L’étude présentée dans ce manuscrit porte sur la réplication de structures naturelles multi-échelles et multifonctionnelles, que sont les ailes des papillons Morpho rhetenor, Morpho menelaus et Papilio ulysse, ou celles de la cigale Cicada orni. De telles structures sont en effet constituées de sous-structures à différentes échelles, du centimètre au nanomètre, et à chacune de ces échelles est associée une propriété ou fonction. On parle alors de multifonctionnalité. Cet atout, très recherché actuellement pour nos futurs objets et matériaux, est accessible par deux voies de complexification : celle de la composition chimique du ou des matériaux constituant l’objet (matériaux composites, hybrides organique-inorganique) et/ou celle de leur géométrie (structuration). Or, si nos connaissances en chimie nous permettent de mettre en œuvre la première voie, l’élaboration de structures multi-échelles est encore difficile par nos techniques actuelles de structuration (lithographie par exemple). Ainsi, pour augmenter les propriétés d’un système possédant une géométrie multi-échelles existante dans la nature, nous avons réalisé des répliques des structures naturelles précédemment évoquées dans des matériaux inorganiques (TiO2 et SiO2), soit des matériaux très différents du complexe chitino-protéique qui constituent les ailes organiques. A cette fin, trois méthodes ont été utilisées : un dépôt de matière dans les structures naturelles par voie sol-gel, un dépôt par pulvérisation cathodique et une minéralisation directe de la structure des ailes, s’inspirant de processus de biominéralisation. / The present study deals with the replication of multiscale and multifunctional natural structures. These natural structures are wings of Morpho rhetenor, Morpho menelaus and Papilio ulysse butterflies, and those of Cicada orni cicada. Such structures are composed of smaller structures at different scales, from centimetre to nanometre, and to each of these scales is associated a property or a function. This we call multifunctionality. This multifunctionality is expected to become a property of our future objects or materials, and can be achieved by two different ways: to make the material(s) chemical composition of the object more complex (composite, hybrid organic-inorganic materials) and/or to make its architecture more complex (structuration). Although it is possible to achieve the first (chemical composition), we have so far been unable to successfully make multiscale structures with our current structuration techniques (lithography for example). Therefore, to increase the properties of a system characterised by a multiscale structure seen in nature, we have made replicas of the natural structures previously presented in inorganic materials (TiO2 and SiO2). That is to say, very different materials in comparison with the natural chitin-protein complex. To do this, three methods were used: a sol-gel solution deposition in the natural structures, a physical vapor deposition and a direct mineralization of the wings structure, which is inspired by natural biomineralization processes.
| Identifer | oai:union.ndltd.org:theses.fr/2015PA066206 |
| Date | 02 October 2015 |
| Creators | Thomé, Magali |
| Contributors | Paris 6, Berthier, Serge |
| Source Sets | Dépôt national des thèses électroniques françaises |
| Language | French |
| Detected Language | French |
| Type | Electronic Thesis or Dissertation, Text |
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