L'utilisation de la thermoélectricité passe par une amélioration du rendement du module thermoélectrique à travers l'optimisation de ses dimensions et l'augmentation du facteur de mérite des matériaux thermoélectriques, mais aussi par une réduction des coûts de synthèse et de mise en forme. Dans le cadre de cette thèse nous nous sommes intéressés à la synthèse de β–Zn4Sb3 nanométrique par une méthode de chimie douce à faible dépense énergétique. Nous avons étudié la mise en forme de ce matériau par des technologies d'impression qui permettent d'atteindre les dimensions optimales et présentent un coût réduit. β-Zn4Sb3 est obtenu en deux étapes : une synthèse à reflux suivie d'un traitement thermique à 400°C sous vide secondaire. La composition chimique (DRX, affinement Rietveld), la morphologie (MEB, TEM) et la stabilité en température (spectroscopie Raman) de la poudre sont étudiées. β-Zn4Sb3 ainsi obtenu est densifié par SPS et ses propriétés thermoélectriques sont mesurées montrant une augmentation du facteur de mérite pour des températures inférieures à 100°C. Au dessus de cette température, la présence de porosité et de zinc augmente la résistivité électrique et la conductivité thermique et les échantillons ont un facteur de mérite de 0,6 à 400°C. Enfin, la poudre est mise en forme par sérigraphie et atomisation sur substrat en verre et en Kapton. Le β-Zn4Sb3 montre une forte résistivité électrique juste après impression mais l'application de traitement mécanique et thermique permet de la diminuer. Le facteur de mérite estimé des dépôts est de 0,06 à 400°C. Cependant le faible coût de mise en forme et la possibilité d'automatisation rendent ces techniques viables. / Use of thermoelectricy involves an increase of the module efficiency. In this purpose we need to optimize the dimension of the module and to increase the figure of merit of thermoelectric materials. But we also need to reduce the synthesis and shaping cost. Within the framework of this thesis, we focused on the synthesis of β-Zn4Sb3 nanoparticles by a low energy technique: wet chemistry. We also studied the shaping of this material by printing technologies. These cost-effective technologies allow reaching optimized dimensions. β-Zn4Sb3 is synthesized in two steps: a reflux synthesis flowed by a thermal treatment at 400 °C under vacuum. Chemical composition (XRD, Rietveld refinement), morphology (SEM, TEM) and thermal stability of the powder are studied. The as product β-Zn4Sb3 is densified by SPS and we measured its properties. They show an increase of the figure of merit for temperatures below 100 °C. However above this temperature the presence of zinc and porosity increase electric resistivity and thermal conductivity, leading to a figure of merit of 0.6 at 400 °C. Finally the powder is shaped by two printing technologies: screenprinting and atomization on glass and Kapton substrate. Just after printing the samples show a high electrical resistivity but a decrease is observed after mechanical and thermal treatment. The estimate figure of merit of printing β-Zn4Sb3 is 0.06 at 400 °C. However the printing techniques are cost-effective and allow mass production, which make them still interesting.

L'internet des objets (Internet of Thing, IoT) suscite de plus en plus d'attention dans l'industrie électronique. L'IoT est un concept selon lequel les objets de tous les jours pourront communiquer ensemble via Internet. La plupart des objets connectés utilisent des batteries qu’il faut changer régulièrement ou recharger. Face à la forte croissance annoncée, la recherche de sources d’alimentation autonomes et alternatives s’appuyant sur des systèmes qui capturent l’énergie ambiante et la convertissent en électricité devient primordiale. Parmi les technologies de récupération d’énergie, la thermoélectricité présente des avantages certains liés à sa simplicité, sa fiabilité et son absence de pièces mobiles et de pollution par émission de gaz à effet de serre. L’ensemble de ces caractéristiques favorables place les convertisseurs thermoélectriques comme des candidats possibles pour fournir aux objets connectés de demain les faibles quantités d’énergie nécessaire à leur fonctionnement ou pour recharger les batteries. Mes travaux de thèse s’inscrivent dans ce contexte et se sont déroulés en partie dans le cadre du projet Européen EnSO (Energy for Smart Objects). Des études numériques menées avec le logiciel commercial Comsol Multiphysics ont été réalisées sur des micro-générateurs planaires innovants développés par la société Mahle, partenaire du projet. L’objectif de ces travaux était de comprendre l’influence de nombreux paramètres (géométrie, conditions aux limites en terme de température ou de flux, propriétés électrique et thermique des matériaux actifs) sur leurs performances thermoélectriques (puissance électrique et rendement). Nous avons montré, en particulier, le rôle critique des résistances de contact électriques et thermiques sur la puissance électrique de sortie. Un second volet, plus expérimental, a été consacré au développement de générateurs thermoélectriques miniatures à forte densité de puissance intégrant des matériaux avancés à base de skutterudites. Plusieurs brasures ont été testées lors de l’assemblage des modules thermoélectriques. La caractérisation des performances des modules (25-500°C) couplée aux calculs numériques ont permis de guider les recherches et d’optimiser les procédés de fabrication. Ce travail a abouti à l’obtention d’une densité de puissance record (3,3 W/cm2 pour une différence de température de 450 K) par rapport à l’état de l’art. / The Internet of Thing (IoT) is currently being intensively explored in the electronic industry. IoT is an extension of Internet connectivity into physical end everyday-life objects which will be able to communicate and interact with each other’s. Most of these connected objects are powered by batteries that need to be regularly switched or recharged. Faced with a strong announced growth of their number in coming years, the search for novel alternative, autonomous power supplies that convert surrounding available energy into electricity becomes essential. Among energy harvesting technologies, thermoelectricity is advantageous due to its simplicity, reliability, the absence of moving parts and greenhouse gas emissions. All these favorable characteristics make thermoelectric converters possible candidates for powering or recharging batteries of connected objects. In this context, my PhD work was done within the frame of the European project EnSO («Energy for Smart Objects»). Numerical studies with the software Comsol Multiphysics were performed on innovative planar micro-generators developed by the Mahle company, one of the partners of this project. The main objective of this work was to achieve a better understanding of the influence of numerous parameters (geometry, boundary conditions in terms of temperature and flux, electrical and thermal properties of the active materials) on their thermoelectric performances (output power and efficiency). In particular, we have underlined the critical role played by the electrical and thermal contact resistances on the output power. A second part of this study has been devoted to the experimental development of miniaturized thermoelectric generators capable of delivering high output power density through the integration of skutterudite materials. Several brazes have been tested during the assembly operations of the thermoelectric modules. The characterization of the module performances (25-500°C) combined with numerical calculations have been used as a guidance for optimizing the fabrication process. This work culminated in the successful fabrication of a thermoelectric module with a record-breaking power density of 3,3 W/cm2 achieved under a temperature difference of 450 K.

The thesis focuses on implementation of a hot runner controller for injection molds for plastic materials with a maximum number of 56 regulated zones. The first part of the thesis deals with already existing and used solutions of the given subject. The following part of the thesis describes the principles of temperature measurement by means of thermoelectric sensors, including their linearization as well as communication protocols MODBUS, EUROMAP 17. The identification of a regulated system ( heating zone) has been carried out before the hardware design. The development process is divided into some parts : system conception, hardware design, software development. The controller consists of measuring modules designed to collect data and handle power controllers for management of performance of heating elements. The necessary calculation power is integrated into the controllling computer. All parts of a hot runner controller are implemented taking into account the costs.

La compétence du laboratoire dans le domaine du transport électronique a été étendue par un travail métrologique permettant de préciser l’échelle de thermoélectricité notamment en corrigeant l’alumel. Dans une deuxième partie nous avons utilisé l’excellente précision du dispositif expérimental pour mesurer le Pouvoir Thermoélectrique Absolu (PTA) d’échantillons d’Arcelor auparavant caractérisés à haute température par résistivité. Puis nous avons déterminé, pour la première fois, les propriétés de transport électronique de 4 pseudo-alliages en fonction de la température et avons étudié l’effet de leur vieillissement à haute température / The competence of the laboratory in the field of electronic transport has been extended by a metrological work to specify the scale of thermoelectricity correcting that of alumel. In a second part, we used the excellent precision of the experimental device to measure the Absolute Thermoelectric Power (ATP) of Arcelor samples previously characterized at high temperature by resistivity. Then we determined, for the first time, the electronic transport properties of four pseudo-alloys as function of temperature and studied the effect of their ageing at high temperatures

Composites based on ICP with conductive (SWCNT and Te) and insulating fillers (TiO2 and CuO and insulating polymers with conducting fillers (rGO, modified rGO, and SWCNT) were prepared and their thermoelectric properties were investigated. Attempts to enhance the thermoelectric properties of PEOT:PSS composites did not bring about a significant change. But, the attempts to modify rGO brought about a considerable improvement in the thermoelectric properties. At the end, the use of SWCNT provided the maximum ZT in case of insulating polymer composites. Eventually, SEBS/4 wt% SWCNT with a ZT of 0.0017 and SBS/0.5 wt% SWCNT with a ZT 6  10-6 stood out as the best p-type and n-type thermoelectric material, respectively, in this work. This success paved the way to build 2 modules of thermoelectric generators which generated a maximum potential of 93.2 mV at a temperature difference of 40 K.

Cette thèse rapporte les mesures de transport réalisées sur des jonctions moléculaires à l'état solide large échelle, mettant en évidence des effets d'interférence quantique. Le premier chapitre pose les bases théoriques de ce phénomène et introduit le formalisme des fonctions de green hors équilibre adapté à la description du couplage molécules/interfaces métalliques. Le second chapitre présente l'état de l'art expérimental dans ce domaine et résume les principales expériences ayant permis de mettre en évidence des effets d'interférences à l'échelle moléculaire. Le troisième chapitre décrit les étapes de fabrication mises en place pour construire les dispositifs mesures pendant ce travail de thèse. Les résultats expérimentaux obtenus sur les mesures de conductance des jonctions moléculaires sont décrits dans le quatrième chapitre et compares a plusieurs modèles théoriques qui confirme la présence d'interférences quantiques. Le dernier chapitre aborde les effets de thermoélectricité qui peuvent avoir lieu dans ces jonctions en présence d'interférence / This thesis reports the transport measurement performed on large scale solid state molecular junctions, highlighting quantum interference effect. First chapter set the theoretical basis of such a phenomenon and introduces the out of equilibrium green's functions formalism which is adapted to the description of coupling molecules/metallic interfaces. Second chapter presents the corresponding experimental state of the art and summarizes the experiments that have contributed to highlight interference effect at the molecular scale. Third chapter describes the fabrication steps optimized to build the devices measured during the thesis work. Experimental results obtained on conductance measurements are described and compared to several theoretical models that confirm the presence of quantum interference. Last chapter deals with thermoelectric effect that can occur in presence of interference

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I detta arbete så har en uppsättning aromatiska ditiol-ligander framställts (3,5-dimerkaptobensoesyra I, methyl-3,5-dimerkaptobensoat II, 3,5-dimerkaptotoluen III, 4,6-dimerkaptoisoftalaldehyde IV). En trestegssyntes innehållande Newman-Kwart omlagring som nyckelsteg användes för framställning av föreningarna I-III medan förening IV togs fram via en annan syntesväg. De fyra föreningarna syntetiserades I relativt bra utbyte (5-80% över 3, 4 eller 6 steg) och karaktäriserades med hjälp av 1H-NMR, 13C-NMR, och högupplösande masspektrometri. I en framtida fortsättning av projektet så kommer föreningarna I-IV användas som organiska ligander i koordinationspolymerer, vilka kommer karaktäriseras i termer av elektriska och termiska egenskaper. / In this work, a family of aromatic dithiol ligands were synthesized in the laboratory (3,5-dimercapto benzoic acid I, methyl 3,5-dimercapto benzoate II, 3,5-dimercapto toluene III, 4,6-dimercaptoisophthalaldehyde IV). A three-step synthesis strategy, involving the Newman-Kwart rearrangement as key step, for the formation of I, II and III was used, whereas compound IV required a different synthetic route. The four compounds were synthesized with relatively good yields (5-80% over 3, 4 or 6 steps) and were fully characterized using 1H-NMR, 13C-NMR, and high-resolution mass spectrometry. In a future extension of this work, compounds I-IV will be used as organic ligands in coordination polymers (CPs), which will be characterized in terms of electric and thermal properties.

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<p dir="ltr">Sensing and communication circuits and systems are crucial components in various electronic devices and technologies. These systems are designed to acquire information from the surrounding environment through sensors, process that information, and facilitate communication between different devices or systems. It plays a vital role in modern electronic devices, enabling them to collect, process, and exchange information to perform various functions in applications such as IoB (Internet of Body), healthcare, hardware security, industrial automation, and more.</p><p dir="ltr">This work focuses on innovations in sensing and communication circuits spanning two independent application areas – human body communication and hardware emanations security.</p><p dir="ltr">First, an ultra-low power ECG monitoring system is implemented to perpetually power itself using Thermoelectric Generator (TEG) to harvest body energy while securely transmitting sensed data through on-body communication, achieving closed-loop operation without external charging or batteries. Custom circuits allow demonstrated feasibility of self-sustaining wearables leveraging Human Body Communication’s advantages.</p><p dir="ltr">Second, investigations reveal vulnerabilities introduced when repairing broken cables, with unintended monopole antennas boosting electromagnetic emissions containing signal correlations. Experiments characterize long-range detection regimes post-repair across USB keyboard cables. Further circuit and structural innovations provide localized shielding at repair points as a potential mitigation. Advancements offer contributions in understanding hardware emission security risks to inform protection strategies.</p><p dir="ltr">The two separate research work demonstrate specialized circuits advancing the state-of-the-art in sensing and communication for wearable body-based systems and hardware security through greater awareness of vulnerabilities from unintended emissions.</p><p><br></p>