Dans le travail de thèse, nous avons étudié le processus de croissance et l’évolution des propriétés structurales de l’alumine ultra-poreuse (UPA) monolithique pendant le traitement thermique dans le domaine des températures entre 20 et 1600 °C. Un modèle théorique a été proposé permettant de décrire et prédire sa structure. La formation de mullite à partir d’alumine imprégnée par la silice a été également étudiée. Les premières mesures conduites sur les propriétés diélectriques des UPA dans le domaine de fréquences GHz-THz montrent des possibilités d’application dans le domaine de l’optique réfractrice. L’installation expérimentale pour l'élaboration des monolithes ultra poreux est décrite. L’étude de la cinétique de croissance à partir d’aluminium technique, ultra pur et monocristallin a permis d’analyser l’influence des différentes impuretés présentes. Les matériaux ont été caractérisés par les méthodes DRX, MET/MEB, ICP/OES, TGA et PL. Les UPA modifiées chimiquement par imprégnation de TMES et TEOS en phase vapeur ont également été analysées. L’étude en fonction de la température des différents matériaux a été menée sur la taille des fibreuse, la surface spécifique, la densité massique, ainsi que la quantité de l’eau structurelle et adsorbée, d’une part, et la structure cristalline d’autre part. L’utilisation des méthodes DRX et PL corrélées a permis d’expliquer une transformation de la phase α de l’UPA en mullite 2:1.Le modèle proposé distingue deux principaux régimes de modification thermique de la structure des UPA : transport de masse sur la surface d’une fibre ou de la masse globalement (frittage). Des énergies d’activation du transport massique et des constantes pre-exponentielles ont été obtenues pour les deux régimes. Les résultats obtenus permettent de conclure que les transformations morphologiques, de la composition chimique et de la phase cristalline sont d’origine commune. / In this PhD work we investigated growth process and evolution of structural properties of ultraporous alumina (UPA) monoliths during thermal treatment in the range between 20 and 1600 °C. A simple theoretical model was proposed permitting description and prediction of the material structure. A particular extension of this study concerns the mullite formation with an increase of the silica loading. Furthermore, first measurements of dielectric properties (refraction index and losses) in GHz-THz range of frequencies were performed, indicating this material to be potentially interesting for fabrication of the refraction optics.The experimental installation for UPA elaboration is described, and the analysis is presented of principal impurities and their influence on the growth kinetics using technical, high-purity and monocrystalline aluminum. The obtained materials were characterized by XRD, TEM, SEM, ICP/OES, TGA and PL methods. UPA modified with TMES and TEOS vapor impregnations were also obtained and analyzed. The fibril size, specific surface area, mass density and content of structural, adsorbed water and crystalline phase were measured for different UPA materials as a function of the annealing temperature. The correlated XRD and PL analyses was performed explaining the conversion of α phase UPA to 2:1 mullite, which fundamental band gap was set to 7.55 eV.The proposed model distinguished two principal regimes of thermal modifications: surface diffusional mass transport over a single fibril and bulk mass transport involving total material mass (sintering). The activation energies of the mass transport and pre-exponential constants (diffusion coefficient and free volume) in both regimes were obtained, providing a better understanding of the underlying physical processes in different UPA materials. Based on these results, we conclude about a common origin of morphological, chemical composition and phase transformations.

Cette thèse s'inscrit dans le projet optique digital porté par la société Essilor, leader mondial dans le domaine de l'optique ophtalmique. La collaboration entre le laboratoire Charles Coulomb et Essilor a donné naissance à une nouvelle génération de systèmes optiques apposés directement sur le verre ophtalmique. Ce système est constitué de microcuves remplies d'un autre matériau pouvant être différent d'une cuve à l'autre. Il en résulte une pixellisation de la surface permettant des phénomènes optiques innovants. La première partie de ce travail est consacrée à la synthèse et à la caractérisation de résines hybrides organiques-inorganiques photosensibles fonctionnant à différentes longueurs d'ondes. Le but est de créer les microcuves par un procédé de photolithographie dont la rigidité est telle que les murs puissent résister au remplissage par un liquide. Les polymérisations minérales et organiques de ces résines ont été étudiées d'un point de vue structural (spectroscopie infrarouge et RMN), mécanique (technique de nanoindentation) et texturale (absorption - désorption de gaz). La deuxième partie porte sur l'incorporation d'une couche ultraporeuse à l'intérieur des microcuves. Le choix final s'est porté sur un aérogel de silice mélangé à un polymère et réalisé par séchage en condition supercritique du CO2. Ses propriétés sont caractérisées par diverses techniques comme le MEB, les spectroscopies infrarouge et UV-Visible, la microscopie AFM et la nanoindentation. Ce système constitué de microcuves remplies d'un matériau ultraporeux peut alors être imprégné localement par différents liquides d'indice de réfraction variés afin d'obtenir les effets optiques désirés. / This thesis is feeling part of the optical digital project carried out by Essilor, the world leader in the ophthalmic optics field. The collaboration between the Charles Coulomb Laboratory (LCC) and Essilor has spawned a new generation of optical systems affixed directly on the ophthalmic glass. This system consists of microtanks filled with material that may be different from one tank to the other. The result is a pixelated surface which can be lead to innovative optical phenomena. The first part of this work is devoted to the synthesis and characterization of photosensitive organic-inorganic hybrid resins operating at different wavelengths. The goal is to create by a photolithography process microtanks whose rigidity is such that the walls can resist with a liquid filling. Polymerizations of hybrid photosensitive resins have been studied in a structural (infrared and NMR spectroscopy), mechanical (nanoindentation technique) and textural (absorption - desorption of gas) way. The second part focuses on the ultraporous layer incorporation inside microtanks. The final choice fell on silica aerogel containing polymer and obtained under CO2 supercritical drying conditions. Its properties are characterized by various techniques such as SEM, infrared and UV-Visible spectroscopy, AFM microscopy and nanoindentation technique. The all system consists of microtanks filled with an ultraporous material which can be locally impregnated by different liquids with a varied refractive index to obtain the desired optical effects.