Les diodes électroluminescentes hybrides organiques-inorganiques ou Quantum Dot- Light-Emitting Diodes (QD-LED) sont le parangon de dispositifs qui associeraient les propriétés semi-conductrices des matériaux organiques conjugués, ainsi que leur facilité de mise en oeuvre en couche mince, aux propriétés exceptionnelles (couleur accordable par la taille, bon rendement quantique de photoluminescence) des nanoparticules nanométriques de semi-conducteurs inorganiques, telles que CdSe/ZnS (TOPO). Diverses approches ont été explorées pour optimiser les QD-LEDs ; elles reposent sur la réalisation d'architectures diverses (uni, bi, tri couches) combinant matériaux organiques et QDs (en couche compacte ou dispersés dans une matrice), obtenues par diverses méthodes de dépôt (spin coating, tampon, impression jet d'encre). Dans ce travail de thèse, nous avons d'abord réalisé une structure originale sous forme de diodes comportant une couche hybride nanocomposite, obtenue en incorporant les QDs dans une matrice diélectrique de PMMA. Le but était de contrôler les flux de porteurs pour maximiser leur recombinaison sur les QDs. Les mesures des caractéristiques électriques, d'électro- et photoluminescence sont discutées, conjointement à des études de la morphologie des dépôts par AFM qui ont montré comment la microstructure dépendait des caractéristiques du, ou des, solvant(s) utilisé(s) pour le spin coating. D'une façon générale, les nanoparticules sont agrégées et la couche apparait inhomogène et rugueuse, ce qui permet des contacts entre les couches de transport. La faible électroluminescence résulterait de transferts d'excitation à partir d'états excités produits par les recombinaisons à ces endroits. Dans une seconde partie, nous avons déposé les QDs par spin coating à partir de solutions dans l'heptane, un solvant qui ne perturbe pas les couches organiques préalablement déposées. Les morphologies observées sont celles d'ilots compacts, avec des taux de couverture allant de 0 à 100%. La diminution, puis la disparition, de l'électroluminescence aux fortes couvertures confirme que l'émission des QDs provient exclusivement de transferts d'excitation à partir d'espèces excitées générées à l'interface organique-organique, en fonction de la nature des matériaux organiques. Les mécanismes d'injection des porteurs à la cathode, dépendant de la nature de celle-ci et de la couche de transport d'électrons, sont variables eux-aussi.

Ce travail concerne la mise en oeuvre de la technique de la « lentille thermique » pour l'étude des phénomènes d'absorptions multiphotoniques dans les matériaux organiques. La technique de la lentille thermique utilisée ici, est dans son principe une technique pompe-sonde où le faisceau pompe provient d'un laser pulsé (25ps, 532nm ou 1064nm) tandis que le faisceau sonde est issu d'un laser continu (He-Ne : 632nm). Cette technique s'apparente aussi à la technique de z-scan dans la mesure où l'échantillon est déplacé de part et d'autre du point focal d'une lentille convergente disposée sur le trajet du faisceau pompe. Selon le rapport des diamètres des faisceaux pompe et sonde, on distingue deux variantes principales de la technique de la lentille thermique en régime pulsé : la variante dite en « modes accordés » (les diamètres des deux faisceaux sont identiques) et la variante en « modes désaccordés » (les diamètres des deux faisceaux sont différents). Pour des raisons de simplicité de mise en oeuvre et de sensibilité, nous avons choisi la variante en modes désaccordés. Cette variante de la technique de la lentille thermique, ayant été peu utilisée jusque là, a été utilisée pour mesurer le coefficient et la section efficace de l'absorption à deux photons dans différents matériaux organiques. Ces résultats sont comparés à d'autres mesures provenant de technique de mesure plus connue comme « transmission non linéaire » ou la technique de z-scan.

Ce travail porte sur la synthèse de nouveaux polymères conjugués à base de thiophène et leur utilisation comme matériaux actifs donneurs dans des cellules photovoltaïques organiques. Après une introduction exposant les concepts de base de la conversion photovoltaïque, une première partie est dédiée à la synthèse et la caractérisation de polymères intrinsèquement régio-réguliers obtenus par oxydation chimique à partir de motifs 3,3''-dialkyl-2,2':5',2''-terthiophènes. La seconde partie est consacrée à l'élaboration de polythiophènes régio-réguliers, analogues au poly(3-hexylthiophène) P3HT. Les polymères dont les chaînes substituantes incorporent des fonctions éther, ont été obtenus par une réaction de métathèse de Grignard (GRIM). La dernière partie porte sur la synthèse de polymères Donneur-Accepteur à gap réduit obtenus par condensation de Knoevenagel. Dans tous les cas, les polymères synthétisés ont été incorporés dans des cellules solaires afin d'évaluer leur potentiel pour la conversion photovoltaïque.

La plupart des espèces végétales impliquées dans les feux de forêts produisent et émettent des composés organiques volatils (COV). Les modèles physiques de propagation des feux n'intègrent pas jusqu'à présent la combustion de ces composés et l'objectif de cette étude est de fournir des données expérimentales et numériques afin d'améliorer ces modèles pour mieux prévoir et contrôler les incendies. Les émissions de cinq espèces végétales ont été analysées en fonction de la température à l'aide d'un pyrolyseur flash : Thymus vulgaris, Rosmarinus officinalis, Lavandula stoechas, Cistus albidus et Pinus pinea. Les vitesses fondamentales de flamme, longueurs de Markstein et épaisseurs de flamme de mélanges avec l'air de trois COV majoritaires (-pinène, limonène et p-cymène) sont déterminées expérimentalement en fonction de la richesse et de la température à l'aide de la technique des flammes à expansion sphérique. Des simulations numériques avec le code PREMIX de la bibliothèque CHEMKIN sont également effectuées pour des molécules proches. Différentes études ont montré que les feux de forêts peuvent se comporter de manière surprenante, la vitesse de propagation et l'énergie libérée augmentant brutalement. Ce phénomène est connu sous le nom de feux de forêts accélérés. Une approche d'explication thermochimique, basée sur l'inflammation d'un prémélange COV/air accumulé au bas d'un canyon, a été proposée. Les données présentées dans ce travail permettent aussi d'étudier la validité de cette hypothèse. Des études expérimentales et théoriques sur le sens de diffusion des COV et leurs limites d'inflammabilité sont également menées afin d'étudier en détail cette hypothèse.

Le rôle des espèces oxydantes produites en phase gazeuse a été étudié dans deux procédés plasmas non-thermiques appliqués au traitement de l'eau : le procédé Glidarc et le procédé à Décharge à Barrière Diélectrique (DBD) à film tombant. Trois polluants organiques modèles ont été traités dans les deux types de réacteurs. Les résultats obtenus, du plus facile au moins facile à être éliminé, sont les suivants : Phénol >> Heptanol > pCBA pour le réacteur Glidarc et Heptanol >> Phénol > pCBA pour la décharge DBD. Les différences entre les deux réacteurs sont dues non seulement à la qualité et à la quantité des espèces actives générées, mais aussi au transfert de matière à l'interface gaz-liquide. Les mécanismes d'élimination diffèrent également selon les caractéristiques du polluant traité. Le phénol réagit fortement avec les radicaux °NO2 produits par dissociation du N2O4 en phase liquide. Pour le 1-Heptanol, l'élimination procède par désorption assistée par les réactions en phase gazeuse avec les espèces à courte durée de vie. Pour ce type de polluant, le réacteur DBD est le plus performant à cause en partie d'un transfert de matière très efficace dû aux mouvements de convection générés dans le liquide par la décharge. Dans le cas du pCBA, le taux de conversion est faible dans les deux procédés à cause de la production insuffisante de radicaux OH° en solution. Enfin, une simulation numérique a permis de valider les mécanismes d'élimination proposés

L'exaltation de fluorescence par un métal est de plus en plus utilisée pour augmenter la sensibilité de détection dans les systèmes utilisant la fluorescence. Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié ce phénomène dans des nanoparticules hybrides Métal@SiO2 possédant des émetteurs de fluorescence immobilisés sur la silice. Dans un premier temps, nous avons élaboré les nanoparticules cœur-coquille Métal@SiO2 (Métal = Au ou Ag) en utilisant différentes méthodes et en les comparant pour choisir la plus adaptée selon le diamètre du cœur métallique. Dans un deuxième temps, nous avons étudié les propriétés de fluorescence exaltée des nanoparticules hybrides. Deux types d'émetteurs de fluorescence ont été sélectionnés : des nanoparticules semi-conductrices (SiC) et des fluorophores organiques (cyanine 3 et fluorescéine). Après fonctionnalisation de la silice, les émetteurs de fluorescence ont été greffés à la surface des nanoparticules Métal@SiO2. L'exaltation de leur fluorescence a été analysée en fonction de leur densité surfacique, de leur distance par rapport au cœur métallique (fixée par l'épaisseur de silice), du diamètre du cœur métallique et de la longueur d'onde d'excitation. Le facteur d'exaltation le plus important (de l'ordre de 103) a été obtenu avec une faible épaisseur de silice (10 nm) pour les nanoparticules de SiC dont le rendement quantique intrinsèque est très faible (inférieur à 1%). Enfin, la surface de nanoparticules hybrides a été fonctionnalisée avec des nanoparticules d'oxyde de fer de manière à obtenir une combinaison de propriétés optiques (fluorescentes et plasmoniques) et magnétiques à l'intérieur d'une même nanoparticule hybride.

La démonstration de la première diode laser organique reste un défi majeur en optoélectronique organique. Parmi les nombreuses problématiques à étudier, l'aspect " matériau " (gain et pertes) est capital. Par exemple, la limite théorique basse du seuil laser en pompage électrique pourrait être connue s'il existait une méthode d'estimation fiable du seuil laser en pompage optique. Dans cette thèse nous avons étudié le gain et la polarisation de lasers basés sur des couches minces de polymère dopées par des colorants organiques. L'originalité de ce travail repose sur l'étude des propriétés du matériau organique à travers l'analyse des caractéristiques de microlasers. Cela permet aussi de s'intéresser aux problématiques de couplage gain-mode et aux systèmes ouverts. Nous proposons une description quantitative du processus d'amplification dans les matériaux organiques. Une relation liant gain, pertes et seuil est établie dans le cas d'une cavité Fabry-Perot, ce qui permet par la suite l'étude de l'amplification optique et de l'extraction de la lumière dans les cavités diélectriques à travers la mesure précise du seuil laser. Nous avons exploré différentes formes de cavités, comme les carrés où la lumière est couplée vers l'extérieur par diffraction au niveau des coins. Nous avons démontré que l'anisotropie de fluorescence intrinsèque des molécules de colorant gouverne la polarisation de tels systèmes lasers. Nous avons développé à cette occasion un modèle original incluant la distribution non-isotrope des molécules dans le polymère. Nous avons aussi étudié le rôle de la géométrie de la cavité sur l'état de polarisation du laser, et différents moyens de contrôler cet état.

La nécrose de l'écorce (Trunk Phloem Necrosis : TPN) est la maladie de l'hévéa économiquement la plus importante or, à l'heure actuelle, son origine et les causes de son apparition sont mal connues. Cette étude vise à préciser les relations entre les activités biologiques du sol et la présence de TPN. Une première étude a été menée sur une parcelle d'hévéa très infestée par la TPN. L'analyse de la faune du sol montre que la présence de termites est fortement liée aux arbres malades. A l'inverse, les polysaccharidases sont moins actives sous les arbres affectés par la TPN alors que les activités liées au cycle de l'azote y sont plus élevées. La structure des communautés fongiques est différente dans les sols sous les arbres sains de sous les arbres malades. Une seconde étude s'est intéressée à l'influence de deux amendements, apport de matière organique seule et couverture de Pueraria + M.O., sur le fonctionnement biologique du sol. L'apport de M.O. entraîne une augmentation de la croissance des arbres et de la production de latex et préviennent aussi l'apparition de TPN. Dans ces sols, la densité de macrofaune est significativement plus faible dans les parcelles sans amendement mais la diversité y est comparable. L'ACP réalisée à partir des activités enzymatiques montre que la plupart des enzymes présentent des activités plus faibles dans les sols non amendés. Les sols des parcelles avec Pueraria ont les plus fortes xylanases alors que l'activité FDase est plus élevée dans les sols des parcelles n'ayant reçu que l'apport organique.

La destruction de déchets fortement contaminés issus du cycel du combustible nucléaire doit être réalisée par une technique efficace et avec une parfaite maitrise des effluents. L'oxydation dans l'eau supercritique répond à ces critères pour la destruction de composés organiques. Un banc d'essai en continu a été construit pour développer l'oxydation hydrothermale de déchets organiques modèles sous forme liquide. L'étude de l'oxydation du dodecane a permis d'identifier les paramètres contrôlant le taux d'avancement de la réaction...

La présente recherche porte sur la valorisation des matières putrescibles. La venue de nouvelles réglementations ainsi que des coûts grandissants liés à la disposition des déchets force le Québec à rechercher de nouvelles solutions durables de valorisation des déchets. Cette étude modélise un système de digestion anaérobie alimenté par des déjections animales, des boues et des matières putrescible à l'intérieur d'une Municipalité Régionale de Comté (MRC) au Québec. La problématique de gestion durable des déchets réunit plusieurs niveaux d'acteurs. La problématique étant complexe, cette recherche fournit un cadre théorique qui permet aux acteurs de visualiser le système dans son intégralité et non seulement en tierce partie. La concertation des acteurs est nécessaire à toute forme de collaboration face à une problématique aussi large dont les intérêts respectifs des acteurs sont parfois divergeants. À la fois qualitative et quantitative, l'approche de recherche fournit des éléments diagnotics, une étude de cas quantitative et appuyée par un modèle de simulation et des recommandations face aux mesures ayant un impact sur l'adoption de la digestion anaérobie. La démarche de recherche s'appuie sur la dynamique des systèmes. La présente recherche montre que la digestion anaérobie peut s'avérer rentable au Québec. Parmis les trois avenues de valorisation des gaz, la production d'électricité est la moins rentable. Dans le contexte actuel, et en fonction des contraintes relatives à la vente de biogaz et de gaz naturel, la production d'électricité s'avère la meilleure solution afin de faciliter le processus d'adoption de la digestion anaérobie. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Diffusion, Digestion anaérobie, Dynamiques des systèmes, Environnement, Matières résiduelles.