Comme dans les pays du Nord riches, il y a également une augmentation de la production de déchets organiques dans les pays du Sud moins avancés. Connues sous l'appellation de Matières Organiques Exogènes (MOEx), les déchets organiques peuvent être valorisables comme engrais ou amendement pour les sols agricoles ou bien une nouvelle source de biomasse pour la production d'énergie. L'utilisation raisonnée d'une MOEx exige toutefois une connaissance scientifique approfondie de leur nature et de leurs impacts sur l'environnement. Des analyses conventionnelles en laboratoire et des expérimentations doivent être effectués pour maîtriser leur structure complexe liée à leurs propriétés physiques, chimiques et biochimiques. Celles-ci sont généralement longues et onéreuses. Dans notre étude, la spectroscopie proche infrarouge (SPIR) a été choisie comme une alternative aux méthodes classiques pour la caractérisation de ces MOEx en milieu tropical humide. Les objectifs de notre travail sont (1) de montrer que la SPIR est une méthode appropriée pour la prédiction des caractéristiques de MOEx, (2) pour caractériser les MOEx en termes de leur potentiel agronomique et leur potentiel énergétique et (3) pour élaborer une typologie, construite à partir des données prédites par la SPIR, qui prend en compte quelques impacts négatifs liés à l'utilisation des MOEx. L'ensemble des données a inclus plus de 2000 échantillons de MOEx couvrant une large gamme de MOEx fraîches ou transformées issues de l'élevage, de la ville et des agroindustries. Le spectre SPIR de chaque EOM a été acquis. En plus des caractérisations classiques de laboratoire (les dosages de carbone, azote, phosphore, potassium, etc.), d'autres expérimentations ont été conduites en vue d’évaluer (1) les potentiels « positifs » des MOEx : (i) suivi de la minéralisation du carbone et de l'azote mesurée dans des conditions contrôlées pour une valorisation agronomique, (ii) détermination du pouvoir calorifique et du potentiel méthanogène pour une valorisation énergétique ; et (2) les potentiels « négatifs » des MOEx : (i) dénitrification potentielle et (ii) phytotoxicité en présence d’éléments trace métallique. Pour élaborer la typologie, la méthode SIRIS (Système d'Ingration des Risques par Interaction des Scores) a été appliquée pour formaliser les étapes d'une procédure logique menant à une classification des MOEx selon l'objectif de l'orientation de recyclage. La diversité des MOEx est illustrée à titre d'exemple par une large gamme des teneurs en (i) C (de 2 à 64 gC.100g-1MS), (ii) N (de 0,2 à 14gN.100g-1MS), (iii) P total (0,01 à 16gP.100g-1MS), K total (0,04 à 30 gK.100g-1MS). En prenant en compte l'ensemble des MOEx, les étalonnages des modèles SPIR sont acceptables pour la prédiction des teneurs en C, en N, en P et en K. Pour les potentiels « positifs » des MOEx (1) suivant les types de MOEx 102 à 955 kgMO.t-1MOEx pourraient être stockées dans le sol pour le maintien de la fertilité, (2) les pouvoirs calorifiques des MOEx varient de 7 à 28 MJ.kg-1MS et les potentiels méthanogènes vont de 69 à 488 NmlCH4.g-1MO. Quant aux potentiels négatifs, que ce soit pour les émissions de N2O ou pour la phytotoxicité des ETM, une forte interaction entre les propriétés du sol (pH, texture, …) avec les MOEx masque souvent certains effets. La méthode SIRIS a permis de classifier les MOEx selon un processus simple basé sur le classement de critères et de scores d'auto-pénalisation. Cette approche est intéressante en l'absence de données précises qui sont souvent difficiles à obtenir. L'aide des prédictions par la SPIR nous a été utile pour cette démarche d'orientation de la valorisation agronomique et/ou énergétique des MOEx. Des approches socio-économiques devraient compléter notre étude pour aboutir à l'orientation finale de valorisation des MOEx. / As observed in northern/rich countries, there is an increase in the production of organic wastes in southern/less advanced countries. So called, Exogenous Organic Matter (EOM), they can be a valuable fertilizer or amendment for agricultural soils or a new supply for energy production. The safe utilisation of EOM requires an in-depth scientific knowledge of their nature and impacts on the environment. Laboratory analysis and experiments have to be carried out in order to know their complex structure related to their physical, chemical and biochemical properties. These techniques represent a relatively high cost and are time consuming. In this study, the near infrared spectroscopy (NIRS) was chosen as an alternative to classical methods for laboratory characterisations of tropical EOM. The objectives of this study are (1) to show that NIRS is a suitable method for predicting EOM characteristics (2) to characterize EOM in terms of their agronomic potential and/or energetic potential, and (3) to elaborate a typology, build with predicted parameters by NIRS, taking into account some environmental impacts of the different utilisations of EOM.The dataset included more than 2000 EOM samples covering a broad range of fresh and transformed organic materials. Each EOM was scanned using a NIR spectrometer from 1100nm to 2500nm. In addition to the classical laboratory characterisations (dosages of total carbon, nitrogen, phosphorus, potassium), other experiments have been carried out: (1) for “positive” potentials: (i) C and N mineralization measured in controlled conditions (for an agronomic use), (ii) determination of High Heating Value and Biochemical Methane Potential (for an energetic use) and (2) for “negative” potential or risk: phytotoxicity assessment due to trace elements, and the determination of potential nitrous oxide emission. To elaborate the typology, the SIRIS method (System of Integration of Risk with Interaction of Scores) was carried out in order to formalize the steps of a logical procedure, leading to a decision according to objective of the recycling orientation.Diversity of EOM is illustrated by the variability of (i) C contents (from 2 to 64 gC.100g-1DM); (ii) N contents (from 0.2 to 14gN.100g-1DM); (iii) total P contents (from 0.01 to 16gP.100g-1DM),(iv) total K contents (from 0.04 to 30 gK.100g-1DM). When taking into account all EOM without regarding their nature, acceptable predictive models were obtained with NIRS calibration for estimating C, N, total P and total K contents for EOM.“Positive” potential assessment provided information about (1) remaining organic carbon might be stocked into soil after applying EOM (from 102 to 955 kg.t-1TOM) (2) High Heating Value of EOM when recycling as a supply of small scale combustion or thermo chemical conversion (from 7 to 28 MJ.kg-1DM), (3) Biochemical Methane Potential after EOM anaerobic digestion (from 69 to 488 NmlCH4.g-1TOM). Both “negative” potential which took into account phytotoxicity due to trace elements and nitrous oxide emissions were highly interacted on the soil properties (pH, texture). The SIRIS method appeared to be an efficient decision-making tool in this study. It made it possible to classify the EOM according to a simple process based on the ranking of criteria and a self-penalization scoring system. This approach can be used in the absence of accurate, reliable data, which are often difficult to obtain. The help of NIR prediction was useful for better orientate the EOM valorization between soil fertilization and energy production. Further concern will be focused on socio-economical approach in order to complete the final destination of EOM re-use.

Ce projet de thèse vise à étudier les processus géochimiques de l'aluminium dans les sols acides à sulfates. Les résultats obtenus avec le dispositif de dialyse de Donnan montrent que l'aluminium dans la solution du sol est presque exclusivement (> 98%) présent sous forme de complexes de charge négative, vraisemblablement des organo-complexes d'aluminium. Les concentrations d'aluminium isotopiquement échangeables (valeurs-E) et les concentrations obtenues par extractions chimiques révèlent qu'une solution de 1 M KCl sous-estime systématiquement les valeurs E. Une méthode d'extraction séquentielle a révélé qu'une quantité importante de minéraux primaires (initialement présents dans les sols) a déjà été dissoute, comme en témoignent les concentrations élevées d'aluminium présentes en tant que minéraux secondaires d'aluminium. Ces études permettent de mieux comprendre la géochimie de l'aluminium dans les sols CLASS et de pouvoir intégrer ces connaissances dans la gestion des sols. / The aim of this thesis was to further understanding on Al geochemistry in coastal lowland acid sulfate soils (CLASS). It was observed that Al was present almost solely (> 98%) as negatively charged complexes in CLASS pore-waters, presumably with natural organic matter. Isotopically exchangeable concentrations (E-values) of Al and extraction solutions used to estimate the exchangeable pool showed that 1 M KCl always underestimated isotopically exchangeable Al concentrations in these soils and that 0.2 M CuCl2 improved agreement between both methodologies but sometimes overestimated corresponding E values. A sequential extraction procedure showed that substantial amounts of Al have already been dissolved from primary aluminosilicates initially present in the soils and remain in the soils mostly as reactive secondary Al minerals. The outcomes of this thesis significantly further our understanding of Al geochemistry in CLASS environments and how this knowledge can be incorporated into land management practices.

L’utilisation de nano-objets luminescents en milieu biologique est devenue très répandue, notamment en vue d’applications biomédical est elles que l’imagerie, la thérapie et le diagnostic. Jusqu’à récemment, les principaux travaux réalisés dans ce domaine concernaient les nanoparticules de silice dopées ou fonctionnalisées avec des molécules organiques, les nanoparticules d’or et les nanoparticules semi-conductrices (quantum dots, i.e., QDs). Toutefois, un certain nombre de limitations demeurent pour les applications dans le domaine du vivant, en lien notamment avec des problèmes de stabilité, de biocompatibilité et de toxicité ou encore de biodégradabilité. En parallèle,un certain nombre de molécules organiques fluorescentes non-toxiques ont été utilisées comme sondes fluorescentes en milieu biologique, mais leur brillance demeure limitée. L’idée directrice de la thèse est de concevoir et synthétiser de nouveaux chromophores organiques présentant une émission modulable (du visible au proche infrarouge) et adaptés à la préparation de nanoparticules organiques fluorescentes (FONs) combinant à la fois une brillance extrêmement élevée, une excellente stabilité colloïdale et une photostabilité adaptée à leur utilisation en imagerie in vitro et in vivo. De tels nanoobjets ultra-brillants pourraient alors représenter une alternative très intéressante aux nanoparticules actuellement les plus utilisées en imagerie de fluorescence du vivant (QDs). Le manuscrit décrit la synthèse et les propriétés de plusieurs classes de molécules fluorescentes spécifiquement conçues pour former des telles FONS par auto-assemblage dans l’eau. La préparation de ces FONs est présentée et leurs propriétés étudiées et discutées. Enfin des applications concrètes en bio-imagerie sont présentées. / Nowadays the use of bright luminescent nano-objects in biological environment is a topic that is gaining more and more importance, especially for biomedical applications such as imaging, the rapyand diagnostic. So far, numerous studies have been conducted with gold nanoparticles, silica nanoparticles (doped or functionalized with organic molecules), as well as semiconductor nanoparticles (quantum dots, i.e., QDs). However, most of these nanoparticles suffer from drawbacks (in terms of stability, biocompatibility, eco-toxicity or degradability). On the other hand, several nontoxic fluorescent molecular probes have been widely used, but most of the time their brightness remain modest in biological environments compared to QDs. Our idea is to engineer new organicchromophores with tunable emission wavelength (from visible to near infrared) for further preparation of organic fluorescent nanoparticles (so called FONs) that display giant one-photon and two-photonbrightness, as well as good colloidal and chemical stability, and suitable photostability for in vitro andin vivo imaging. As such, these FONs would represent interesting alternatives to QDs for use in bioimaging. This manuscript describes the synthesis and characterization of new classes of fluorescent molecules specifically engineered as building blocks for the fast preparation of such nanoparticles byself-aggregation in water. The FONs were fully characterized from both morphological and photophysical points of view and further used in bioimaging.

Les propriétés fonctionnelles spécifiques des matériaux hybrides organique-inorganique dépendent de leur structure à l’échelle microscopique ainsi que de la nature de l’interface entre leurs composantes organique et inorganique. L’une des voies principales pour synthétiser ces matériaux, consiste à incorporer des blocs inorganiques à l’intérieur d’un polymère. En pratique les applications des matériaux hybrides sont souvent limitées par leur comportement mécanique. En effet, l’augmentation de la concentration de la composante inorganique, à priori souhaitable pour améliorer les propriétés fonctionnelles du matériau, entraine généralement une dégradation des propriétés mécaniques en limitant l’étendue de la polymérisation de la phase organique. La fabrication de matériaux hybrides offrant une combinaison optimale des propriétés mécaniques et fonctionnelles est un problème important auquel nous apportons quelques éléments de réponses dans cette thèse. Pour cela nous démontrons et étudions une nouvelle approche pour la synthèse de matériaux hybrides photosensibles pHEMA-TiO₂ (pHEMA=poly-(2-hydroxyéthyl)méthacrylate) dans lesquels des nanoparticules inorganiques sont dispersées dans un polymère. Le procédé que nous proposons est basé sur l’utilisation de hautes pressions (HP)pour provoquer la polymérisation de la phase organique en l’absence de tout initiateur chimique. Nous avons d’abord observé la polymérisation spontanée du HEMA sous pression statique. La réaction se produit dans un domaine de pression limitée 0.1-1.6 GPa, en dessous du seuil de transition vitreuse, et est très peu efficace puisque le taux de conversion des monomères n’excède pas 28 % après 41 jours. La réaction peut cependant être considérablement accélérée lorsque l’échantillon sous pression est irradié dans le domaine UV. Nous avons montré que cela résultait de l’excitation à un photon de l’état triplet HEMA (T1) rendue possible par la modification de la structure électronique du HEMA sous HP. Cette méthode ne pouvant être utilisée pour la synthèse de matériaux photosensibles dans le domaine UV, nous avons développé une approche originale basée un cycle de compression-décompression. Lors de la phase de compression (> 6.5 GPa) des biradicaux (HEMA)₂ sont formés à partir de monomères excités HEMA (T1). À cette pression les contraintes stériques empêchent la formation de plus longs oligomères. La polymérisation ne se produit que dans une seconde étape lorsque l’échantillon, décompressé entre 0.1 et 2 GPa, est en phase liquide. Le taux de conversion des monomères dépasse alors 90 % en moins de 5 min. Les mesures de chromatographie d’exclusion stérique montrent la formation de longues chaines polymère (45000g/mol) et soulignent l’absence des dimères (HEMA)₂ ayant servis d’initiateurs de polymérisation. Cette seconde méthode de polymérisation s’est révélée extrêmement efficace pour synthétiser des hybrides pHEMA-TiO₂. Par rapport aux hybrides obtenus par voie classique à pression atmosphérique en utilisant des initiateurs de polymérisation thermique ou photonique, l’approche HP mise au point dans cette thèse permet de multiplier par un facteur trois la concentration de nanoparticules sans détériorer l’état de polymérisation de matériau. La sensibilité photonique des hybrides est ainsi augmentée sans dégradation des propriétés mécaniques. L’étude des propriétés photochromiques des hybrides montre que le rendement quantique de séparation des charges photo-induites et la capacité de stockage des électrons atteignent respectivement 15 % et 50% / The specific functional properties of the organic-inorganic hybrid materials depend on their microstructure and the nature of the interface between their organic and inorganic components. The production of hybrid materials with an optimum combination of mechanical and functional properties is a major problem in hybrid materials science. In this thesis we adress this issue by studing and proposing a new approach for synthesizing of photosensitive pHEMA-TiO₂ hybrid materials in wich inorganic nanoparticles are dispersed in a polymer. The method that we propose is based on the high pressure (HP) induced polymerization of the organic phase in the absence of a chemical initiator. We first observed the spontaneous polymerization of HEMA under static pressure. The polimerization process takes place in pressure range below the glass transition point (0.1-1.6 GPa) and after 41 days monomer conversion yield (CY) does not exceed 28%. The reaction may be significantly accelerated when the pressurized sample is irradiated in the UV range. We then developed an original approach based on compression-decompression cycle. During the compression step (>6.5 GPa) the biradicals formed from the excited monomers HEMA (T1) lead to the formation of small oligomers. The polimerization occurs in the second step when the sample decompressed at pressures between 0.1 and 2 GPa. The CY of 90% in less than 5 min is achieved. The new HP approach allows multiply by a factor of 3 the contration of nanoparticles in hybrids without damaging of their polimerization state. These hybrids exhibit a quantum efficiency of photoinduced charge separation of 15% and an electron storage capacity of 50%.

Cette thèse porte sur l’étude de la stabilité et de la fiabilité de transistors organiques imprimés au CEA-Liten. Des OTFTs de type P ont été fabriqués sur plastique, avec un polymère semi-conducteur (SCO) de type P (SP400 de Merck) et un fluoropolymère en tant que diélectrique. Tout d’abord, un protocole expérimental pour la caractérisation électrique a été mis en place afin de s’affranchir de potentiels effets dus à l’environnement, la mesure ou le vieillissement des OTFTs. Puis un modèle basé sur l’expression de la charge d’accumulation dans le transistor a été développé. Ce modèle a permis l’extraction des paramètres des OTFTs lors de mesures à basses températures, qui ont mis en évidence un transport de charges en température dans le SCO. Enfin, l’impact du stress électrique de grille négatif sur les caractéristiques des transistors a été étudié. La stabilité électrique des P-OTFTs a été mesurée sur plusieurs empilements afin d’étudier l’influence du diélectrique ou de sa méthode de dépôt et l’influence de la grille (électrode en encre argent imprimée ou en or pulvérisée). / This thesis project is about the study of stability and reliability of organic transistors printed at CEA-Liten. P-Type OTFTs were manufactured on plastic substrate, with a p-type polymer semiconductor (SP400 from Merck) and a fluoropolymer as dielectric. First, an experimental protocol for electrical characterization was determined in order to overcome potential effects due to environment, measurements or aging of OTFTs. Then a model based on the expression of the accumulation charge in the transistor was developed. This model allowed the OTFT parameters’ extraction during low temperature measurements, which showed a temperature-activated charges transport in the OSC. Finally, the impact of negative gate bias stress on OTFTs’ characteristics was studied. The electrical stability of the P-OTFTs was measured on several stacks to study the influence of the dielectric material or its deposition method and the influence of the gate (printed silver ink or sputtered gold electrode).

L’utilisation des nanotubes de carbone (CNT) dans les cellules photovoltaïques (PV) se limitent à leur application comme électrodes ou comme dopant dans la couche active à cause de leur conductivité extrêmement élevée provocant des courts-circuits au sein de la cellule. Dans le cadre de cette thèse, nous avons proposé et validé un nouveau concept consistant à développer les SWNT comme matériaux actifs accepteurs alternatifs au PCBM (dérivé de fullerène) pour le photovoltaïque organique.Nous avons développé une voie de synthèse chimique basée sur la fonctionnalisation contrôlée des SWNT et la quantification de leur degré de fonctionnalisation. Ce nouveau concept permettra l’élaboration des SWNT « sur mesure » avec des conductivités et des propriétés optiques et électrochimiques modulables et adéquats avec les propriétés requise pour une intégration dans les dispositifs photovoltaïques en hétérojonctions avec les polymères pi-conjugués donneurs commerciaux.Il a été mis en évidence grâce aux caractérisations des propriétés finales des SWNT synthétisés que la conductivité, l’absorption dans l’UV-visible et les propriétés électrochimiques évoluent graduellement selon deux modes en fonction du degré de fonctionnalisation. De plus, la fonctionnalisation contrôlée des SWNT induit un effet dispersant permettant de faciliter leur intégration dans les dispositifs PV en utilisant les technologies de mise en œuvre par voie solvant existantes comme l’impression par jet d’encre ou roll-to-roll l’élaboration des couches minces par voie solvant. La preuve de ce concept a été validée grâce aux tests en cellules PV avec un polymère standard commercial P3HT et un polymère à faible gap optique synthétisé. / Controlled modulation of intrinsic functional (absorption, band gap, conductivity) and physico-chemical properties (dispersability, solvent-processability) of CNTs could broaden up their application potential in nanotechnology. However, it has been an ambitious synthetic goal for more than a decade. In this work, we developed an efficient methodology to do so in a mastered manner on single-walled carbon nanotubes (SWNT). It involves the meticulous functionalization based on gradual formation of covalent aryl bonds. It was proven that, the intrinsic electrical conductivity, optical and electrochemical properties of the functionalized SWNTs could be gradually modulated in two steps depending on the functionalization degree. The so- controlled covalent functionalization was the basic synthetic technique to make SWNT easier to manipulate and tolerably soluble, with modulated electrical and electrochemical properties, so that the performances in photovoltaic cells were unusually appreciated. Unsorted functionalized SWNTs were employed in organic photovoltaic (OPV) cells as electron acceptors or dopants with commercial polymer (P3HT) and novel, synthesized low bandgap copolymer, respectively.

L'électronique organique représente une alternative réaliste aux technologies conventionnelles à base de silicium par le design, la synthèse et la mise en oeuvre des matériaux organiques fonctionnels dans des dispositifs légers et flexibles. Les matériaux organiques, tels que les petites molécules ou les polymères organiques, sont avantageux pour leur faible coût, leur flexibilité et leur facilité de traitement. Grâce aux avantages liés à l'utilisation de matériaux organiques, en termes économiques et de gain de temps, l'électronique organique est devenue un domaine innovant qui s'applique aux technologies de l'énergie, de l'environnement, de la santé, de l'information et de la communication.L'électronique organique est issue de la découverte de polymères dotés de fonctionnalités semi-conductrices. Cependant, il ne faut pas négliger une autre classe de polymères exceptionnels, les polymères ferroélectriques. La nature électroactive des polymères ferroélectriques, qui sont également pyroélectriques et piézoélectriques, combinés aux avantages intrinsèques des polymères, les a désignés comme éléments constitutifs d’une gamme étendue de dispositifs électroniques organiques.La famille de polymères ferroélectriques la plus connue est celle du poly(fluorure de vinylidène) P(VDF) et de son copolymère avec le trifluoroéthylène, P(VDF-co-TrFE). La récupération d'énergie, le stockage et la détection de données, principales applications de l'électronique organique, peuvent potentiellement tous être réalisés avec ces matériaux fonctionnels exceptionnels. La ferroélectricité étant une propriété dépendant de la structure, il est indispensable de mieux comprendre les relations réciproques entre la structure et les propriétés ferroélectriques finales afin d'améliorer les applications existantes des polymères ferroélectriques en électronique organique et de promouvoir l'introduction du P(VDF-co-TrFE) dans de nouvelles applications.P(VDF-co-TrFE) en tant que polymère semi-cristallin possède des propriétés cristallines sensibles au traitement thermique. Puisque seules les régions cristallines contribuent a le commutation électronique de la polarisation et non les amorphes, le degré de cristallinité est un facteur clé pour moduler les propriétés ferroélectriques. En autre, l'orientation des cristallites ainsi que la présence de défauts dans les cristallites sont des paramètres cruciaux qui jouent un rôle important dans la définition des performances finales des dispositifs dans lesquels P(VDF-co-TrFE) est incorporé. Tel est l'objectif de cette thèse: atteindre une compréhension exhaustive des relations traitement-structure-fonction qui serviront d'outil pour moduler les performances des dispositifs ferroélectriques.De plus, les applications potentielles de P(VDF-co-TrFE) en électronique organique sont explorées en examinant sa mise en oeuvre dans: (1) des capteurs médicaux à cathéter piézoélectrique destinés à mesurer la fonction cardiaque et éventuellement à détecter maladies cardiaques et (2) dispositifs électroniques dans lesquels P(VDF-co-TrFE) est mélangé avec le polymère poly(3-hexylthiophène) semi-conducteur, P3HT. Ce dernier a déjà été appliqué dans les diodes à mémoire ferroélectrique non volatile et l’utilisation potentielle dans le champ de l’organique photovoltaïque est explorée. / Organic electronics represent a realistic alternative to conventional silicon-based technologies through the design, synthesis and implementation of functional organic materials into light and flexible devices. Organic materials, such as small molecules or organic polymers, are advantageous for their low-cost, flexibility and easy processing. Thanks to the economical and timesaving advantages, organic electronics have emerged as an innovative field with application in energy, environment, health, information and communication technologies.Organic electronics originates from the discovery of polymers with semiconducting functionalities. However, one should not neglect another class of outstanding polymers, the ferroelectric polymers. The electroactive nature of ferroelectric polymers, which are also pyroelectric and piezoelectric, combined with the intrinsic advantages of polymers have designated them as constituent elements of a widespread range of organic electronic devices. The most well-known family of ferroelectric polymers is that of poly(vinylidene fluoride), P(VDF), and its copolymers with trifluoroethylene, P(VDF-co-TrFE). Energy harvesting, data storage and sensing, main applications of organic electronics, can potentially all be realised using these exceptional functional materials.Since ferroelectricity is a structure-dependent property an insight into the interrelations between structure and final ferroelectric properties is indispensable in order to improve existing applications of ferroelectric polymers in organic electronics and to promote the introduction of P(VDF-co-TrFE) in new application fields. P(VDF-co-TrFE) as semi-crystalline polymer possess crystalline properties which are sensitive to thermal treatment. Since only the crystalline regions contribute to ferroelectric switching and not the amorphous ones, the degree of crystallinity is a key factor to modulate the ferroelectric properties. Moreover, crystallites orientation as well as the presence of defects within the crystallites are crucial parameters playing an important role in defining the final performance of the devices in which P(VDF-co-TrFE) is incorporated.Herein stands the aim of this thesis: reach an exhaustive understanding of processing-structure-function relationships that will serve as tool to modulate ferroelectric devices performances.Going one step further, the potential applications of P(VDF-co-TrFE) in organic electronics are explored by investigating it in: (1) medical piezoelectric catheter sensors for measuring cardiac function and eventually for detecting cardiac disease and (2) electronic devices in which P(VDF-co-TrFE) is blended with the semiconducting polymer poly(3-hexylthiophene), P3HT. The latter has already been applied in non-volatile ferroelectric memory diodes and the potential use in organic photovoltaics is explored.

Face à la croissance de la demande énergétique, les énergies alternatives, telles que l’énergie photovoltaïque, représentent des solutions réalistes. Cette dernière nécessite des matériaux efficaces pour la capture des photons et leur conversion en électricité.Les cellules solaires organiques (CSOs) sont basées sur les propriétés semiconductrices de certaines molécules ou de certains polymères π-conjugués. Dans le domaine des CSOs, les efforts de recherche actuels se concentrent selon trois axes : la réduction des coûts, l’augmentation de la durée de vie des cellules solaires et l’augmentation des rendements de conversion photovoltaïque. Les récentsdéveloppements ont conduit à une complexification des architectures des CSOs ainsi que des semi-conducteurs organiques utilisés, induisant une augmentation des coûts de fabrication. Dans une logique de développement économiquement efficace et écologiquement soutenable, il est nécessaire aujourd’hui de se concentrer sur des semi-conducteurs organiques viables économiquement et dont la synthèse est respectueuse de l’environnement. Ce travail doctoral a pour but de développer de nouveaux matériaux semi-conducteurs organiques bio-inspirés et bas coût. Les molécules étudiées présentent une structure donneur-accepteur-donneur. Leur squelette est celui de la curcumine, molécule qui donne sa couleur au curcuma. Le groupement accepteur est un difluorure de bore. Les groupements donneurs quant à eux varient suivant les semi-conducteurs. Les propriétés optoélectroniques de dix-sept dérivés curcuminoïdes ont été étudiées. Plusieurs d’entre eux se sont démarqués : ceux avec des groupements anthracène, ceux avec des dérivés thiophènes, enfin et impact sur les performances photovoltaïques de la formulation de l’encre utilisée pour le dépôt de la couche a été étudié en détail. Différents matériaux accepteurs ont été testés, de même que l’utilisation de mélanges ternaires. Pour l’un de dérivés curcuminoïde en combinaison avec du PC61BM, des rendements supérieurs à 4 % ont été obtenus avec des tensions de circuit ouvert supérieures à 1,0 V. Au regard de la simplicité structurale de ce semi-conducteur, ces résultats figurent à notre connaissance parmi les meilleurs reportés dans la littérature. Les phénomènes photophysiques ont également été étudiés par spectroscopie d’absorption des espèces transitoires. Enfin, le procédé de fabrication a été rapproché des conditions industrielles en éliminant les solvants halogénés utilisés et en travaillant à l’air ambiant. Finalement, bien qu’intéressantes, les propriétés photovoltaïques restent limitées pour une application industrielle du fait de la faible mobilité des trous de ces matériaux. / To face the growing needs in energy, renewable energies like solar photovoltaic represent realistic solutions. Photovoltaic energy requires efficient materials to absorb photons and to convert them into electricity. Organic solar cells (OSCs) are based on semiconducting π-conjugated polymer or small molecules. Current research in this field focuses on three main topics: the reduction of costs, the increase of device lifetime and the increase of power conversion efficiency. This last issue led to an increase in the complexity of OSCs architecture as well as organic semi-conductors, leading to anincrease in manufacturing costs. In order to develop sustainable and eco-friendly processes, it is now important to work on cost effective semi-conductors obtained fromgreen synthetic methodology. The aim of this thesis was to develop new bio-inspired organic semi-conductors. These materials are potentially low cost. Molecules studied present donor-acceptor-donor structure. They have the skeleton of curcumine. Curcumine is a natural yellow dye present in curcuma. Acceptor group is boron difluoride. Donor groups vary depending on the curcuminoid derivative. Optoelectronicproperties of seventeen semi-conductors were studied. Several of them stood out: those with anthracene groups, those with thiophene derivatives, finally and especially, those with triphenylamine groups. For this last family, the impact on the photovoltaic performances of the ink formulation used for deposition has been deeply studied. Several acceptor materials were tested, as well as ternary blend. For one curcuminoid derivative combined with PC61BM, efficiency above 4% has been achieved with open circuit voltage up to 1.0 V. Due to the very simple chemical structure of the donor, this represents one of the best result reported in literature to our knowledge. Transient species were also studied by ultrafast spectroscopy. The fabrication process was also changed to eliminate halogenated solvent and to enable processing in ambient air like in industrial process. Finally, photovoltaic properties observed are interesting. Nevertheless, they are not sufficient for industrial application due to low hole mobility in these materials.

Cette thèse concerne l’étude des photodétecteurs à base de matériauxsemi-conducteurs organiques (OPDs) sensibles à la lumière verte. Ces travaux sedivisent en cinq parties distinctes. Tout d’abord, une recherche bibliographique suiviedes notions fondamentales sur les matériaux et le fonctionnement des dispositifsorganiques est présentée. Ensuite, un travail sur la méthodologie concernant lafabrication de bancs expérimentaux et sur la métrologie garantissant l’exactitude desdonnées expérimentales sont effectués. Les méthodes de fabrication etd’optimisation, notamment le dépôt par sérigraphie, sont également présentées. Lapartie expérimentale concerne l’étude de l’origine du courant d’obscurité dans lesstructures organiques à base des matériaux donneur et accepteur d’électrons, laconception et la caractérisation d’un photodétecteur organique à l’état de l’art dontles performances optoélectroniques sont proches des dispositifs inorganiques baséssur la technologie silicium. Enfin, l’étude des mécanismes de dégradation d’uncapteur organique est présentée mettant en avant le rôle de l’oxygène et l’humidité. / This thesis deals with the study of photodetectors based on organicsemiconductor materials (OPDs) that are sensitive to green light. There are five partsto this study. First, a bibliographic study following the fundamentals of organicmaterials and the working principle of organic photodetectors is presented. Then, anextended study on the methodology and metrology is detailed, which was carried outin order to design and fabricate new optoelectronic instruments that are able tocharacterize organic devices accurately. Fabrication and optimization steps oforganic photodetectors are detailed. The experimental section concerns the study onthe origin of the dark current in organic devices based on electron donor/acceptorsystems. A choice of materials is discussed and a full characterisation of state-of-theartorganic photodetectors is presented in detail. The measured performances wereclose to the those of inorganic sensors based on silicon technology. Finally, a studyof degradation mechanisms is presented which highlights the role of oxygen andmoisture.

L'utilisation de bois dans une matrice cimentaire confère des propriétés intéressantes aux composites. L'importance des variations dimensionnelles et des retards de prises du matériau sont deux problèmes majeurs. Le but de ce travail était de mieux comprendre les mécanismes d'interaction entre le bois et le ciment. Nous avons étudié l'influence, de la fibre de peuplier naturel et de la fibre de peuplier stabilisée dimensionnellement par traitement thermique, sur l'hydratation du ciment. Compte tenue du rôle de la composition chimique de bois sur la prise du ciment, l'étude a été consacrée à l'obtention de données concernant l'essence utilisée (peuplier) : propriété hygroscopique, analyse structurale, analyse chimique des extraits aqueux et influence du traitement thermique sur ces propriétés.<br /><br />La fibre végétale modifie essentiellement l'hydratation des phases silicatés. Une forte inhibition de la précipitation de la portlandite et des CSH est apparue. Cette dernière provient d'un déficit d'ions hydroxydes dans la phase interstitielle. En présence de bois, l'ettringite est stabilisée et sa conversion en monosulfoaluminate retardée. Il est apparut que le bois ne modifiait pas la dissolution totale des grains anhydres.<br /><br />Le milieu alcalin, imposé par le ciment, dégrade les hémicelluloses, les parties amorphes de la cellulose et les lignines du peuplier. Il en résulte une forte production d'acides organiques dans la phase interstitielle. Ces derniers présentent un effet retard sur l'hydratation nettement supérieur à celui généré par les extractibles.