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Many physiological processes such as cell division or migration rely on the ability of the cellular machinery to adapt to the mechanical cues of its surrounding environment such as hydrodynamic stresses and strains. To achieve this, an internal network of filamentous polymers and regulatory proteins, the cytoskeleton, rearranges to overcome the external perturbations, influencing in turn the properties of the extracellular matrix. In recent years, the urge for understanding simultaneously, how the internal active structures respond to the stimulus of external constraints and vice-versa has inspired the scientific community to develop new microenvironments to study these questions in a controllable manner. In this thesis, we have built an in vitro platform, inspired from previous works, by interfacing a biomimetic fluid made of cytoskeletal components with a liquid crystal (LC). When the active material condenses to a water–LC interface it develops a dynamical state, usually referred to as active nematic, in which long range orientational order coexists with persistent chaotic flows. The goal of this research is to investigate the dynamic coupling between active nematics and passive liquid crystals by incorporating two new variables to the problem: geometrical confinement and curvature. The interplay between the active/passive coupling and the former parameters is first evidenced on ellipsoidal smectic droplets coated with a thin active nematic layer. The inherent anisotropy of the ellipsoid brings under the spotlight unforeseen dynamical behaviors, including periodical oscillations between a rotational and a translational regime, where the system dynamics is controlled by the motion of two pairs of topologically required defects. We have also investigated a reverse configuration, in which spherical active droplets are embedded inside a liquid crystalline phase, producing, each of them, an associated topological defect in the liquid crystal. In this configuration, the crosstalk between the active and passive fluids results in the beating of the external passive defect, induced by the motion of the active defects on the droplet surface. The symmetry breaking and dynamics associated to the external defect further result in the directed self locomotion of the droplet. Finally, the coupling is probed at a larger organizational level by analyzing the dynamics of topologically linked active nematic emulsions, showing the apparition of partial phase-synchronization under certain conditions. These results provide new insights for the understanding of biological processes and perspectives for the design of bio-inspired micro-machines., De nombreux processus physiologiques, tels que la division ou la migration cellulaire, reposent sur la capacité de la machinerie cellulaire à s'adapter aux signaux mécaniques de son environnement, tels que les contraintes hydrodynamiques. Un réseau interne de polymères filamenteux et de protéines régulatrices, le cytosquelette, se réorganise pour surmonter les perturbations externes, influençant à son tour les propriétés du milieu extracellulaire. Le besoin de comprendre simultanément comment les structures actives internes répondent aux contraintes externes et vice-versa a encouragé la communauté scientifique à développer de nouveaux micro-environnements pour étudier ces questions de manière contrôlable. Dans cette thèse, nous avons construit une plateforme in vitro, inspirée de travaux antérieurs, en interfaçant un fluide biomimétique constitué de composants du cytosquelette cellulaire avec un cristal liquide (CL). Lorsque le matériau actif se condense à l'interface eau-CL, il développe un état dynamique, généralement appelé nématique actif, dans lequel l'ordre d'orientation à longue portée coexiste avec des flux chaotiques persistants. L'objectif de cette recherche est d'étudier le couplage dynamique entre les nématiques actifs et les cristaux liquides passifs en ajoutant deux nouvelles variables au problème : le confinement géométrique et la courbure. L'interaction entre le couplage actif/passif et les paramètres géométriques sont d'abord mis en évidence sur des gouttelettes smectiques ellipsoïdales recouvertes d'une fine couche nématique active. L'anisotropie inhérente de l'ellipsoïde met en évidence des comportements dynamiques sans précédents, notamment des oscillations périodiques entre un régime de rotation et un régime de translation, où la dynamique du système est contrôlée par le mouvement de deux paires de défauts topologiquement requis. Nous avons également étudié une configuration inverse, dans laquelle des gouttes actives sphériques sont incorporées dans une phase cristal liquide, produisant autour d’elles, un défaut topologique associé. Dans cette configuration, le couplage entre les fluides actif et passif entraîne le battement du défaut externe, induit par le mouvement des défauts actifs à la surface de la goutte. La brisure de symétrie et les dynamiques associées au défaut externe entraînent en outre l'auto locomotion dirigée de la goutte. Enfin, le couplage est étudié à un niveau organisationnel plus large en analysant la dynamique d'émulsions nématiques actives topologiquement liées, montrant l'apparition d'une synchronisation partielle de phase dans certaines conditions. Ces résultats offrent de nouvelles perspectives pour la compréhension des processus biologiques et pour la conception de micro-machines bio-inspirées.

The work presented in this thesis comes from the SOFTLITE project, a collaboration between the company FASTLITE (sas) and the Optical Group of Liquid Crystals (OCL) of the Institute of Physics of Nice (INPHYNI). The main objective of this collaboration is to develop new liquid crystal devices, based on thick layer birefringent nematic cells, to complement/replace current devices for handling, shaping and measuring ultra-fast laser pulses. In the context of this highly experimental thesis, we present an advanced characterization of the electro-optical properties of thick nematic cells (de 25μm à 250μm). We also demonstrate the ability to control these cells thermo-optically, resulting in a new spatial light modulator (LC-SLM). This innovative device goes beyond the state-of-the-art LC-SLM traditional and can phase modulate laser pulses multi-octave. Firstly, the characterization of the optical properties of an unknown liquid crystal mixture is proposed, based on broadband spectral interferometry, to measure the chromatic dispersion of liquid crystals. The technique makes it possible to determine the coefficients which govern the variation of the indices and group indices as a function of the wavelength and the temperature. In order to develop a collinear delay line adapted to ultra-fast pulses, a study of the different electro-optical switching strategies of liquid crystals is proposed. In particular, a switching strategy ON (excitation by a voltage step) is studied despite the presence of a voltage threshold (Frèedericksz transition). An unexpected dependence of this threshold with the thickness of the cells is discovered and two distinct regimes are determined. Thick cells (> 75μm) can switch with a starting voltage lower than this threshold, with a remarkable gain in birefringence excursion. In order to develop applications in the near and medium infra-red, cells optimized for this wavelength range have been manufactured. Once tested, these cells show low laser absorption by the electrode (ITO), which contributes to local heating of the liquid crystals. Their thermotropic nature induces a change in the refractive indices. The induced phase shift generates a spatial structure composed by rings (spatial phase modulation). The phase shift and, consequently, the birefringence excursion are analyzed. From these, the internal temperature of the cell is also estimated up to the nematic-isotropic phase transition. This study on thermotropicity induced optically allowed to develop an original approach of thermo-optical addressing of cells. This innovative strategy results in the design of a reflective component, in which the absorption of light from a writing beam heats the liquid crystals, while a second (reading beam) is modulated in phase by passing through the liquid crystal layer. Thus, a new optical device is developed and patented: THOR-SLM (thermo-optically reflective spatial light modulator). Three first prototypes are manufactured to find the most efficient configuration. The spatial, spectral and temporal phase shifts of these prototypes are measured by interferometry. The remarkable optical properties of the device are finally exploited: a wide spectral acceptance with a large and continuous phase shift without pixelization. To demonstrate this, THOR-SLM is inserted in a zero-dispersion line to shape a laser pulse with a spectrum spanof several octaves. Unprecedented arbitrary shaping is demonstrated over a spectral bandwidth from visible to IR, introducing positive/negative phase-to-third-order values. These results pave the way for temporal shaping capabilities of femtosecond pulses lasting a few optical cycles.; Le travail présenté dans cette thèse émane du projet SOFTLITE, une collaboration entre la société FASTLITE (sas) et le groupe Optique des Cristaux Liquides (OCL) de l’Institut de Physique de Nice (INPHYNI). L’objectif principal de cette collaboration est de développer de nouveaux dispositifs à base de cristaux liquides, reposant sur des cellules nématiques biréfringentes en couche épaisses, pour compléter/remplacer les dispositifs actuels de manipulation, façonnage et mesure d’impulsions laser ultra-rapides. Dans le cadre de cette thèse, très expérimentale, nous présentons ainsi une caractérisation avancée des propriétés électro-optiques de cellules nématiques épaisses (de 25μm à 250μm). Nous démontrons également la possibilité de contrôler ces cellules de manière thermo-optique, ce qui débouche sur un nouveau modulateur spatial de lumière (LC-SLM). Ce dispositif innovant dépasse l’état de l’art des LC-SLM traditionnels et permet de moduler en phase des impulsions laser multi-octave.Dans un premier temps, la caractérisation des propriétés optiques d’un mélange cristal liquide inconnu est proposée, basée sur l'interférométrie spectrale large bande, pour mesurer la dispersion chromatique de cristaux liquides. La technique permet de déterminer les coefficients qui régissent la variation des indices et indices de groupe en fonction de la longueur d’onde et de la température. En vue de développer une ligne à retard colinéaire adaptée aux impulsions ultra-rapides, une étude des différentes stratégies de commutation électro-optique des cristaux liquides est proposée. En particulier, une stratégie de commutation ON (excitation par un échelon de tension) est étudiée malgré la présence d'un seuil de tension (transition de Frèedericksz). Une dépendance inattendue de ce seuil avec l'épaisseur des cellules est découverte et deux régimes distincts sont déterminés. Les cellules épaisses (> 75 μm) peuvent commuter avec une tension de démarrage inférieure à ce seuil, avec un gain remarquable en excursion en biréfringence. Afin de développer les applications dans le proche et moyen infra-rouge, des cellules optimisées pour cette gamme de longueur d’onde ont été fabriquées. Une fois testées, ces cellules montrent une faible absorption laser par l'électrode (ITO), qui contribue à un échauffement local des cristaux liquides. Leur caractère thermotropique induit ainsi un changement des indices de réfraction. Le déphasage induit génère une structure spatiale en anneaux (modulation de phase spatiale). Le déphasage et, par conséquent, l'excursion de biréfringence sont analysés. De là, la température interne de la cellule est également estimée jusqu'à la transition de phase nématique-isotrope. Cette étude sur la thermotropicité induite optiquement a permis de développer une approche originale d’adressage thermo-optique des cellules. Cette stratégie innovante aboutit au dimensionnement d’un composant réflectif, dans lequel l’absorption de la lumière d’un faisceau d’écriture chauffe les cristaux liquides, tandis qu’un second (faisceau de lecture) est modulé en phase en passant dans la couche de cristal liquide. Ainsi, un nouveau dispositif optique est développé et breveté : THOR-SLM (modulateur de lumière spatiale thermo-optiquement réflectif). Trois premiers prototypes sont fabriqués afin de trouver la configuration la plus performante. Les déphasages spatial, spectral et temporel de ces prototypes sont mesurés par interférométrie. Les remarquables propriétés optiques du dispositif sont finalement exploitées : une large acceptation spectrale avec un déphasage important et continu sans pixellisation. En guise de démonstration, THOR-SLM est inséré dans une ligne à dispersion nulle pour le façonnage d’impulsions laser dont le spectre couvre plusieurs octaves. Un façonnage arbitraire sans précédent est démontré sur une largeur de bande spectrale allant du visible au moyen IR, introduisant des ...

This thesis is dedicated to various aspects of liquid crystalline (LC) organic semiconductors (OSCs) in regard to their applications in the field of organic electronics. The first part of this work deals with a well-known LC OSC based on phenyl-naphtalene. Two major ways of performance improvement are proposed and investigated : stabilization of LC structure by in situ photo-polymerization and introduction of electron acceptor doping impurity. In the first case, the influence of polymer network on mesophase order and charge transport is investigated by conventional experimental techniques and Time-Of-Flight (TOF) mobility measurements. Fot the doped materials, ab initio calculations are employed to predict their spectroscopic properties which is exhaustively compared with the experimental data obtained by optical and vibrational spectroscopy. The charge transport is studied by TOF method in the mesophase, while crystalline phase is investigated via conductive atomic force microscopy. A prototype of organic field effect transistor (OFET) is prepared to obtain an estimate of performance for a relevant real-world application. The second part of this work includes design and synthesis of a novel LC semiconductor based on anthracene, additional attention is made to obtain an easy-to-make and low production cost material. Noval molecule is fully characterized : molecular structure is confirmed by relevant techniques ; frontier molecular energy levels are studied by optical spectroscopy and cyclic voltammetry and confronted to values obtaines via ab initio calculations ; mesophase properties are investigated by optical microscopy and scanning calorimetry. charge transporting properties are characterized by means of an OFET device : it is found that new anthracene-molecule exhibits significant improvement of field-effect hole mobility over previously studied phenyl naphtalene derivative. Finally, photoconductive properties of the novel material are addressed in order to investigate its potential applications to organic phototransistors., Cette thèse est dédiée à divers aspects des semi-conducteurs organiques (SCO) cristaux liquides (CL) en ce qui concerne leurs applications dans le domaine de l'électronique organique. La première partie de ce travail concerne un SCO CL bien connu à base de phényle naphtalène. Deux moyens principaux d'amélioration de ses performances sont proposés et étudiés : la stabilisation in situ de la structure du CL par photo-polymérisation et l'introduction d'une impureté de dopage (accepteur d'électrons). Dans le premier cas, l'influence du réseau de polymères sur l'ordre et le transport de charge est étudiée à l'aide de techniques expérimentales classiques et par la mesure de la mobilité par la technique de "temps de vol". Pour les matériaux dopés, des calculs ab initio ont été utilisés pour prédire leurs propriétés spectroscopiques, qui sont comparées de manière exhaustive aux données expérimentales obtenues par spectroscopie optique et vibratoire. Les propriétés de transport de charge ont également été étudiés. Un prototype de transistor à effet de champ organique (OFET) a été réalisé afin d'obtenir une estimation des performances pour une application potentielle dans les dispositifs électriques à base de matériaux organiques.La deuxième partie de ce travail comprend la conception et la synthèse d'un nouveau semi-conducteur CL à base d'anthracène. Une attention particulière est portée pour obtenir un matériau relativement facile à synthétiser et à faible coût. La nouvelle molécule synthétisée est entièrement caractérisée : la structure moléculaire est confirmée par les techniques appropriées ; les niveaux d'énergie moléculaire frontières sont étudiés par spectroscopie optique et voltamétrie cyclique et comparés aux valeurs obtenues par calcul ab initio ; les propriétés de la mésophase sont étudiées par microscope optique et calorimétrie à balayage. La caractérisation des propriétés de transport de charge a été directement réalisé sur un dispositif OFET. La nouvelle molécule à base d'anthracène présente une amélioration significative de la mobilité des trous sous l'effet de champ par rapport au dérivé de phényle naphtalène étudié précédemment. Enfin, les propriétés photoconductrices du nouveau matériau sont abordées et montrent que cette molécule est très prometteuse dans le domaine des phototransistors organiques.

Liquid crystalline semiconductors and narrow bandgap materials are two kinds of interesting materials for optoelectronic applications. They can be used in several type of organic electronic devices such as organic solar cells (OPV), Organic Light Emitting Diodes (OLED) and Organic Field Effect transistors (OFET). In this work, we focused on designing and synthesizing novel semiconducting materials based on donor/acceptor architectures which present either high photoluminescence and charge transport properties, or a narow bandgap for ambipolar charge transport. These materials are liquid crystalline molecules based on a benzothiadiazole acceptor core and alkoxyphenyl donor groups. The narrow bandgap molecules are based on a naphthalene diimide core and in this case flanked by benzothiadiazole units. The objective was to study their photophysical properties, charge transport properties, and to correlate this to the structural properties of the materials developed. Based on our results, we demostrated that these luminescent molecules possess liquid crystal properties with lamellar or multi-lamellar structures consisting of alternating layers of fluorescent units and high charge transport moieties. The charge transport properties measured of these compounds indicate that they have a potential for optoelectronic applications such as OFET devices. In addition, the two narrow bandgap molecules developed were found to exhibt n-type, and ambipolar charge transport properties.; Les semi-conducteurs cristaux liquides et les matériaux à faible gap sont deux familles de matériaux intéressants pour des applications dans le domaine de l’optoélectronique. Ils peuvent être utilisés dans de nombreux dispositifs électroniques différents tels que les cellules solaires organiques (OPV), les diodes électroluminescentes organiques (OLED) et les transistors organiques à effet de champ (OFET). Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur la conception et la synthèse de nouveaux matériaux semi-conducteurs constitués d’architectures donneur / accepteur qui présentent soit des propriétés de photoluminescence et de transport de charge élevées, soit un gap énergétique fable pour viser des matériaux ambipolaires. Les premières séries de matériaux sont des molécules organiques cristal liquides basées sur un cœur accepteur de benzothiadiazole et des groupes donneurs de type alcoxyphényle, avant de développer des structures plus complexes de type diade et triade. Les molécules à faible gap sont quant à elles constituées d’un cœur naphtalène diimide substitué par des unités comportant le benzothiadiazole. L'objectif était d'étudier leurs propriétés photophysiques, leurs propriétés de transport de charge et de corréler ces propriétés avec les propriétés structurelles des matériaux développés. Sur la base de nos résultats, nous avons démontré que ces molécules luminescentes possèdent des propriétés cristal liquide avec des structures lamellaires ou multilamellaires constituées de couches alternées d'unités fluorescentes ? Ces matériaux possèdent également une capacité élevée à transporter des charges, ce qui indique que ces composés ont un potentiel intéressant pour des applications en optoélectronique et en particulier pour des dispositifs type OFET. D’autre part, il a été démontré que les deux molécules à faible gap possèdent des propriétés de transport de charge de type n ou de type ambipolaire.

Liquid crystalline semiconductors and narrow bandgap materials are two kinds of interesting materials for optoelectronic applications. They can be used in several type of organic electronic devices such as organic solar cells (OPV), Organic Light Emitting Diodes (OLED) and Organic Field Effect transistors (OFET). In this work, we focused on designing and synthesizing novel semiconducting materials based on donor/acceptor architectures which present either high photoluminescence and charge transport properties, or a narow bandgap for ambipolar charge transport. These materials are liquid crystalline molecules based on a benzothiadiazole acceptor core and alkoxyphenyl donor groups. The narrow bandgap molecules are based on a naphthalene diimide core and in this case flanked by benzothiadiazole units. The objective was to study their photophysical properties, charge transport properties, and to correlate this to the structural properties of the materials developed. Based on our results, we demostrated that these luminescent molecules possess liquid crystal properties with lamellar or multi-lamellar structures consisting of alternating layers of fluorescent units and high charge transport moieties. The charge transport properties measured of these compounds indicate that they have a potential for optoelectronic applications such as OFET devices. In addition, the two narrow bandgap molecules developed were found to exhibt n-type, and ambipolar charge transport properties.; Les semi-conducteurs cristaux liquides et les matériaux à faible gap sont deux familles de matériaux intéressants pour des applications dans le domaine de l’optoélectronique. Ils peuvent être utilisés dans de nombreux dispositifs électroniques différents tels que les cellules solaires organiques (OPV), les diodes électroluminescentes organiques (OLED) et les transistors organiques à effet de champ (OFET). Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur la conception et la synthèse de nouveaux matériaux semi-conducteurs constitués d’architectures donneur / accepteur qui présentent soit des propriétés de photoluminescence et de transport de charge élevées, soit un gap énergétique fable pour viser des matériaux ambipolaires. Les premières séries de matériaux sont des molécules organiques cristal liquides basées sur un cœur accepteur de benzothiadiazole et des groupes donneurs de type alcoxyphényle, avant de développer des structures plus complexes de type diade et triade. Les molécules à faible gap sont quant à elles constituées d’un cœur naphtalène diimide substitué par des unités comportant le benzothiadiazole. L'objectif était d'étudier leurs propriétés photophysiques, leurs propriétés de transport de charge et de corréler ces propriétés avec les propriétés structurelles des matériaux développés. Sur la base de nos résultats, nous avons démontré que ces molécules luminescentes possèdent des propriétés cristal liquide avec des structures lamellaires ou multilamellaires constituées de couches alternées d'unités fluorescentes ? Ces matériaux possèdent également une capacité élevée à transporter des charges, ce qui indique que ces composés ont un potentiel intéressant pour des applications en optoélectronique et en particulier pour des dispositifs type OFET. D’autre part, il a été démontré que les deux molécules à faible gap possèdent des propriétés de transport de charge de type n ou de type ambipolaire.

Since the discovery of graphene oxide (GO), the most accessible of the precursors of graphene, this material has been widely studied for applications in science and technology. The motivation of this work is to study with a fundamental perspective the coupling between amphiphilic bilayers, which can be seen as an anisotropic matrix formed of two-dimensional objects, and another two-dimensional object, namely the graphene oxide sheet when they are dispersed in a common solvent. The competition between the intrinsic elasticities of the bilayers and GO sheets, as well as between direct bilayer-bilayer, bilayer-GO and GO-GO interactions allows us to envisage a rich polymorphism, depending on the composition of the system. Following the development of a dedicated procedure for controlling in an extended range of GO content the binary GO-water system, the confined domain of aqueous GO dispersions was first investigated, and the ternary phase diagram then constructed. The obtained systems have been characterised, using techniques such as optical microscopy, light and x-ray scattering. Elastic and thermodynamic properties have been described by applying, and adapting to the scope of this study, models for two-component lamellar stacks., Dès sa découverte, le graphène oxydé (GO), le plus accessible des précurseurs du graphène, a été largement utilisé pour des applications en science et technologie. La motivation de ce travail est d'étudier, d'un point de vue fondamental, le couplage entre des bicouches amphiphiles auto-associées (lesquelles peuvent être vues comme une matrice anisotrope formée d'objets bidimensionnels) et un objet lui-même bidimensionnel, en l'occurrence le feuillet de graphène oxydé, quand ils sont dispersés dans un solvant commun. La compétition entre les élasticités intrinsèques des bicouches et des feuillets de GO, ainsi que les interactions directes bicouche-bicouche, bicouche-GO et GO-GO, permet d'envisager un riche polymorphisme en fonction de la composition du système. Après avoir développé une procédure destinée à contrôler, dans une gamme étendue de teneur en GO, le système binaire GO-eau, le domaine confiné des dispersions aqueuses de GO a été exploré et, par la suite, le diagramme de phases ternaire a été construit. Les systèmes obtenus ont été caractérisés par des techniques comme la microscopie optique et la diffusion du rayonnement (diffusion dynamique de la lumière et diffusion des rayons-X aux petits angles). Les propriétés élastiques et thermodynamiques ont été décrites par l'application de modèles initialement conçus pour les phases lamellaires à deux constituants et adaptés dans le cadre de cette étude., Desde sua descoberta, o grafeno oxidado (GO), o mais acessível dos precursores do grafeno,tem sido amplamente utilizado para aplicações na ciéncia e tecnologia. A motivação destetrabalho é de estudar, de um ponto de vista fundamental, o acoplamento entre bicamadas anfifílicas auto-organizadas (que podem ser vistas como uma matriz anisotrópica formada por objetos bidimensionais) e um objeto ele mesmo bidimensional, neste caso a folha de óxido de grafeno, quando estão dispersados em um solvente comum.A competição entre as elasticidades intrínsecas das bicamas e das folhas de GO, assimcomo as interaçãoes diretas bicamada-bicamada, bicamada-GO e GO-GO, permitem esperar um rico polimorfismo em função da composição do sistema. Seguindo o desenvolvimento de um procedimento destinado ao controle, em um intervalo extendido da quantidade de GO, o sistema binário GO-água, o domínio confinado de dispersões aquosas de GO foi explorado e, em seguida, o diagrama de fases ternário contruído.Os sistemas obtidos foram caracterizados por t_ecnicas como microscopia ótica, espalhamento dinâmico de luz e espalhamento de raios-x à baixos ângulos. As propriedadeselásticas e termodinâmicas foram descritas pela aplicação de modelos inicialmente concebidos para fases lamelares à dois constituintes e adaptados ao escopo deste estudo.

The manuscript is divided into six chapters and two independent parts, the first part being dedicated to the investigation of the effect of nitro substituents on aromatic phosphine ligands (L). A series of (N-phenyl-benzimidazol-1-yl) diphenylphosphines substituted with 1 to 3 nitro groups at different positions of the N-phenyl and benzimidazolyl cores, were synthesized, and compared with the non-nitrated parent and cationic N-methyl-benzimidazolium counterpart. In the corresponding trans-L2RhICl(CO) complexes, prepared in two steps and fully characterized, moderate but systematic variations of the C=O IR stretching frequency and 103Rh NMR chemical shift provide an empirical quantification of regio-specific effects of the nitro-substituents on the global donating character of the P-ligand. Dinuclear (µ-CO)(LRhCl)2 side-products were shown to give unique clathrate crystals with a high content (6.7:1) of dichloromethane solvate. The second part, gathering five chapters, concerns the study of new types of highly p-conjugated carbo-mers, primarily devised to palliate the limiting poor solubility of the aromatic C18 carbo-benzene core. The synthesis and characterization of reference hexaaryl-carbo-benzenes are revisited. An improved 12-step synthetic route to the long known hexaphenyl derivative and p-bis-3,5-di-tert-butylphenyl homologue is described. Both carbo-benzenes were fully characterized, in particular by X-ray diffraction analysis and electrochemistry. Their use in organic photovoltaic solar-cells was found to be hampered by their very low solubility preventing the formation of high quality thin films. The third chapter focusses on a series of p-dialkyl-tetraphenyl-carbo-benzenes with two aliphatic chains R = CnH2n+1, n = 2, 4, 8, 14, 20. The synthetic route based on nucleophilic addition of RMgBr to a key [6]pericyclynedione ultimately led to both the dialkyl- and reduced mono-alkyl-carbo-benzenes, the reduction process being found suppressed by using a RLi/CeCl3 reactant. A dramatic enhancement of solubility in chlorinated solvents was observed for n = 8. A direct p-p stacking of C18 rings, driven by aliphatic dispersions forces, could be evidenced for the first time in the X-ray crystal structure of the bis-tetradecyl derivative, giving experimental support to the existence of the a-graphityne 3D carbon allotrope (putative carbo-mer of graphite). The fourth chapter describes two trialkoxyarylethynyl-tetraphenyl-carbo-benzenes and the study of the mesogen properties of one of them. A columnar rectangular mesophase, evidenced at 115 oC by DSC, POM and PXRD analyses, opens prospects for a systematic study of related liquid crystals. The 3D lattice constants are consistent with 2D STM images of the carbo-mesogen deposited on HOPG. The fifth chapter reports on three skeletal carbo-mers of bis- and ter-phenyls, devised for their acquaintance with OPP or OPE molecular wires. A carbo-terphenyl was found to exhibit a very low first reduction potential (-0.39 V/SCE), unprecedented in the carbo-mer series. In the last chapter, new types of carbo-mers are exemplified: carbo-barrelenes and carbo-stilbenes. Their preparation relies on the addition of triyne dinucleophiles to either one or two equivalents of a [6]pericyclyne(di)one precursor. In the tricyclic series, two non-macroaromatic carbo-barrelenes and one partially reduced bis-butatrienic derivative, both containing two sp3-C bridgeheads, were found to be sufficiently stable to allow full characterization, including by crystallography. The cage-ability of a carbo-barrelene toward small molecules such as NH4+, albeit not clearly proven yet, was investigated both theoretically and experimentally. The carbo-stilbene product was evidenced as an unseparated mixture of two isomers. In the absence of crystal of suitable quality for crystallography, they were assigned to the cis and trans diastereoisomers on the basis of 1H NMR spectroscopy and DFT calculations.; Le manuscrit est divisé en six chapitres et deux parties indépendantes, la première étant consacrée à l'étude de l'effet de substituants nitro sur des ligands phosphines aromatiques (L). Une série de (N-phényl-benzimidazol-1-yl)diphénylphosphines substituées par 1 à 3 groupes nitro à différentes positions des noyaux N-phényle et benzimidazolyle, a été synthétisée, et comparée au parent non nitré et à l'homologue N-méthyl-benzimidazolium cationique. Dans les complexes trans-L2RhICl(CO) correspondants, des variations faibles mais systématiques de la fréquence d'élongation C=O IR et du déplacement chimique RMN 103Rh fournissent une quantification empirique des effets régio-spécifiques des substituants nitro sur le caractère donneur global du ligand. Les produits secondaires dinucléaires (µ-CO)(LRhCl)2 donnent des cristaux de clathrate uniques à teneur élevée (6,7:1) en solvate de dichlorométhane. La deuxième partie, regroupant cinq chapitres, concerne l'étude de nouveaux types de carbo-mères fortement p-conjugués, principalement conçus pour pallier la faible solubilité limitante du noyau carbo-benzène. La synthèse et la caractérisation des hexaaryl-carbo-benzènes de référence sont revisitées. Une voie de synthèse en 12 étapes améliorée du dérivé hexaphényle connu et de l'homologue p-bis-3,5-di-tert-butylphényle est décrite. Les deux carbo-benzènes ont été entièrement caractérisés, en particulier par analyse par diffraction des rayons X et par électrochimie. Leur utilisation dans les cellules solaires photovoltaïques organiques s'est avérée freinée par leur faible solubilité empêchant la formation de couches minces de haute qualité. Le troisième chapitre porte sur une série de p-dialkyl-tétraphényl-carbo-benzènes à deux chaînes aliphatiques R = CnH2n +1, n = 2, 4, 8, 14, 20. Leur synthèse basée sur l'addition nucléophile de RMgBr sur la [6]péricyclynedione clé conduit à la fois aux dialkyl- et mono-alkyl-carbo-benzènes réduits, le processus de réduction étant supprimé en utilisant un réactif RLi/CeCl3. Une augmentation spectaculaire de la solubilité dans les solvants chlorés a été observée pour n = 8. Un empilement p-p direct des cycles en C18, guidé par les forces de dispersions aliphatiques, a été montré pour la première fois dans la structure cristalline du dérivé bis-tétradécyle, appuyant l'existence de l'allotrope du carbone 3D ?-graphityne (carbo-mère putatif du graphite). Le quatrième chapitre décrit deux trialkoxyaryléthynyl-tétraphényl-carbo-benzènes et l'étude des propriétés mésogènes de l'un d'entre eux. Une mésophase rectangulaire colonnaire, mise en évidence à 115 °C par des analyses DSC, POM et PXRD, ouvre des perspectives pour une étude systématique des cristaux liquides apparentés. Les constantes du réseau 3D sont cohérentes avec les images STM 2D du carbo-mésogène sur HOPG. Le cinquième chapitre décrit trois carbo-mères de squelette de bis- et ter-phényles, conçus pour leur relation aux fils moléculaires OPP ou OPE. Un carbo-terphényle a montré un très faible potentiel de réduction (-0,39 V/SCE), sans précédent en série carbo-mère. Dans le dernier chapitre, de nouveaux types de carbo-mères sont illustrés: les carbo-barrélènes et les carbo-stilbènes. Leur préparation repose sur l'addition de triyne dinucléophiles sur un ou deux équivalents d'un précurseur [6]péricyclyne (di)one. Dans la série tricyclique, deux carbo-barrélènes non macro-aromatiques et un dérivé bis-butatriénique partiellement réduit, se sont révélés suffisamment stables pour permettre une caractérisation complète, y compris par cristallographie. Le rôle de cage d'un carbo-barrélène vis-à-vis de petites molécules telles que NH4+, même si elle n'a pas encore été clairement établie, a été étudiée théoriquement et expérimentalement. Les carbo-stilbènes ont été obtenus sous forme de mélanges. En l'absence d'analyse cristallographique, ils ont été attribués aux diastéréoisomères cis et trans sur la base de la spectroscopie RMN 1H et des calculs DFT.

The manuscript is divided into six chapters and two independent parts, the first part being dedicated to the investigation of the effect of nitro substituents on aromatic phosphine ligands (L). A series of (N-phenyl-benzimidazol-1-yl) diphenylphosphines substituted with 1 to 3 nitro groups at different positions of the N-phenyl and benzimidazolyl cores, were synthesized, and compared with the non-nitrated parent and cationic N-methyl-benzimidazolium counterpart. In the corresponding trans-L2RhICl(CO) complexes, prepared in two steps and fully characterized, moderate but systematic variations of the C=O IR stretching frequency and 103Rh NMR chemical shift provide an empirical quantification of regio-specific effects of the nitro-substituents on the global donating character of the P-ligand. Dinuclear (µ-CO)(LRhCl)2 side-products were shown to give unique clathrate crystals with a high content (6.7:1) of dichloromethane solvate. The second part, gathering five chapters, concerns the study of new types of highly p-conjugated carbo-mers, primarily devised to palliate the limiting poor solubility of the aromatic C18 carbo-benzene core. The synthesis and characterization of reference hexaaryl-carbo-benzenes are revisited. An improved 12-step synthetic route to the long known hexaphenyl derivative and p-bis-3,5-di-tert-butylphenyl homologue is described. Both carbo-benzenes were fully characterized, in particular by X-ray diffraction analysis and electrochemistry. Their use in organic photovoltaic solar-cells was found to be hampered by their very low solubility preventing the formation of high quality thin films. The third chapter focusses on a series of p-dialkyl-tetraphenyl-carbo-benzenes with two aliphatic chains R = CnH2n+1, n = 2, 4, 8, 14, 20. The synthetic route based on nucleophilic addition of RMgBr to a key [6]pericyclynedione ultimately led to both the dialkyl- and reduced mono-alkyl-carbo-benzenes, the reduction process being found suppressed by using a RLi/CeCl3 reactant. A dramatic enhancement of solubility in chlorinated solvents was observed for n = 8. A direct p-p stacking of C18 rings, driven by aliphatic dispersions forces, could be evidenced for the first time in the X-ray crystal structure of the bis-tetradecyl derivative, giving experimental support to the existence of the a-graphityne 3D carbon allotrope (putative carbo-mer of graphite). The fourth chapter describes two trialkoxyarylethynyl-tetraphenyl-carbo-benzenes and the study of the mesogen properties of one of them. A columnar rectangular mesophase, evidenced at 115 oC by DSC, POM and PXRD analyses, opens prospects for a systematic study of related liquid crystals. The 3D lattice constants are consistent with 2D STM images of the carbo-mesogen deposited on HOPG. The fifth chapter reports on three skeletal carbo-mers of bis- and ter-phenyls, devised for their acquaintance with OPP or OPE molecular wires. A carbo-terphenyl was found to exhibit a very low first reduction potential (-0.39 V/SCE), unprecedented in the carbo-mer series. In the last chapter, new types of carbo-mers are exemplified: carbo-barrelenes and carbo-stilbenes. Their preparation relies on the addition of triyne dinucleophiles to either one or two equivalents of a [6]pericyclyne(di)one precursor. In the tricyclic series, two non-macroaromatic carbo-barrelenes and one partially reduced bis-butatrienic derivative, both containing two sp3-C bridgeheads, were found to be sufficiently stable to allow full characterization, including by crystallography. The cage-ability of a carbo-barrelene toward small molecules such as NH4+, albeit not clearly proven yet, was investigated both theoretically and experimentally. The carbo-stilbene product was evidenced as an unseparated mixture of two isomers. In the absence of crystal of suitable quality for crystallography, they were assigned to the cis and trans diastereoisomers on the basis of 1H NMR spectroscopy and DFT calculations.; Le manuscrit est divisé en six chapitres et deux parties indépendantes, la première étant consacrée à l'étude de l'effet de substituants nitro sur des ligands phosphines aromatiques (L). Une série de (N-phényl-benzimidazol-1-yl)diphénylphosphines substituées par 1 à 3 groupes nitro à différentes positions des noyaux N-phényle et benzimidazolyle, a été synthétisée, et comparée au parent non nitré et à l'homologue N-méthyl-benzimidazolium cationique. Dans les complexes trans-L2RhICl(CO) correspondants, des variations faibles mais systématiques de la fréquence d'élongation C=O IR et du déplacement chimique RMN 103Rh fournissent une quantification empirique des effets régio-spécifiques des substituants nitro sur le caractère donneur global du ligand. Les produits secondaires dinucléaires (µ-CO)(LRhCl)2 donnent des cristaux de clathrate uniques à teneur élevée (6,7:1) en solvate de dichlorométhane. La deuxième partie, regroupant cinq chapitres, concerne l'étude de nouveaux types de carbo-mères fortement p-conjugués, principalement conçus pour pallier la faible solubilité limitante du noyau carbo-benzène. La synthèse et la caractérisation des hexaaryl-carbo-benzènes de référence sont revisitées. Une voie de synthèse en 12 étapes améliorée du dérivé hexaphényle connu et de l'homologue p-bis-3,5-di-tert-butylphényle est décrite. Les deux carbo-benzènes ont été entièrement caractérisés, en particulier par analyse par diffraction des rayons X et par électrochimie. Leur utilisation dans les cellules solaires photovoltaïques organiques s'est avérée freinée par leur faible solubilité empêchant la formation de couches minces de haute qualité. Le troisième chapitre porte sur une série de p-dialkyl-tétraphényl-carbo-benzènes à deux chaînes aliphatiques R = CnH2n +1, n = 2, 4, 8, 14, 20. Leur synthèse basée sur l'addition nucléophile de RMgBr sur la [6]péricyclynedione clé conduit à la fois aux dialkyl- et mono-alkyl-carbo-benzènes réduits, le processus de réduction étant supprimé en utilisant un réactif RLi/CeCl3. Une augmentation spectaculaire de la solubilité dans les solvants chlorés a été observée pour n = 8. Un empilement p-p direct des cycles en C18, guidé par les forces de dispersions aliphatiques, a été montré pour la première fois dans la structure cristalline du dérivé bis-tétradécyle, appuyant l'existence de l'allotrope du carbone 3D ?-graphityne (carbo-mère putatif du graphite). Le quatrième chapitre décrit deux trialkoxyaryléthynyl-tétraphényl-carbo-benzènes et l'étude des propriétés mésogènes de l'un d'entre eux. Une mésophase rectangulaire colonnaire, mise en évidence à 115 °C par des analyses DSC, POM et PXRD, ouvre des perspectives pour une étude systématique des cristaux liquides apparentés. Les constantes du réseau 3D sont cohérentes avec les images STM 2D du carbo-mésogène sur HOPG. Le cinquième chapitre décrit trois carbo-mères de squelette de bis- et ter-phényles, conçus pour leur relation aux fils moléculaires OPP ou OPE. Un carbo-terphényle a montré un très faible potentiel de réduction (-0,39 V/SCE), sans précédent en série carbo-mère. Dans le dernier chapitre, de nouveaux types de carbo-mères sont illustrés: les carbo-barrélènes et les carbo-stilbènes. Leur préparation repose sur l'addition de triyne dinucléophiles sur un ou deux équivalents d'un précurseur [6]péricyclyne (di)one. Dans la série tricyclique, deux carbo-barrélènes non macro-aromatiques et un dérivé bis-butatriénique partiellement réduit, se sont révélés suffisamment stables pour permettre une caractérisation complète, y compris par cristallographie. Le rôle de cage d'un carbo-barrélène vis-à-vis de petites molécules telles que NH4+, même si elle n'a pas encore été clairement établie, a été étudiée théoriquement et expérimentalement. Les carbo-stilbènes ont été obtenus sous forme de mélanges. En l'absence d'analyse cristallographique, ils ont été attribués aux diastéréoisomères cis et trans sur la base de la spectroscopie RMN 1H et des calculs DFT.

The performances of liquid crystals (LCs) based optically addressed Spatial Light Modulators (OASLMs) strongly depends on the photosensitive layer properties. To accommodate device transparency, lateral resolution and low cost production, organic semiconductors appear as the ideal candidates. We chose to use a P3HT: PCBM blend as the photosensitive layer. Our results showed that the liquid crystals reorient according to the luminous intensity alone and without external power supply. Additional measurements indicate that the photovoltaic effect is at the origin of this phenomenon. This type of device allowed spatial modulation of the LCs orientation and demonstrates its potential in holographic applications. A second type of device integrating interfacial layers of PEIE and PEDOT: PSS allowed us to control the orientation of the LCs and gives promising routes towards the design of self-sustainable OASLMs., Les performances des modulateurs de lumières à commande optique (OASLMs) à base de cristaux liquides (CLs) dépendent fortement des propriétés de la couche photosensible. Afin de concilier transparence, résolution latérale et production à bas coûts, les semi-conducteurs organiques apparaissent comme des candidats idéaux. Nous avons choisi d'utiliser un mélange P3HT:PCBM comme couche photosensible. Nos résultats ont montré que les cristaux liquides se réorientaient en fonction de l'intensité lumineuse seule et sans tension appliquée. Des mesures complémentaires indiquent que l'effet photovoltaïque est à l'origine de ce phénomène. Ce type de dispositif nous permet de moduler spatialement l'orientation des CLs et démontre son potentiel dans des applications liées à l'holographie. Un second type de dispositif intégrant des couches d'interfaces de PEIE et de PEDOT:PSS nous permet de contrôler l'orientation des CLs et donne de nouvelles pistes permettant de fabriquer des OASLMs autonomes.

This thesis treats the dynamics of the different liquid crystalline mesophases and phase transitions of a model colloïdal of rod-like particles: the fd viruses. The study of the self-organization of colloïdal liquid crystals treats the simplest phenomena of forming structured systems. In a system where anisotropie particles have hard core interactions, the self-organization is purely entropy driven due to the maximization of the free volume of the system. Thus, there is a change on the dynamics at single particle level that can be measured, providing information on the available free volume and the structure of the mesophase.The fd rods are a versatile colloïdal system and their self-dynamics can be accurately measured using fluorescence microscopy techniques. We quantify the relaxation of the dynamics around the phase transitions and the effect of flexibility and length as a mechanism to release the constraint of their neighbors. Moreover, in a guest-host lamellar structure we demonstrate that a big guest particle is faster than the small host, if the guest particle is not commensurate in the host energy landscape. In these conditions, also the super-diffusion of the guest particle is observed when it diffuses into a grain boundary. This is a step forward to understand the dynamics of colloïdal structured systems and also in the development the new materials based on fast diffusers with potential applications in drug delivery. The extensive experimental results are completed by a whole analysis and interpretation, being very promising and challenging., Cette thèse porte sur la dynamique des différentes mésophases liquides cristallines et des transitions de phase d'un modèle colloïdal de particules en forme de bâtonnent: les virus fd. L'étude de l'auto-organisation des cristaux liquides colloïdaux traite des phénomènes les plus simples de formation de systèmes structurés. Dans un système où les particules anisotropes ont des interactions de noyau rigide, l'auto-organisation est purement entropique en raison de la maximisation du volume libre du système. Ainsi, il y a une modification de la dynamique qui peut être mesurée, et fournisse des informations sur le volume libre disponible et la structure de la mésophase.La dynamique des bâtonnets fd peut être mesurée avec précision à l'aide de techniques de microscopie à fluorescence. Nous quantifions la dynamique autour des transitions de phase et l'effet de la flexibilité et de la longueur en tant que mécanisme pour relâcher la contrainte de leurs voisins. En outre, dans une structure lamellaire guest-host, nous avons prouvé la pérmeation favorisée des bâtonnets longs guest à travers les couches de la matrice Smectique hast formée de plus petites particules. Dans ces conditions, la super-diffusion de la particule invitée est également observée lorsqu'elle se diffuse dans une limite de grain. Il s'agit d'un pas en avant pour comprendre la dynamique des systèmes structurés colloïdaux et aussi dans le développement des nouveaux matériaux basés sur des diffuseurs rapides avec des applications potentielles dans la biologie médicale. Les résultats expérimentaux sont très prometteurs et stimulantes.

This dissertation focuses on liquid crystals (LCs), specifically their chiral properties and interactions with surfaces and nanostructures. Nematic twist cells were filled with a LC doped with the chiral molecule CB15, which compensates for the imposed twist. Using the electroclinic effect (ECE), results indicate that an ECE always exists near the surface in twist cells containing conformationally deracemizable molecules. ECE measurements were also performed to determine the source of the ECE response in a LC doped with chiral periodic mesoporous organosilica (PMO). The data show that the main source of the signal emanates from outside the PMO, and not inside the PMO pores. An ECE also is reported for chiral LCs above their bulk chiral isotropic–nematic phase transition, and is observable in the paranematic layers induced by the planar-aligning substrates. Optical microscopy measurements were performed on smectic-A oily streaks doped with CB15. When chirally doped, the stripe orientation rotated by a temperature dependent angle: This angle increased with concentration, was largest just below the nematic – smectic-A transition, and stabilized to near zero within ~1C below TNA. This is explained as a manifestation of a surface ECE. Finally, a novel structure in a hybrid aligned system was observed below the Smectic-A – Smectic-C transition. The structure appeared as periodic dark and light streaks running perpendicular to the oily streaks, and formed by extending discretely from one oily streak to the next, eliminating optical evidence of the oily streaks. At lower temperatures the streaks undulated in a 2D chiral pattern. A possible origin of these streaks is presented.; Cette thèse se concentre sur les cristaux liquides (CLs), leurs propriétés chirales et leurs interactions avec des surfaces et des nanostructures. Des cellules nématiques torsadées ont été remplies d'un CL dopé avec la molécule chirale CB15, qui compense la torsion imposée. Les résultats indiquent qu'un effet électroclinique (ECE) existe près de la surface en présence de molécules déracémisables conformes. Des mesures ECE ont aussi été réalisées afin de déterminer la réponse en ECE dans un CL dopé avec des organosilicates mésoporeux périodiques (OMP) chiraux. Les données montrent que la source principale du signal émane de l'extérieur des OMP plutôt que de leurs c¿urs. Un ECE est mesuré pour des CLs chiraux au-delà de leur température de transition de phase nématique/isotrope de bulk, et est observable dans les couches paranématiques induites par les substrats causant un alignement planaire. Nous avons dopé des stries huileuses de smectique A avec du CB15. Lors de ce dopage chiral, l'orientation des stries tourne d'un angle dépendant de la température, augmentant avec la concentration et maximum juste en-dessous de la température de transition smectique A/nématique. Ceci est expliqué comme une manifestation de l'ECE de surface sous la structure de strie huileuse permettant une rotation de cette dernière. Enfin, une structure innovante dans un système hybride aligné a été observée en-dessous de la température de transition Smectique A/Smectique C. Cette structure correspond à des stries périodiques sombres et claires perpendiculaires aux stries huileuses, éliminant les traces optiques des stries huileuses. Une origine possible de ces stries est présentée.

This work focuses on angular optomechanics driven by the spin-orbit interaction of light, using inhomogeneous and anisotropic media as model systems and different kinds of such material systems are considered in practice. In particular, we use nematic liquid crystal defects and report on the direct experimental observation of spin-orbit optical radiation torque that leads to distortion of molecular orientation pattern of the defects. Then, by using solid-state spin-orbit couplers of arbitrary order made of artificially nanostructured glasses, we unveil an optical torque reversal phenomenon that is the angular counterpart of so-called optical negative forces. This counterintuitive optomechanical effect is experimentally retrieved, in an indirect manner, via rotational Doppler frequency shift experiments. Finally, we report on our attempts to build up an experimental framework allowing the direct observation of optical torque reversal. Several options are considered, which include both metallic and dielectric approaches and involve sample miniaturization that has been explored at the millimeter and micrometer scale.; Ce travail consiste en l'étude de phénomènes optomécaniques en d'interaction spin-orbite de la lumière, en utilisant des milieux inhomogènes et anisotropes comme systèmes modèles, différents types de systèmes matériels étant considérés en pratique. En particulier,nous avons utilisé des défauts de cristaux liquides nématiques pour lesquels nous avons identifié expérimentalement d'un couple optique de nature spin-orbite conduisant à des modifications de champ d'orientation moléculaire du cristal liquide. Aussi, grâce à l'utilisation de verres nanostructurés artificiellement permettant un contrôle de l'interaction spin-orbite à la demande,nous mettons en évidence un phénomène de couple optique inverse qui est l'analogue angulaire des forces optiques dites négatives. Cet effet optomécanique contre-intuitif est démontré expérimentalement, d'une manière indirecte, grâce à la mise en place de diverses expériences de décalage en fréquence Doppler associées aux degrés de liberté de rotation. Enfin, nous présentons nos tentatives en vue de réaliser expérimentalement l'observation directe d'un couple optique inverse. Plusieurs options sont envisagées, qui comprennent à la fois des approches à base de matériaux métalliques ou diélectriques. De manière générale, cela implique la miniaturisation des systèmes considérés, ce qui est effectué à la fois à l'échelle millimétrique et micrométrique.

The research work presented in this thesis was oriented on advanced thermoset materials and also on the conception of bio-based polymers and composites. This last topic has been investigated by the combination of different bio-based raw materials which are well-known to have a great potential to substitute the petroleum monomers. Firstly, a fundamental work has been done on the combination of epoxidized linseed oil (ELO) and anhydrides as cross-linkers, which links the polymerization reactivity with the network structure and thermomechanical properties. For being economically realistic, the bio-refineries are urged to valorize the sidestream products issued from biomass conversion. In that respect, a second study investigated successfully the incorporation and copolymerization of an important amount of humins (heterogeneous residues obtained during the sugar conversion into hydroxymethylfurfural (HMF)) with furfuryl alcohol (FA) in order to create new resins. Another proposed combination, focused on ELO and FA cationic copolymerization with the purpose to create new fully bio-based resins with tailored mechanical properties. Concerning the elaboration of advanced polymers and composites, a reflection around the hierarchically organized natural materials has been achieved in order to adapt the self-organization and structuration concepts to polymeric network.; Le travail de recherche présenté dans cette thèse s’est orienté vers l’élaboration de matériaux avancés et la conception de polymères/composites biosourcés. Ce dernier sujet a été entrepris à travers la combinaison de différentes matières premières biosourcées qui sont connues comme ayant un grand potentiel de substitution des monomères pétrosourcés. Tout d’abord, un travail fondamental a été exécuté en combinant l’huile de lin epoxydée (ELO) avec des dérivés d’anhydrides d’acides comme agents de réticulation, afin de relier la réactivité chimique de polymérisation à la structure du réseau formé et aux propriétés thermomécaniques. Afin de devenir économiquement viable, les bio-raffineries doivent urgemment valoriser les sous-produits issus de la conversion de la biomasse. Fort de ce constat, une deuxième étude sur l’incorporation et la copolymérisation d’une quantité importante d’humins (résidu hétérogène obtenu durant la conversion des sucres en hydroxymethylfurfural (HMF)) avec de l’alcool furfurylique (FA) a été réalisée avec succès afin de créer de nouvelles résines thermodures. Une autre voie proposée consiste en la combinaison de ELO et de FA à travers une polymérisation cationique, dans l’idée de créer de nouvelles résines totalement biosourcées, générant ainsi une gamme de matériaux aux propriétés mécaniques modulables.

The first part of the thesis is devoted to studies of the self-assembled monolayers of discotic liquid crystals by the STM measurements at the liquid/solid interface. For the case of a model H5T molecule the self-assembled monolayers have evidenced both: point and organizational types of chirality, despite of the fact that neither the molecule nor the substrate was chiral. For another molecular system, C-12 - a triphenylene peripherally substituted with azobenzene moieties, self-assemblies bearing the chiral nature were also evidenced. Chirality was induced by formation of six dimers of azobenzene subunits coming from the neighboring molecules, which formed “rosettes” of clockwise or counter-clockwise rotation. For the H5T, the chirality was mediated by classical van der Waals interactions between molecules and between molecules and substrate. In the case of C-12 it was shown that the self-assembly originates from the substrate-mediated hydrogen bonding between the azobenzene moieties of neighboring molecules. The second part of the thesis presents studies of the influence of the 3D confinement on the chirality of the photoactive cholesteric liquid crystal (CLC) droplets. Due to the photo-responsive character of a chiral dopant we were able to modify the cholesteric pitch of the CLC mixture and thus to map the expression of chirality for a varying geometrical confinement parameter: radius-to-pitch. We evidenced a successful control of the droplets structure by UV irradiation and we studied the induced structural changes. In particular, the 3D confinement of a photo-responsive CLC mixture was shown to positively support the helix inversion within the cholesteric droplets.; Les résultats décrits dans cette thèse démontrent une relation complexe entre le confinement géométrique de molécules à 2D et les propriétés de chiralité. Il a été démontré qu’une chiralité multimodale peut être observée pour des systèmes non chiraux par le biais du confinement 2D. Les molécules H5T forment, sur Au(111), des domaines pour lesquels deux types de chiralité peuvent être observés. Les études sur le système H5T/Au(111) ont prouvé que des interactions simples, de type van der Waals sont susceptibles de créer des chiralités complexes, ce qui donne un caractère générique a ce type de phénomène. Une autre question importante est l’apparition, pour les molécules C-12, des domaines chiraux induits par des interactions intermoléculaires spécifiques: les liaisons hydrogène entre les groupements azobenzènes de molécules voisines. L’orientation des deux domaines chiraux est déterminée par l’orientation de l’un des deux dimères d’azobenzène stable par rapport à l’Au(111).La seconde partie de la thèse est dédiée à l’étude de l’influence du confinement 3D sur la chiralité de gouttes de cristal liquide cholestérique (CLC). Grâce à la nature photo-sensible du dopant chiral utilisé, nous avons été capables de modifier le pas choléstérique du mélange de CLC et par conséquent de déterminer l’expression de la chiralité pour un ratio rayon/pas choléstérique variable. Nous sommes parvenus à contrôler le pas choléstérique au sein de gouttes par irradiation UV et nous avons étudié les variations structurelles que l’irradiation induite. Nous avons observé que le confinement 3D d’un mélange de CLC photo-sensible a une influence positive sur l’inversion de l’hélice dans la goutte.

Metal nanoparticles have unique optical properties, the control and optimization have a growing interest in fundamental research as same as applied research. A spectacular property of these nanoparticles is the localized surface plasmon resonance ( LSPR ), which is a consequence of the oscillations of free electrons at the interface between metal and dielectric.The spectral position of the plasmon resonance is largely dependent on the geometry of the nanoparticles, but also on the dielectric properties of the surrounding medium. It implies that the variation of the index of the medium surrounding the metallic nanostructures can control the LSPR resonance. Nematic liquid crystals are a great way to modify and control the plasmon resonance. Indeed, rotation of the liquid crystal molecules can induce a change in refractive index which results in a change in the optical response of the nanostructures. The aim of the thesis is to simulate arrays of gold nanoparticles in a nematic liquid crystal in order to predict the influence of the orientation of the LC molcules on the optical properties of these nanostructures. Numerical method we used is based on the finite difference time domain ( FDTD ) method. We have considered anchoring effects of molecules at the interfaces between the cell containing the liquid crystal and the substrates. And the results are compared with the case of uniform orientation of the LC molecules in the cell. The possibility of having double resonances was studied as well as the Surface Enhanced Raman Scattering (SERS ) gain associated with these specific structures, Les nanoparticules métalliques ont des propriétés optiques uniques, dont le contrôle et l'optimisation ont un intérêt grandissant tant pour la recherche fondamentale qu'appliquée. Une propriété spectaculaire de ces nanoparticules est la résonance plasmon de surface localisé, qui est une conséquence des oscillations des électrons libres à l'interface métal/diélectrique.La position spectrale de la résonance plasmon est largement dépendante de la géométrie des nanoparticules, mais aussi de la constante diélectrique du milieu environnant. Un moyen pour contrôler cette résonance consiste donc à faire varier l'indice du milieu qui entoure les nanostructures. Les cristaux liquides nématiques sont un excellent moyen pour modifier et contrôler la résonance plasmon. En effet, par rotation des molécules du cristal liquide on peut induire un changement d'indice qui se traduit par un changement de la réponse optique des nanostructures. L'objectif de la thèse est de simuler des réseaux de nanoparticules d'or, dans un cristal liquide nématique afin de prédire l'influence de l'orientation du CL sur les propriétés optiques de ces nanostructures. Le formalisme numérique utilisé est basé sur la méthode des différences finies dans le domaine temporel (FDTD). Nous avons pris en compte les phénomènes d'ancrage des molécules aux interfaces avec la cellule contenant les cristaux liquides et les structures métalliques, et comparé les résultats avec le cas d'une orientation uniforme des molécules dans la cellule. La possibilité d'avoir une double résonance a été étudiée, ainsi que les gain SERS associés à ces structures spécifiques

Liquid crystals have been all along a fertile background for scientific research, from mathematics to material science and optics; their use is not limited to displays but extends to nonlinear optics, for instance, to switching and routing of optical beams. Due to their extreme sensitivity to electric fields, and this at frequencies ranging from continuous to optical ones, they are also nonlinear media supporting the generation and propagation of self confined beams, called spatial optical solitons, at very low powers. Spatial optical solitons have the property to propagate without diffraction, since this is compensated by nonlinear self-focusing in the medium, resulting in self-induced waveguides. In nematic liquid crystals, these waveguides can in turn confine and route other optical signals and can be reconfigured, either optically or electrically, as soliton trajectories can be controlled by other fields, paving the way to all-optical manipulation. Nematic liquid crystals have also been recently employed with success in the so-called singular optics, in which the key parameter is the topologic singularity carried by the phase of an electromagnetic wave. In this thesis I will report on my work on spatial optical solitons and optical singularities in nematic liquid crystals.; Les cristaux liquides ont été tout le long un terrain fertile pour la recherche scientifique, des mathématiques à la science des matériaux, à l'optique. Leur utilisation ne se limite pas seulement à l'optique d'afficheurs mais s'étend à l'optique non linéaire, par exemple, à la commutation et au routage de faisceaux optiques. En raison de leur extrême sensibilité aux champs électriques, et ce sur une plage de fréquences allant du continu aux fréquences optiques, ils sont aussi utilises comme milieu non linéaires aptes à générer des faisceaux optiques auto-confinés, appelés solitons spatiaux optiques, à de très faibles puissances. Ces faisceaux ont la propriété de se propager sans diffraction, du fait que cette dernière est compensée par l’auto-focalisation non linéaire du milieu, avec formation de guides d'onde auto-induites. Dans les cristaux liquides nématiques, ces guides d'ondes peuvent à leur tours confiner et guider d’autres signaux optiques et peuvent être reconfigurés, soit optiquement, soit électriquement, du fait que la trajectoire des solitons peut être contrôlée par d'autres champs, ouvrant ainsi la voie à la manipulation tout-optique. Récemment, les cristaux liquides nématiques ont été également utilisés avec succès dans l'optique dite singulière, dans laquelle le paramètre clef est la singularité topologique portée par la phase de l'onde électromagnétique. Dans cette thèse, je rendrai compte de mon travail sur les solitons optiques spatiaux et les singularités optiques dans les cristaux liquides nématiques.

Liquid crystals have been all along a fertile background for scientific research, from mathematics to material science and optics; their use is not limited to displays but extends to nonlinear optics, for instance, to switching and routing of optical beams. Due to their extreme sensitivity to electric fields, and this at frequencies ranging from continuous to optical ones, they are also nonlinear media supporting the generation and propagation of self confined beams, called spatial optical solitons, at very low powers. Spatial optical solitons have the property to propagate without diffraction, since this is compensated by nonlinear self-focusing in the medium, resulting in self-induced waveguides. In nematic liquid crystals, these waveguides can in turn confine and route other optical signals and can be reconfigured, either optically or electrically, as soliton trajectories can be controlled by other fields, paving the way to all-optical manipulation. Nematic liquid crystals have also been recently employed with success in the so-called singular optics, in which the key parameter is the topologic singularity carried by the phase of an electromagnetic wave. In this thesis I will report on my work on spatial optical solitons and optical singularities in nematic liquid crystals.; Les cristaux liquides ont été tout le long un terrain fertile pour la recherche scientifique, des mathématiques à la science des matériaux, à l'optique. Leur utilisation ne se limite pas seulement à l'optique d'afficheurs mais s'étend à l'optique non linéaire, par exemple, à la commutation et au routage de faisceaux optiques. En raison de leur extrême sensibilité aux champs électriques, et ce sur une plage de fréquences allant du continu aux fréquences optiques, ils sont aussi utilises comme milieu non linéaires aptes à générer des faisceaux optiques auto-confinés, appelés solitons spatiaux optiques, à de très faibles puissances. Ces faisceaux ont la propriété de se propager sans diffraction, du fait que cette dernière est compensée par l’auto-focalisation non linéaire du milieu, avec formation de guides d'onde auto-induites. Dans les cristaux liquides nématiques, ces guides d'ondes peuvent à leur tours confiner et guider d’autres signaux optiques et peuvent être reconfigurés, soit optiquement, soit électriquement, du fait que la trajectoire des solitons peut être contrôlée par d'autres champs, ouvrant ainsi la voie à la manipulation tout-optique. Récemment, les cristaux liquides nématiques ont été également utilisés avec succès dans l'optique dite singulière, dans laquelle le paramètre clef est la singularité topologique portée par la phase de l'onde électromagnétique. Dans cette thèse, je rendrai compte de mon travail sur les solitons optiques spatiaux et les singularités optiques dans les cristaux liquides nématiques.

In this thesis the main objectives were to improve the liquid crystal shutters and to develop a stereoscopic vision application called 3D Dual View. The vision quality of a 3D system based on active glasses is direct related to the performance of the liquid crystal shutters. There are a lot of parameters that plays an important role in the quality of 3D glasses. Thus, efforts were concentrated in the organization of the liquid crystal molecules between the substrates and in the liquid crystal itself. We studied different configurations of shutters using nematic liquid crystal and ferroelectric liquid crystal (smectic), with and without polymer. Furthermore, the ferroelectric samples were analyzed using a full optical snapshot matrix Mueller polarimenter made by UBO (Université de Bretagne Occidentale) in partnership with Télécom-Bretagne. The second part was the development of 3D Dual View System. It is a stereoscopic vision system based on a mixture of active and passive 3D solution which displays a 3D image that can be viewed simultaneously by two spectators, but from different perspectives. To allow two different points-of-view of a scene or object in three dimensions, the system has to multiplex four images, one pair to form the 3D image for one viewer in one perspective and the other pair for the second viewer in other perspective. We describe different techniques to multiplex and demultiplex the video streams taking into account the physiological aspects, market, image quality and the crosstalk. The crosstalk between the images leads to an effect called ghosting, which the viewer sees a low intensity image that belongs to the other viewer. Then, we also characterized the ghosting effect (crosstalk) and proposed an algorithm of ghostbusting to compensate it., Dans cette thèse, les principaux objectifs étaient d'améliorer les obturateurs à cristaux liquides et la vision stéréoscopique pour développer l¿application 3D Dual View. La qualité du système de vision 3D basée sur les lunettes actives est directement liée à la performance des obturateurs à cristaux liquides. Ainsi, les efforts ont été concentrés dans l'organisation des molécules de cristaux liquides entre les substrats et dans le cristal liquide lui-même. Nous avons étudié les obturateurs en utilisant différentes configurations de cristal liquide nématique et cristaux liquides ferroélectriques (smectique), avec et sans polymère. En outre, les échantillons ferroélectriques ont été analysés en utilisant un polarimètre de Mueller faite par UBO (Université de Bretagne Occidentale). La deuxième partie a été le développement de la 3D View Dual. Il s'agit d'un système de vision stéréoscopique basé sur un mélange de solution 3D active et passive pour afficher une image 3D que peut être vu simultanément par deux spectateurs, mais à partir de perspectives différentes. Pour permettre deux points de vue différents d'une scène ou d'un objet en trois dimensions, le système doit multiplexer quatre images, une paire pour former l'image 3D dans une perspective et l'autre paire pour le deuxième spectateur dans un autre point de vue. Nous décrivons les différentes techniques de multiplexage et démultiplexage des flux vidéo en tenant compte des aspects physiologiques, le marché, la qualité de l'image et de la diaphonie. La diaphonie entre les images conduites à un effet appelé ghosting, que le spectateur voit une image à faible intensité de l'autre spectateur. Ensuite, nous avons caractérisé également l'effet fantôme et proposé un algorithme pour compenser cela.

In this study, we have synthesized two families of new carbohydrate-based amphiphilic derivatives: a series of alkyl glucoside ethers varying in terms of chain length and position on the sugar, and a series of glucosteroids varying in terms of alkyl spacer and, for the disutibstuted systems, in terms of alkyl side chain length. By the means of analytical methods, such as NMR spectroscopy, mass spectroscopy and elementary analysis, the structure of all the compounds was carefully established, as well as their purity. Their liquid crystalline behaviors were studied by the means of transmission light microscopy and differential scanning calorimetry. The two families of compounds which have been studied illustrate how much the behavior can be essentially related to polar interactions (H-bonding), therefore to the sugar moiety, for the ether series, or to hydrophobic interactions (lipid-lipid) in the glucosteroid series. In this latter series, preference for either steroid-stroid or steroid alkyl packing appears as an insight in understanding the behavior of complex lipids, showing potentially more than one conformational structure with important consequences on the supramolecular level, therefore to their potential biological role. This could be regarded as “lipid denaturation” by analogy to the protein denaturation. Also, when we see that compounds like the glycosteroids having an long chain ester -CAG, BbGL-I, are found to exist in Nature, and how much glycolipid-cholesterol interactions were recently shown to be critical in some biological processes, it is hoped that our observations can provide a new vision angle for the study of complex lipids and glycolipids. As a start to develop new probes targeting the “lipid raft” microdomain in membranes, we also explored a sequence towards carbohydrate laurdan hybrids. Further development of this strategy and evaluation of the biological properties is programmed within new collaborative projects., Cette thèse est une contribution à l’étude des relations structure propriétés dans le domaine de la glycoamphiphilie. Trois nouvelles familles de neoglycolipides ont été synthétisées, deux familles principalement destinées à apporter des éléments sur l’état liquide cristallin des glycolipides, et une troisième famille permettant d’aborder l’étude de nouvelles glycosondes fluorescentes. Plus de 50 produits finaux ont été préparés (et donc leurs très nombreux précurseurs) et caractérisés structuralement par spectroscopie RMN, de masse, et par analyse élémentaire. Les propriétés liquides cristallines de ces nouveaux produits ont été ensuite étudiées par microscopie optique et DSC. L’étude des propriétés liquides cristallines de la famille d’éthers montrent que la localisation de la chaine sur le squelette sucre modifie la répartition entre liaisons hydrogène inter- ou intra moléculaires entre têtes polaires sucres. L’analyse du comportement thermotrope des glucostéroïdes, notamment ceux qui sont disubstitués, montre que les interactions lipide-lipide sont également très importantes. Il a été observé que ces systèmes complexes pouvaient adopter deux types d’architectures au niveau supramoléculaire en fonction de la flexibilité du système, laissant plus ou moins aux trois motifs présents dans la molécule la liberté de choisir leur préférence d’autoassociation. Les glycostéroïdes étant largement rencontrés dans la Nature, on peut considérer que ces observations nouvelles qui ont été apportées signalent que le comportement supramoléculaire de telles molécules est potentiellement multiple. Enfin, une brève exploration d’une nouvelle famille de glycosondes fluorescentes a été abordée.

NMR spectroscopy in weakly and highly orienting media is used as a route for dealing with orientational, positional, structural and conformational problems of a variety of small rigid and flexible organic molecules in solution. First, the very weak orientational order of a quasi-spherical molecule dissolved in a nematic phase is exploited for exploring the role of the different contributions to the observed dipolar coupling. In such a limit condition, a predominant effect of the non-rigid reorientation-vibration coupling term emerges. Then, NMR data obtained from small rigid probes dissolved in smectic solvents are combined with a statistical thermodynamic density functional theory, in order to measure the positional order parameters of both solutes and solvent. The methodology gives good results when applied to a conventional smectic A liquid crystal and to the more delicate case of an interdigitated smectic Ad phase. The strategy is subsequently extended to the investigation of structure, order and conformational equilibrium of flexible bioactive or biomimetic molecules dissolved in various partially ordered NMR solvents. A first experimental and theoretical study is presented on the symmetric single-rotor molecule of biphenyl dissolved in a thermotropic liquid crystal. This test-case indicates molecular dynamics simulations are a promising tool for estimating a set of dipolar couplings of a solute in a thermotropic solvent, to be used as starting set of parameters in a standard operator-mediated NMR spectral analysis. Then, we report the conformational study of some single- and two-rotor nonsteroidal anti-inflammatory drugs, belonging to the families of salicylates and profens, dissolved in weakly orienting chiral nematic PBLG phases. A new pulse sequence, the Gradient Encoded heTeronuclear 1H-19F SElective ReFocusing NMR experiment (GET-SERF), is proposed here for the trivial edition of all 1H-19F couplings in one single NMR experiment, for a given fluorine atom. Starting from homo- and heteronuclear dipolar couplings, difficult to extract in thermotropic solvents because of a too complex spectral analysis, the torsional distributions of such molecules can be satisfactory described by the Additive Potential model combined with the Direct Probability Description of the torsional distribution in terms of Gaussian functions (AP-DPD approach). Finally, the conformational and orientational study of two stilbenoids displaying cooperative torsions is discussed in both a highly and weakly ordering liquid crystal phase. This comparative study allows to draw some conclusions on reliability, accuracy and accessibility of desired data in the two phases. Overall, this work proves NMR in liquid crystals is a flexible and meaningful tool for studying order, structure and conformation and it can greatly benefit from the availability of several aligning media inducing a different degree of order., La spectroscopie RMN alliée à l’utilisation de solvants cristal-liquide fortement et faiblement orientants est une stratégie efficace pour élucider les structures et distributions conformationnelles de petites molécules organiques rigides et flexibles en solution, et déterminer les ordres orientationnel et positionnel des solutés comme des solvants orientés. Dans une première partie, afin d’explorer les différentes contributions aux couplages dipolaires d’un soluté donné, la très faible amplitude de l’ordre orientationnel d’une molécule quasi-sphérique, le tetramethylallène, dissoute dans un nématique thermotrope est exploitée. Dans cette situation limite, le caractère prédominant des mécanismes de réorientation et de vibration moléculaire est mis en évidence, et estimé. Dans une seconde partie, les données RMN obtenues à partir de solutés de petites tailles dissous dans des solvants smectiques sont combinées aux résultats de calculs reposant sur des concepts de thermodynamique statistique et de la théorie de la fonctionnelle de densité. L’efficacité de cette méthode dans la détermination des paramètres d’ordres positionnel du solvant et orientationnel des molécules-sondes est démontrée aussi bien dans le cas de phases conventionnelles smectiques A que celui plus délicat de smectiques interdigitées Ad. La stratégie d’analyse proposée est ensuite étendue à l’investigation des structures tridimensionnelles et équilibres conformationnels de molécules flexibles bioactives ou biomimétiques. Dans une perspective méthodologique, à l’aide d’études expérimentale et théorique portant sur le biphényle, molécule symétrique constituée d’un unique rotor, il est tout d’abord démontré l’intérêt des méthodes de simulations par dynamique moléculaire pour évaluer l’ensemble des couplages dipolaires d’un soluté donné dans une phase thermotrope, ultérieurement utilisés comme paramètres initiaux dans une analyse spectrale itérative, et in fine déterminées précisément. L’analyse spectrale chronophage et dont l’aboutissement est incertain si les paramètres initiaux sont difficiles à estimer, en est ainsi facilitée. Puis, les distributions conformationnelles d’anti-inflammatoires non stéroïdiens de dérivés salicylés et profènes, fluorés ou non, constitués d’un ou deux rotors indépendants sont présentées. Via l’utilisation inédite du modèle AP-DPD dans les solvants nématiques (chiraux) lyotropes faiblement orientants, et à partir des couplages dipolaires homo- et hétéronucléaires notamment obtenus grâce à l’expérience RMN GET-SERF, créée à propos pour permettre l’extraction simple et rapide des couplages 1H-19F, les surfaces d’énergie potentielle de ces biomolécules sont décrites de façon satisfaisante. Enfin, les équilibres conformationnels de deux stilbénoïdes constitués de deux rotors coopératifs sont déterminés dans deux solvants cristal-liquide, l’un fortement, l’autre faiblement orientant. Ces études comparatives permettent de discuter la fiabilité, la précision et l’accessibilité des observables RMN extraites dans les phases, et d’établir la complémentarité des analyses RMN réalisées dans ces solvants.

The need to expand further the range of mesomorphic organization, develop original materials where different functionalities can be added (i.e. multifunctional), and to design “multitask materials” with tunable properties are particularly interesting and crucial challenges for potential uses in future technologies. On the one hand, we focused on the design and synthesis of multifunctional materials (liquid crystalline, dendritic, photoresponisve) which are suitable for making thin films where photoinduced optical anisotropy and surface relief gratings can be generated. The mesomorphic behaviour of these dendrimers was investigated and also their optical properties. On the other hand, we grafted structurally related protodendritic mesogenic ligands to monodisperse gold nanoparticles to elaborate liquid crystalline hybrids in order to self-organize NPs in periodic arrays. A set of dendronized gold nanohybrids was synthesized to carry out this study.; Pour ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés dans une première partie à la conception et à la synthèse de nouveaux matériaux multifonctionnels (LC, photosensible, systèmes moléculaires dendritiques) capables d'être élaborés en films minces anisotropes et doués de propriétés photo-induites. Nous avons réalisé l'étude complète des propriétés mésomorphes de ces nouveaux matériaux et de dérivés structuraux (en fonction de la connectivité dendritique intrinsèque) par la diffraction des rayons X aux petits angles; l’étude de leurs propriétés optiques a également été effectuée. Dans une seconde partie, nous avons fonctionnalisé des nanoparticules d'or avec des ligands dendritiques mésogènes afin d'organiser ces particules dans des structures mésomorphes. Les objectifs principaux de cette partie sont tout d’abord la synthèse d'une "bibliothèque" de nanoparticules mésomorphes dendronisées, et ensuite la caractérisation de réseaux simples formée par l’auto-assemblage des particules précédentes.

At a time where miniaturization is one of the main challenges in science, the physics of wetting at small-scales is far from being completely understood. The structuring role of the interface(s), the heterogeneities of the substrate or the occurence of line effects over surface effects begin to matter. The aim of the present experimental PhD thesis is then to bring new clues to help the development of theoretical analysis. Two complex small-scale systems are studied: thin films of nematic liquid crystals on liquid substrates as well as droplets and precursors of ionic liquids on solid substrates. Compared to an usual liquid, two ingredients must be added to describe the wetting properties of nematic liquid crystals: elasticity which is the source of long range interactions and anchoring which describes the specific role played by the boundary conditions. On a liquid substrate, thin films with antagonist anchorings exhibit complex structures and thickness coexistence. Different systems were studied under optical microscope both in the nematic rangeand around the nematic / isotropic transition. The results were compared to available models based on continuum theory of nematic elasticity. Ionic liquids are molten salts at ambient temperature. They are now ubiquitous in industry, which explains that their wetting behaviour on small-scales is a hot topic. Small quantities of ionic liquid were deposited on several substrates, smooth or rough. The landscape obtained, droplets and thin films, was then imaged using Atomic Force Microscopy (AFM). The results were compared to available models for thin films and nanoscopic drops., A une époque où la miniaturisation est l'un des principaux défis de la science, la physique du mouillage aux petites échelles est loin d'être complètement comprise. Le rôle structurant des interfaces, les hétérogénéités du substrat ou l'occurrence d'effets dits de "ligne" commencent à se faire sentir. Le but de la présente thèse, expérimentale, est d'apporter de nouveaux indices permettant le développement des analyses théoriques. Deux systèmes à petite échelle et complexes ont été étudiés : les films minces de cristaux liquides sur substrat liquide et les précurseurs de liquides ioniques sur substrats solides. La description des propriétés de mouillage des cristaux liquides nématiques nécessite deux ingrédients s'ajoutant à ceux des liquides usuels : l'élasticité, qui est source d'interactions à longue portée et l'ancrage qui décrit le rôle spécifique joué par les conditions aux limites. Sur un substrat liquide, les films minces nématiques avec des conditions d'ancrage antagonistes montrent des structures complexes ainsi qu'une coexistence d'épaisseurs. Différents systèmes ont été étudiés au microscope optique dans la gamme de température nématique et aux alentours de la transition nématique / isotrope. Les résultats ont été comparés aux modèles disponibles qui sont basés sur une théorie continue de l'élasticité nématique. Les liquides ioniques sont des sels surfondus à température ambiante. Ils sont devenus omniprésents dans l'industrie, ce qui explique que la compréhension de leur mouillage soit un sujet brûlant. De faibles quantités de liquides ioniques ont été déposées sur différents substrats, lisses ou rugueux. Le paysage que l'on obtient, gouttelettes et films minces, a été imagé par AFM (Atomic Force Microscopy). Les résultats ont été comparés aux modèles disponibles pour les films minces et les gouttes nanoscopiques.

International audience; We present in this Rapid Communication experimental evidence of an acceleration of the zenithal easy-axis dynamics of a nematic liquid crystal (NLC) with the age of a NLC-polymer layer. The comparison with other hard alignment layers strongly indicates that the polymer softness and its ability to reorient in the nematic ordering field is at the origin of the measured dynamics. The unusual acceleration of the dynamics with the polymer age is discussed in terms of this unique coupling with the NLC order. The NLC behaves like a physical plasticizer as a result of the coupling between the NLC and the polymer orders.

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

The turbine components of a gas turbine need extensive cooling to withstand the high heat loads generated by the flow of the hot combustion gases. The leading edge of a turbine blade is one of the areas that faces the hottest gas flow conditions and is thus one of the most critical areas to be cooled. The stagnation region of turbine airfoils is generally cooled with showerhead cooling scheme, which consist in injecting coolant onto the stagnation region through closely spaced rows of film cooling holes. This provides convective cooling inside the holes and produces a layer of coolant film on the external surface. The objective of this study is to investigate experimentally the influence of mainstream incidence on showerhead film cooling. The film cooling effectiveness and heat transfer coefficient were thus measured on a series of symmetric blunt bodies with different showerhead configurations simulating the leading edge of turbine airfoils. Tests have been performed at 0° on-design and 5° off-design mainstream incidences at an approach Mach number of 0.26. Besides the mainstream incidence angle, the investigated parameters were the blowing ratio, the wedge angle, the row location, the spanwise pitch between the holes and the hole shape. In addition to the film cooling measurements, baseline heat transfer tests were performed on test models without film cooling holes in order to evaluate the film cooling performances. To characterize the mainflow conditions and the velocity profile on the test models, aerodynamic measurements have also been carried out. The heat transfer measurements have been performed using the transient liquid crystal technique. The transient experiments were generated by a pre-conditioning system and a rapid insertion mechanism. The data analysis was adapted to measurements on highly curved surfaces using the approximate analytical solution of the heat conduction into a solid cylinder with convective boundary conditions on the surface. Time-varying adiabatic wall temperatures were accounted for using Duhamel's superposition theorem. The first tested showerhead geometry was a triangular blunt body representative of a turbine rotor blade showerhead with a circular leading edge, a 21.1° wedge angle and two film cooling rows. Because of jet lift-off, the film cooling performances of this two-row configuration were relatively low and were almost unaffected by the increase of blowing ratio from 1.5 to 3.9. The heat transfer coefficient was found to be greatly increased at the row location in comparison to the case without film cooling. At 5° off-design incidence angle, the stagnation line moves passed the pressure side row. The two rows were then located on the same side of the stagnation line and were both blowing towards the suction side. On the suction side the film cooling protection was thus very good due to film accumulation but the pressure side was left almost unprotected resulting in highly asymmetric film cooling performances. Two-dimensional FEM calculations of the metal temperature in this second geometry have been performed at engine representative conditions for design and off design mainstream incidences. It was found that the contribution of the film cooling to cool the leading edge region was rather small in comparison to the contribution of the internal convective cooling. Showerhead film cooling was however required to effectively cool the stagnation region and to obtain a uniform surface temperature. The second tested showerhead geometry was similar to the first geometry but with an increased wedge angle of 55° and cooling rows located further downstream. The film cooling performances were found to decrease when the blowing ratio was increased from 1.2 to 3.0 because of jet lift-off. At middle blowing ratio (2.0), the film cooling effectiveness had similar values as for the first geometry. However, the heat transfer increase due to the presence of the film cooling jets was much higher for the second geometry because of higher local mainstream velocities at the injection locations. The resulting film cooling performances were thus lower for the second geometry than for the first geometry. Nevertheless, the larger wedge angle and the cooling rows located further downstream assured that the stagnation line stayed in-between the two cooling rows even at 5° off-design incidence. The second geometry had thus the advantage to be much less sensitive to incidence angle and, unlike the first geometry, provided very similar film cooling performances at 5° and at 0° incidence. The use of shaped holes was found to greatly improve the film cooling performances of the second geometry due to a better lateral coverage and a reduced tendency of jet lift-off.

La dispersion modale de polarisation (PMD) est devenue pour les transmissions optiques haut débit, un des principaux facteurs qui limite la qualité du signal. Au premier ordre, la PMD génère un dédoublement des impulsions alors qu'au deuxième ordre, c'est un élargissement et des distorsions d'impulsions qui se produisent. Plusieurs solutions optiques, pour la compensation de PMD, ont été proposées, toutes utilisent un contrôleur de polarisation. L'objectif de cette thèse est donc l'étude du contrôle de la polarisation rapide et sans fin pour la compensation de PMD. Trois architectures de contrôleur avec deux lames biréfringentes à axe tournant ont été proposées et testées. Ces architectures permettent de transformer continûment les états de polarisation avec seulement deux degrés de liberté. Des simulations et des études expérimentales ont été effectuées, et elles ont démontré la faisabilité des architectures et des algorithmes proposés. Parallèlement, nous nous sommes intéressés à l'évaluation qualitative et quantitative de l'impact de la PMD au deuxième ordre, avec compensation de PMD au premier ordre, en simulant des systèmes de transmission optique à 40Gbit/s. Les résultats ont démontré que les deux composantes de la PMD au deuxième ordre: dépolarisation et dispersion chromatique dépendant de la polarisation, ont des conséquences très différentes sur les pénalités du rapport signal à bruit optique.

International audience; The control of the enantiomeric purity of chiral molecules is a crucial task for pharmaceutical laboratorieswhose one of priorities is to dispose of bioactive enantiopur drugs as well as organic chemists developingnew asymmetric syntheses. In this fi eld, NMR spectroscopy in chiral liquid crystals provides new and originalsolutions, thus giving a suitable alternative to classical methods either chromatographic (GC, HPLC) orspectral (NMR). In this article, we present various aspects of this methodology and in particular we describethe analytical potential of the natural abundance deuterium NMR in polypeptide oriented solvents, thatappears to be a very promising approach.; Le contrôle de la pureté énantiomérique de molécules chirales est devenu un enjeumajeur, tant pour les laboratoires pharmaceutiques dont l‘une des priorités est dedisposer de composés bioactifs énantiopurs, que pour les chimistes organiciensdéveloppant de nouvelles synthèses asymétriques. Dans ce domaine, la RMN dansles cristaux liquides chiraux apportent des solutions nouvelles et originales, off rantune véritable alternative aux méthodes utilisées en routine dans les laboratoires :méthodes chromatographiques (GC, HPLC) ou spectrales (RMN). Dans cet article, nousprésenterons divers aspects de cette technique, et en particulier, les potentialitésanalytiques associées à la RMN du deutérium en abondance naturelle dans les solvantsorientés polypeptidiques, qui se révèle être une approche très prometteuse.

Using a twisted nematic liquid crystal system exhibiting planar Ising model dynamics, we have measured the scaling exponent $\theta$ which characterizes the time evolution, $p(t) \sim t^{-\theta}$, of the probability p(t) that the local order parameter has not switched its state by the time t. For 0.4 seconds to 200 seconds following the phase quench, the system exhibits scaling behavior and, measured over this interval, $\theta = 0.19 \pm 0.031$, in good agreement with theoretical analysis and numerical simulations., Comment: 4 pages RevTeX (multicol.sty and epsf.sty needed): 1 EPS figure. Introduction and reference list modified

Exploiting the angular momentum degree of freedom of light to control the mechanical effects that result from light-matter exchanges of linear momentum is an intriguing challenge that may open new routes towards enhanced optical manipulation of material systems. In this context, our work addresses the interplay between the chirality of matter and the chirality of optical fields. Experimentally, this is done by using cholesteric liquid crystal droplets interacting with circularly polarized light and we provide with theoretical developments to quantitatively support our observations. Our main result is the demonstration of optical radiation force controlled by the photon helicity. This phenomenon is then used to demonstrate the optofluidic sorting of material chirality and the helicity-dependent three-dimensional optical trapping of chiral liquid crystal microspheres.; Exploiter le degré de liberté angulaire de la lumière pour contrôler les forces optiques ouvre une nouvelle voie pour la manipulation optique de systèmes matériels. Dans ce contexte, notre travail porte sur l’interaction lumière-matière en présence de chiralité, qu’elle soit matérielle ou ondulatoire. Expérimentalement, nous avons utilisé des gouttes de cristaux liquides cholestériques interagissant avec un ou plusieurs champs lumineux polarisés circulairement et nous avons apporté une description quantitative de nos observations. Notre principal résultat correspond à la démonstration que la pression de radiation optique peut être contrôlée par l’hélicité du photon. Ce phénomène est ensuite utilisé, d’une part pour faire une démonstration de principe du tri de la chiralité matérielle via une approche optofluidique et d’autre part pour réaliser un piège optique tridimensionnel sensible à la chiralité de l’objet piégé.