L'objectif de ce travail est de développer et d'évaluer de nouvelles résines originales biosourcées pour l'application lithographique. Pour atteindre cet objectif, nous avons sélectionné différents types de lignine et étudié l'influence du fractionnement de la lignine sur les propriétés finales de la résine obtenue. Le fractionnement de la lignine est réalisé à l’aide de solvants organiques sélectionnés pour leur polarité. Nous avons choisi ce polymère naturel en raison de la présence de nombreux groupes fonctionnels directement responsables de sa réactivité : molécules photosensibles et potentiellement réticulables. La lignine est également une bonne candidate car abondante sur Terre et sa valorisation actuelle en tant que matière première chimique est négligeable. Nous avons étudié la photoréactivité de la résine à base de lignine à 395 nm en utilisant des sources de lumière LED. Sur la base des observations FTIR et UV-VIS, nous avons étudié et quantifié les changements structurels survenus lors de l'exposition de la photorésine à la lumière. Cependant, ces changements étaient plus intenses au cours de l'irradiation conduite dans l'air par rapport à une atmosphère inerte. De plus, nous avons établi le lien entre la structure chimique de la lignine et sa réactivité décrite par les tests de sensibilité, de contraste et de résolution. Nous avons proposé des mécanismes cohérents basés sur des données de la littérature. Ainsi, la réticulation de la lignine se produit sous les photons des rayonnements UV-VIS entraînant la formation de structures intermédiaires, de chromophores ou de composés volatils de bas poids moléculaire. Enfin, nous avons démontré qu'il était possible de fabriquer par écriture laser directe des nanostructures mono-, bi- et tridimensionnelles dans la photorésine à base de lignine "juste fractionnée" par polymérisation à deux photons. / The goal of this work was to develop and to evaluate new, original and bio-based resist for lithographic application. To reach this purpose, we have selected various types of lignin and study the influence of lignin fractionation in different organic solvents on the final resist properties. We have chosen this photosensitive and crosslinkable polymer due to its great abundance and to its currently poor valorisation as a chemical feedstock, as well as the versatility of the functional groups that were directly responsible for its reactivity. We have investigated the photoreactivity of lignin-based resist at 395 nm, using LED light sources. Based on the FTIR and UV-vis monitoring, we have investigated and quantified the structural changes occurred during photoresist exposure to the light. However, they were more visible during the irradiation conducted in the air than in the inert atmosphere. Moreover, we have established the link between chemical structure of lignin and its reactivity observed by sensitivity, contrast and resolution tests. Additionally, we have proposed reasonable mechanisms based on literature data according to which lignin crosslinking occur under UV-visible photons. They comprised the formation of intermediates structures, chromophores, or low molecular weight volatile compounds, as well and crosslinking reactions. Finally, we have demonstrated that it was possible to fabricate one-, two- and three-dimensional structures from "just-fractionated" lignin photoresist by two-photon polymerisation achieved by direct laser writing.

Récemment, la technologie de micro-fabrication par polymérisation à Deux-Photons (TPP), dérivée de l'absorption à deux-photons, a attiré l'attention de chacun en raison de ses possibilités de fabrication de microstructures tridimensionnelles (3D) de formes très diverses et complexes. Selon mon analyse des recherches actuelles, les thématiques ont graduellement évoluées depuis la fabrication de dispositifs aussi petits que possible vers des thèmes relatifs à son opérationnalité tels que la qualité et/ou l'efficacité du procédé de fabrication. Cette thèse propose une démarche d'intégration pour la création et la simulation de fabrication de modèles de micro-produits pour leur micro-fabrication TPP, tant du point de vue de la Conception Assistée par Ordinateur que de la Fabrication Assistée par Ordinateur (CAO/FAO).<br /> Une analyse des caractéristiques principales de la TPP est proposée pour mettre en évidence ses capacités de fabrication. Selon les résultats de cette analyse et l'incorporation des contraintes de forme des microstructures et de leurs contraintes fonctionnelles, on montre que le modèle numérique de tels objets doit pouvoir décrire des objets de type « non-variété ». Par la prise en considération de cette contrainte et en comblant les manques des approches en vigueur, on propose une démarche intégrée de préparation de modèles « non-variétés » pour un produit créé par un bureau d'études. Le modèle CAO importé à partir d'un fichier STEP est facettisé selon les variétés des sous-domaines polyédriques formant le polyèdre de type « non-variété ». De manière similaire, pour un produit existant, son modèle numérique peut être obtenu par une approche de type ingénierie inverse. Cependant, la plupart des approches existantes reconstruisent seulement les formes des objets sans tenir compte de leurs couleurs intrinsèques. Pour cette raison, un processus intégré de numérisation est développé dans cette thèse afin de produire des modèles 3D colorés.<br /> Afin d'éviter la destruction de la microstructure causée par une « sur-polymérisation » et des tailles de voxels incohérentes provoqués par des différences de réflexion de la lumière, un processus de découpage en tranches bidimensionnelles et une planification adaptée des trajectoires sont développés en utilisant les possibilités 3D de l'équipement de fabrication. Ainsi, l'efficacité du procédé de fabrication peut être augmentée par la mise en œuvre des deux processus ci-dessus. De plus, pour améliorer la rigidité de la microstructure, deux méthodes ont été développées à partir des concepts de soudure et de double épaisseur pour renforcer les raccordements entre les domaines élémentaires de la microstructure et augmenter son épaisseur de paroi, respectivement.<br /> En conclusion, pour démontrer l'efficacité de l'approche proposée, plusieurs modèles numériques de microstructures incluant des modèles « non-variétés » ont été fabriqués selon la démarche de préparation de modèles et le schéma d'intégration proposés.

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