and PI blocksoccupied different places within the (4.6.12) tiling pattern depending on the PI volume ratio andthe solvent selected to swell the film.