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Bulk metallic glasses are known for their superior strength performances with respect to crystalline counterparts, but also for a macroscopically brittle behaviour. Nevertheless, mechanical size effects have surprisingly been reported when reducing the specimen dimensions. In order to study such effects, the mechanical properties of thin Zr65Ni35 metallic glass films – deposited by DC magnetron sputtering – have been investigated for thickness ranging from 200 up to 900 nm. The mechanical behavior was studied for films deposited on Si substrate and for freestanding films as well. Zr65Ni35 films exhibit the same atomic structure as indicated by the absence of shift of diffraction peaks and by the constant values of the mass density, elastic properties, and activation volume. However, the cracking mechanisms of the film on the substrate are thickness dependent, resulting from a thickness confinement effect on the development of the plastic zone. The mechanical properties of freestanding films were investigated using an original technique of micro-tension controlled by internal stresses. Homogeneous plastic strains (up to 10 %) combined with very high stresses (up to 3500 MPa) were attained. The specimen cross-sectional area was the key parameter affecting the probability to get percolation of defects involved in the plastic deformation as confirmed by the constant value of the activation volume estimated analyzing stress relaxation phenomena. The effect of the composition on the mechanical properties has been investigated as well and, in this case, the changes in mechanical behavior were preferentially attributed to modifications of the metallic glass atomic structure.; Les verres métalliques massifs sont connus pour leurs propriétés de résistance mécanique supérieures par rapport aux matériaux cristallins, mais aussi par une fragilité macroscopique. Cependant, des effets d’échelle sur le comportement mécanique ont été parfois reportés de manière inattendue lors de la réduction des tailles des échantillons. Afin d’étudier de tels effets, on s’est intéressé aux propriétés mécaniques de films minces en verre métallique de composition Zr65Ni35 et d’épaisseurs entre 200 et 900 nm ; les films étant obtenus par pulvérisation cathodique. Le comportement mécanique de ces films a été étudié à la fois sur substrat Si et sur des films libres. On montre que les films avec composition Zr65Ni35 ont la même structure atomique comme indiqué par l'absence de décalage des pics de diffraction et par des valeurs constantes de la densité, des propriétés élastiques, et du volume d'activation. Cependant, les mécanismes de fissuration varient avec l’épaisseur du film sur substrat, mais que cette variation résulte essentiellement d’un effet de confinement de l’épaisseur sur le développement de la zone plastique. Les propriétés mécaniques des films libres ont été étudiées en utilisant notamment une technique originale de micro-traction actionnée par contrainte interne. Dans ces conditions, des déformations plastiques importantes (jusqu’à 10%) combinées à des niveaux de contraintes élevés (jusqu’à 3500 MPa) ont pu être obtenues et on a montré qu’un paramètre important dans le contrôle des propriétés était l’aire de la section du film pouvant influencer la capacité d’obtention d’une percolation des défauts mis en jeu lors de la déformation plastique. Cela a été confirmé par des valeurs constantes du volume d’activation, estimé en étudiant les phénomènes de relaxation de la contrainte. L'effet de la composition du film sur les propriétés mécaniques a également été analysé et, dans ce cas, les variations de comportement mécanique ont été reliées à des modifications de la structure atomique du verre métallique.

Amorphous polymers present dynamical heterogeneities at the scale of 3 to 5nm near Tg. Their contributions to mechanical properties are still not well known. We thus consider a simple model where each dynamical heterogeneities has its own relaxation time randomly drawn is a log-normal time distribution. A coarse –grained model at the dynamical heterogeneity is then developed in the continuous medium approximation. Finite element simulations are performed to calculate macroscopic mechanical properties of amorphous polymers taking account of mechanical couplings between heterogeneities. We show that the glass transition is controlled by a percolation of slow domains. Mechanical couplings result in viscoelastic spectrum highly narrowed as compared to the microscopic one. In thin films of polymers, we evidence a slowdown of the dynamics of relaxation as compared to the bulk one. Considering that a high applied stress increase the dynamics of polymers, we show that dynamical heterogeneities result in an internal stress network. The latter is a consequence a plastic deformation and result in an internal energy which is not released after an unloading., Les polymères amorphes présentent des hétérogénéités dynamiques à l'échelle de 3 à 5nm proche de la température de transition vitreuse. Leur contribution aux propriétés mécaniques est encore mal connue. Pour ce faire, nous considérons un modèle simple dans lequel chaque hétérogénéité dynamique possède un unique temps de relaxation distribué aléatoirement selon une loi log-normale. Un modèle coarse-grained à l’échelle d’une hétérogénéité dynamique est alors développé dans le cadre de l'approximation des milieux continus. Ainsi, des simulations par éléments finis nous permettent de calculer les propriétés mécaniques macroscopiques des polymères en tenant compte des effets de couplage mécaniques en hétérogénéités. Nous montrons que la transition vitreuse est pilotée par un réseau de percolation des domaines lents. Nous mettons également en évidence les couplages mécaniques intervenant entre hétérogénéités dynamiques. Dans le cas des films minces de polymères confinés à l’échelle de quelques dizaines de nanomètres, nous montrons que les hétérogénéités dynamiques permettent de rendre compte d’un ralentissement de la dynamique macroscopique du film. En considérant que pour de fortes contraintes, la dynamique locale des polymères massifs est accélérée, nous démontrons que les hétérogénéités dynamiques permettent de rendre compte d’un phénomène de contrainte interne à un système, celle-ci étant la cause d’une partie non récupérable de l’énergie élastique stockée un système lors d’une déformation plastique.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; Les revêtements de couches minces à faible énergie d'adhésion soumis à des forces de compression peuvent subir un phénomène de flambage et de délaminage simultané appelé « cloquage ». Le mécanisme de formation et de propagation des rides droites et des cloques circulaires a été largement étudié dans la littérature dans le domaine élastique. Cependant, l'effet de la plasticité dans le film sur la propagation et l'équilibre de telles cloques n'a encore pas été analysée . Dans cette étude, un modèle de plaque géométriquement non linéaire sur un plan rigide couplé à un modèle de zone cohésive pour l'interface a été utilisé pour voir en quoi le développement de plasticité au sein du film modifie l'équilibre de flambage, en particulier dans le cas de la ride droite et de la cloque circulaire.

Energy production by a clean and environmental processes is a real challenge. Fuel cell technology is good candidate to answer this objective. The major problem of the Solid Oxide Fuel Cell is their high operating temperature (around 1000°C) for a massive industrialisation. Decreasing these temperature at 700°C allows a reduction of cost manufacturing and increase the lifetime, in this case the new challenge is to avoid the performances losses.During this phD work, dry surface treatment processes are employed for produce the fuel cell core. The thickness reduction of each part limit the performances decreasing generate by the modification of the temperature. The materials used is a Ni-Yttria stabilised zirconia cermet (Ni-YSZ) for the anode, YSZ with or without gadolinnia doped ceria (GDC) for electrolyte and rare earth nickelate for the cathode component. All material are a usual employed in the SOFC technology. All coating are synthesized and characterised separately. After a third generation of fuel cell is realized on ITM porous metal support produced by PLANSEE. The anode has been deposit by atmospheric plasma spray, the electrolyte and cathode have been synthesised by reactive magnetron sputtering., L’un des enjeux relatif au déploiement des piles à combustible à oxyde solide comme système de production d’une énergie propre relève de la température de fonctionnement qui est actuellement autour de 1000°C. Abaisser cette température tout en préservant les performances afin de réduire les coûts de fabrication et d’augmenter la durée de vie des systèmes a été l’objectif dece travail de doctorat.Un coeur de pile à combustible (anode-électrolyte-cathode) élaboré avec des procédés physiques de dépôts (projection par plasma atmosphérique et pulvérisation cathodique magnétron) a été développé et optimisé sur un support métallique poreux. Les matériaux étudiés ont été un cermet en Nickel-Zircone stabilisée à l’Ytttrium (Ni-YSZ) pour l’anode, un électrolyte en YSZ avec ou sans couche de cérine gadoliniée (GDC) et les nickelates de terres rares comme cathode. La maitrise des procédés de revêtements a permis de réduire les épaisseurs de chaque couche et d’assurer la cohésion de l’ensemble des 3 couches avec des caractéristiques cristallographiques, microstructurales et de porosité adaptées. . Les performances électrochimiques ont été étudiées pour chaque élément du coeur de pile puis pour l’ensemble du système élaboré sur métal poreux. Même si les performances atteintes ne sont pas encore suffisantes, les procédés de revêtements optimisés pour recouvrir un support métallique poreux ont confirmé leur potentiel.

Energy production by a clean and environmental processes is a real challenge. Fuel cell technology is good candidate to answer this objective. The major problem of the Solid Oxide Fuel Cell is their high operating temperature (around 1000°C) for a massive industrialisation. Decreasing these temperature at 700°C allows a reduction of cost manufacturing and increase the lifetime, in this case the new challenge is to avoid the performances losses.During this phD work, dry surface treatment processes are employed for produce the fuel cell core. The thickness reduction of each part limit the performances decreasing generate by the modification of the temperature. The materials used is a Ni-Yttria stabilised zirconia cermet (Ni-YSZ) for the anode, YSZ with or without gadolinnia doped ceria (GDC) for electrolyte and rare earth nickelate for the cathode component. All material are a usual employed in the SOFC technology. All coating are synthesized and characterised separately. After a third generation of fuel cell is realized on ITM porous metal support produced by PLANSEE. The anode has been deposit by atmospheric plasma spray, the electrolyte and cathode have been synthesised by reactive magnetron sputtering., L’un des enjeux relatif au déploiement des piles à combustible à oxyde solide comme système de production d’une énergie propre relève de la température de fonctionnement qui est actuellement autour de 1000°C. Abaisser cette température tout en préservant les performances afin de réduire les coûts de fabrication et d’augmenter la durée de vie des systèmes a été l’objectif dece travail de doctorat.Un coeur de pile à combustible (anode-électrolyte-cathode) élaboré avec des procédés physiques de dépôts (projection par plasma atmosphérique et pulvérisation cathodique magnétron) a été développé et optimisé sur un support métallique poreux. Les matériaux étudiés ont été un cermet en Nickel-Zircone stabilisée à l’Ytttrium (Ni-YSZ) pour l’anode, un électrolyte en YSZ avec ou sans couche de cérine gadoliniée (GDC) et les nickelates de terres rares comme cathode. La maitrise des procédés de revêtements a permis de réduire les épaisseurs de chaque couche et d’assurer la cohésion de l’ensemble des 3 couches avec des caractéristiques cristallographiques, microstructurales et de porosité adaptées. . Les performances électrochimiques ont été étudiées pour chaque élément du coeur de pile puis pour l’ensemble du système élaboré sur métal poreux. Même si les performances atteintes ne sont pas encore suffisantes, les procédés de revêtements optimisés pour recouvrir un support métallique poreux ont confirmé leur potentiel.

In the field of materials used as absorbers in solar energy conversion devices there are two major sectors: bulk materials in which dominates the crystalline silicon (c-Si) and thin film materials. These latters have many advantages over crystalline materials. One of these advantages is that the technologies used are less energy demanding which ensure a relatively quick payback. Furthermore, they can be deposited over large areas. Some thin films to be mentioned are the hydrogenated amorphous silicon, CIGS alloys or compounds such as CdTe. New materials have also emerged as organic blends or perovskites. However, they have the disadvantage to lead to devices with lower conversion efficiency than c-Si. This is why researches are ongoing to improve the transport properties of these materials to optimize the conversion efficiencies of the associated devices. These researches pass through a characterization of the transport properties in connection with manufacturing parameters.In GeePs laboratory the "thin film semiconductor" team has developed many characterization techniques for these thin films. Among these techniques, mainly based on their photoconductive properties, one finds conductivity and photoconductivity measurements that provide also access to the activation energy and the mobility-life time product of the majority carriers. There is also the modulated photocurrent technique that gives access to the density of states in the band gap or even a laser interferometry technique (SSPG for steady state photocarrier grating), which gives an estimate of the mobility-life time product of minority carriers. The light generations used (DC, modulated, interference) varying from one technique to another, all these techniques were previously performed on different benches, some enabling temperature dependent measurements under vacuum, other making measurements under atmospheric pressure at room temperature.During this thesis we gathered all these techniques on the same measurement bench and all the characterizations can now be done under vacuum and depending on temperature for different "shapes" of light generation. This ensures that the samples are measured under the same conditions and that all the parameters obtained well relate to the same given state of the studied film. This is particularly essential for organic materials or perovskites whose quality can be deteriorated by long term exposure to ambient air. This new bench required mechanical (construction of a new cryostat, realization of an automatic interference system with variable grating period), technical (use of an electro-optic modulator to produce the desired light generation) and software (control of the entire system, automatic measurement) developments.We first present the theoretical developments of each technique to clarify which parameter(s) can be deduced and its measurement conditions. Then, in a second part we present the technical developments we have made to ensure good measurement conditions. Finally, we present the characterizations performed and the experimental results we obtained on different types of thin films. A material was particularly used to validate the new measurements, hydrogenated amorphous silicon, but we also studied materials such as perovskites, P3HT:PCBM (organic) or Sb₂S₃., Dans le domaine des matériaux utilisés comme absorbeurs dans les dispositifs de conversion de l’énergie solaire on peut distinguer deux grandes filières : les matériaux massifs, dans lesquels domine le silicium cristallin, et les matériaux en couches minces. Ces derniers présentent de nombreux avantages par rapport aux matériaux cristallins. Un de ces avantages est que les technologies utilisées sont moins consommatrices d’énergie ce qui assure un retour sur investissement relativement rapide. En outre, ils peuvent être déposés sur de grandes surfaces. On peut citer comme matériaux le silicium amorphe hydrogéné, les alliages CIGS ou les composés tels que le CdTe. De nouveaux matériaux sont également apparus comme les organiques ou les pérovskites. Toutefois, ils présentent l’inconvénient de donner des dispositifs avec un rendement de conversion plus faible que les matériaux cristallins massifs. C’est pourquoi des recherches sont toujours en cours pour améliorer les propriétés de transport de ces matériaux afin d’optimiser les rendements de conversion des dispositifs associés. Ces recherches passent par une caractérisation des propriétés de transport en lien avec leurs paramètres de fabrication.Au laboratoire GeePs l’équipe "semi-conducteurs en couche mince" a développé de nombreuses techniques de caractérisation de ces couches minces. Parmi ces techniques, essentiellement basées sur les propriétés photoconductrices des films minces, on trouve des mesures de conductivité et photo-conductivité qui donnent aussi accès à l’énergie d’activation et au produit mobilité-durée de vie des porteurs majoritaires. On trouve également la technique de photo-courant modulé qui donne accès à la densité d’états dans la bande interdite ou bien encore une technique d’interférométrie laser (SSPG pour steady state photocarrier grating) qui donne une estimation du produit mobilité-durée de vie des porteurs minoritaires. Les générations lumineuses utilisées (DC, modulée, interférentielle) variant d’une technique à une autre, toutes ces techniques étaient jusqu’à présent réalisées sur différents bancs de mesure, certains permettant des mesures sous vide en fonction de la température, d’autres réalisant les mesures sous atmosphère et température ambiante.Durant cette thèse nous avons regroupé toutes ces techniques sur un même banc de mesure et toutes les caractérisations peuvent maintenant se faire sous vide et en fonction de la température pour différentes formes de générations lumineuses. Ceci assure que les échantillons sont mesurés dans les mêmes conditions et que tous les paramètres obtenus concernent bien un même état donné du film étudié. Ceci est particulièrement indispensable pour les matériaux organiques ou les pérovskites dont les qualités peuvent se dégrader par exposition prolongée à l’air ambiant. Ce nouveau banc de mesure a nécessité des développements mécaniques (réalisation d’un nouveau cryostat, réalisation d’un système automatique d’interférences à pas variable), techniques (utilisation d’un modulateur électro-optique pour produire les générations lumineuses désirées) et informatiques (pilotage et contrôle de l’ensemble du système, prise de mesure automatique).Nous présentons tout d’abord les développements théoriques de chacune des techniques afin de préciser quel(s) paramètre(s) on peut en déduire et leurs conditions de mesures. Puis, dans une seconde partie nous présentons les développements techniques que nous avons réalisés pour assurer de bonnes conditions de mesure. Enfin, nous présentons les caractérisations réalisées et les résultats expérimentaux que nous avons obtenus sur différents types de films minces. Un matériau a particulièrement été employé pour valider les nouvelles mesures, le silicium amorphe hydrogéné, mais nous avons également étudié des matériaux comme des pérovskites, P3HT:PCBM (organique) ou encore Sb₂S₃.

In many cases, the development of surfaces with specific adhesive properties involves the use of "decorated interfaces." These interfaces consist of a solid substrate on which polymer chains are more or less well anchored. These chains are mechanically coupled to the surrounding material and control the transmission of friction and adhesion stresses at the interfaces. This coupling depends particularly on the penetration of the surface chains within the matrix and on their own dynamics. In this thesis, the systems we investigated are composed of a layer of polymer chains whose end is covalently linked to a solid substrate. These, so called, polymer brushes, provide a model system for decorated interfaces. Our objective was to study the conformation and dynamics of these grafted chains when they are subjected to different types of stress in order to understand the molecular mechanisms governing the adhesion and friction properties of this type of interface.In the first part, we investigated the healing kinetics of an interface composed initially of grafted chains collapsed on a substrate and in contact with a molten by using neutron reflectivity. When the system is brought above the glass transition temperature, the polymer chains mobility is high enough to allow the penetration of the grafted chains within the polymer melt. Neutrons reflectivity allowed us to probe at the molecular scale and to quantify the healing kinetics of this type of interface. The influence of molecular parameters on this healing kinetics was observed, which allowed us to propose a scaling law model to give a physical interpretation to the phenomenon studied.The second part of this thesis consisted in the development of an experimental setup which is able to shear a brush / melt interface above the glass transition temperature and to freeze the conformation of chains grafted in their sheared conformation. The inversion of the associated neutron reflectivity spectra made it possible to demonstrate the influence of shear on the degree of interpenetration between the brush and the melt which governs the transmission of stresses. In addition, we measured the kinetics of relaxation of grafted chains previously sheared and we compared it to the interdigitation experiments. This comparison highlighted the influence of the kind of solicitation on the relaxation kinetics of a brush/melt interface.We also observed that the relaxation kinetics and the conformation of the grafted chains may be altered when they are confined in a film which thickness is comparable to the radius of gyration of the chains. A systematic study using neutron reflectivity was conducted and highlighted an acceleration of the relaxation kinetics of the system below a critical thickness which could be interpreted in terms of a shift in the glass transition temperature.Secondly, we studied the slip of polymer solutions onto a grafted surface. The volume fraction of free chains in solution is an additional parameter which controls the degree of interpenetration between free chains and grafted chains. A first theoretical approach showed that different slip regimes can occur as a function of volume fraction. We have undertaken a first series of experiments using laser velocimetry after photobleaching to measure the surface velocity of flowing polymer solutions and to compare the experimental results to our theoretical approach.; Dans de nombreux cas, le développement de surfaces aux propriétés adhésives spécifiques fait appel à l’utilisation « d’interfaces décorées ». Ces interfaces sont composées d’un substrat solide sur lequel des chaînes de polymère sont plus ou moins bien ancrées. Ces chaînes se couplent mécaniquement au matériau environnant et contrôlent la transmission des contraintes de friction et d'adhésion aux interfaces. Ce couplage dépend en particulier de la pénétration des chaînes de surface dans la matrice et de leur dynamique. Dans cette thèse, les systèmes que nous avons étudiés sont constitués d’une couche de chaînes de polymère dont une extrémité est liée de manière covalente à un substrat solide. Ces brosses de polymère, constituent un système modèle pour des interfaces décorées. Notre objectif a été d’étudier la conformation et la dynamique de ces chaînes greffées lorsque ces dernières sont soumises à différents types de sollicitations afin de comprendre les mécanismes moléculaires régissant les propriétés d’adhésion et de friction de ce type d’interface. Dans un premier volet, nous avons étudié par réflectivité de neutrons la cinétique de cicatrisation d'une interface composée initialement de chaînes greffées recroquevillées sur un substrat et en contact avec un fondu. Lorsque le système est amené à une température supérieure à la température de transition vitreuse, les chaînes de polymère retrouvent une mobilité non nulle permettant ainsi la pénétration des chaînes greffées dans le fondu de polymère. La réflectivité de neutrons nous a permis d'une part de sonder à l'échelle moléculaire la cinétique de cicatrisation de ce type d’interface et d'autre part de la quantifier. L'influence des paramètres moléculaires sur cette cinétique de cicatrisation a pu être observée, ce qui nous a permis de proposer un modèle en loi d'échelle permettant d'apporter une interprétation physique au phénomène étudié. La deuxième partie de ce travail de thèse a consisté en l'élaboration d'un dispositif expérimental permettant de cisailler un système brosse/fondu au-dessus de la température de la température transition vitreuse et de geler la conformation des chaînes greffées dans leur configuration cisaillée. L'inversion des spectres de réflectivité neutrons associés a permis de mettre en évidence l'influence du cisaillement sur le degré d'interpénétration entre la brosse et le fondu qui régit la transmission des contraintes de friction sur ce type d'interface. De plus, nous avons pu mesurer la cinétique de relaxation de chaînes greffées, cisaillées au préalable, et la comparer aux expériences d’interdigitation simple. Cette comparaison a permis de divulguer l’importance du type de sollicitation sur la cinétique de relaxation d’une interface brosse / fondu.Nous avons également observé que la cinétique de relaxation et la conformation de chaînes greffées peuvent être altérées lorsque ces dernières sont confinées dans un film d'épaisseur comparable au rayon de giration des chaînes. Une étude systématique par réflectivité de neutrons a permis de mettre en évidence une accélération de la cinétique de relaxation du système en dessous d'une épaisseur critique qui pourrait être interprétée en termes de déplacement de la température de transition vitreuse. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le glissement de solutions de polymères sur une surface greffée. La fraction volumique en chaînes libres dans la solution est un paramètre supplémentaire aux trois cas précédents qui contrôle ici le degré d'interpénétration entre chaînes libres et chaînes greffées. Une première approche théorique a permis de dissocier différents régimes de glissements à la paroi en fonction de fraction volumique. Nous avons entrepris une première série d'expériences de vélocimétrie laser après photolyse afin de mesurer le glissement à la paroi de solutions de polymère et de confronter les résultats expérimentaux avec notre approche théorique.

In many cases, the development of surfaces with specific adhesive properties involves the use of "decorated interfaces." These interfaces consist of a solid substrate on which polymer chains are more or less well anchored. These chains are mechanically coupled to the surrounding material and control the transmission of friction and adhesion stresses at the interfaces. This coupling depends particularly on the penetration of the surface chains within the matrix and on their own dynamics. In this thesis, the systems we investigated are composed of a layer of polymer chains whose end is covalently linked to a solid substrate. These, so called, polymer brushes, provide a model system for decorated interfaces. Our objective was to study the conformation and dynamics of these grafted chains when they are subjected to different types of stress in order to understand the molecular mechanisms governing the adhesion and friction properties of this type of interface.In the first part, we investigated the healing kinetics of an interface composed initially of grafted chains collapsed on a substrate and in contact with a molten by using neutron reflectivity. When the system is brought above the glass transition temperature, the polymer chains mobility is high enough to allow the penetration of the grafted chains within the polymer melt. Neutrons reflectivity allowed us to probe at the molecular scale and to quantify the healing kinetics of this type of interface. The influence of molecular parameters on this healing kinetics was observed, which allowed us to propose a scaling law model to give a physical interpretation to the phenomenon studied.The second part of this thesis consisted in the development of an experimental setup which is able to shear a brush / melt interface above the glass transition temperature and to freeze the conformation of chains grafted in their sheared conformation. The inversion of the associated neutron reflectivity spectra made it possible to demonstrate the influence of shear on the degree of interpenetration between the brush and the melt which governs the transmission of stresses. In addition, we measured the kinetics of relaxation of grafted chains previously sheared and we compared it to the interdigitation experiments. This comparison highlighted the influence of the kind of solicitation on the relaxation kinetics of a brush/melt interface.We also observed that the relaxation kinetics and the conformation of the grafted chains may be altered when they are confined in a film which thickness is comparable to the radius of gyration of the chains. A systematic study using neutron reflectivity was conducted and highlighted an acceleration of the relaxation kinetics of the system below a critical thickness which could be interpreted in terms of a shift in the glass transition temperature.Secondly, we studied the slip of polymer solutions onto a grafted surface. The volume fraction of free chains in solution is an additional parameter which controls the degree of interpenetration between free chains and grafted chains. A first theoretical approach showed that different slip regimes can occur as a function of volume fraction. We have undertaken a first series of experiments using laser velocimetry after photobleaching to measure the surface velocity of flowing polymer solutions and to compare the experimental results to our theoretical approach., Dans de nombreux cas, le développement de surfaces aux propriétés adhésives spécifiques fait appel à l’utilisation « d’interfaces décorées ». Ces interfaces sont composées d’un substrat solide sur lequel des chaînes de polymère sont plus ou moins bien ancrées. Ces chaînes se couplent mécaniquement au matériau environnant et contrôlent la transmission des contraintes de friction et d'adhésion aux interfaces. Ce couplage dépend en particulier de la pénétration des chaînes de surface dans la matrice et de leur dynamique. Dans cette thèse, les systèmes que nous avons étudiés sont constitués d’une couche de chaînes de polymère dont une extrémité est liée de manière covalente à un substrat solide. Ces brosses de polymère, constituent un système modèle pour des interfaces décorées. Notre objectif a été d’étudier la conformation et la dynamique de ces chaînes greffées lorsque ces dernières sont soumises à différents types de sollicitations afin de comprendre les mécanismes moléculaires régissant les propriétés d’adhésion et de friction de ce type d’interface. Dans un premier volet, nous avons étudié par réflectivité de neutrons la cinétique de cicatrisation d'une interface composée initialement de chaînes greffées recroquevillées sur un substrat et en contact avec un fondu. Lorsque le système est amené à une température supérieure à la température de transition vitreuse, les chaînes de polymère retrouvent une mobilité non nulle permettant ainsi la pénétration des chaînes greffées dans le fondu de polymère. La réflectivité de neutrons nous a permis d'une part de sonder à l'échelle moléculaire la cinétique de cicatrisation de ce type d’interface et d'autre part de la quantifier. L'influence des paramètres moléculaires sur cette cinétique de cicatrisation a pu être observée, ce qui nous a permis de proposer un modèle en loi d'échelle permettant d'apporter une interprétation physique au phénomène étudié. La deuxième partie de ce travail de thèse a consisté en l'élaboration d'un dispositif expérimental permettant de cisailler un système brosse/fondu au-dessus de la température de la température transition vitreuse et de geler la conformation des chaînes greffées dans leur configuration cisaillée. L'inversion des spectres de réflectivité neutrons associés a permis de mettre en évidence l'influence du cisaillement sur le degré d'interpénétration entre la brosse et le fondu qui régit la transmission des contraintes de friction sur ce type d'interface. De plus, nous avons pu mesurer la cinétique de relaxation de chaînes greffées, cisaillées au préalable, et la comparer aux expériences d’interdigitation simple. Cette comparaison a permis de divulguer l’importance du type de sollicitation sur la cinétique de relaxation d’une interface brosse / fondu.Nous avons également observé que la cinétique de relaxation et la conformation de chaînes greffées peuvent être altérées lorsque ces dernières sont confinées dans un film d'épaisseur comparable au rayon de giration des chaînes. Une étude systématique par réflectivité de neutrons a permis de mettre en évidence une accélération de la cinétique de relaxation du système en dessous d'une épaisseur critique qui pourrait être interprétée en termes de déplacement de la température de transition vitreuse. Dans un deuxième temps, nous avons étudié le glissement de solutions de polymères sur une surface greffée. La fraction volumique en chaînes libres dans la solution est un paramètre supplémentaire aux trois cas précédents qui contrôle ici le degré d'interpénétration entre chaînes libres et chaînes greffées. Une première approche théorique a permis de dissocier différents régimes de glissements à la paroi en fonction de fraction volumique. Nous avons entrepris une première série d'expériences de vélocimétrie laser après photolyse afin de mesurer le glissement à la paroi de solutions de polymère et de confronter les résultats expérimentaux avec notre approche théorique.

Thin films of hydrogels we study are chemical polymer networks covalently grafted on solid substrates. These versatile coatings allow the control of various interfacial properties such as responsive properties, wetting or mechanical properties. Here, thin films of stimuli-responsive hydrogels (with temperature, light or electric field) are the point of interest. The surface-attached gel films are synthesized by following a straightforward strategy based on thiol-ene click chemistry. The formation of the films is achieved by adding bifunctional thiol molecules as cross-linkers to the ene-reactive polymers on thiol-modified surfaces. This strategy allows us to obtain hydrogel films with a wide range of thickness and with the desired properties. We study the structure of surface-attached poly(N-isopropylacrylamide) gel films which show thermo-responsive properties. We determine the effect of confinement and constraints due to the surface-attachment on the swelling/collapse phase transition of hydrogels with two approaches: the one-dimension swelling normal to the surface using ellipsometry and neutron reflectivity and the in-plane observation of the free surface of the gel using AFM. New and complex hydrogel films are also developed by targeting the architecture of the polymer networks. Inspired from macroscopic hydrogels architecture, we design various architectures: multilayer gel films, interpenetrating networks (IPN) gel films and hybrid gel films.; Les films minces d'hydrogels que nous étudions sont des réseaux chimiques de polymères greffés par liaison covalente sur des substrats solides. Ces revêtements versatiles permettent le contrôle des propriétés interfaciales tel que les propriétés stimulables, le mouillage ou les propriétés mécaniques. Ici, nous nous intéressons aux films minces d'hydrogels stimulables (par la température, la lumière ou le champ électrique).La synthèse des films de gels greffés suit une stratégie simple basée sur la chimie click thiol-ène. Les films sont fabriqués en déposant les polymères stimulables fonctionnalisés par des groupes diène en présence de réticulants dithiols sur des surfaces modifiées thiol. Cette stratégie permet d'obtenir des films d'hydrogels sur une large gamme d'épaisseur avec les propriétés stimulables visées. Nous nous intéressons à la structure des films d'hydrogels greffés de poly(N-isopropylacrylamide) aux propriétés thermo-stimulables. Nous étudions l'effet du confinement et des contraintes dues au greffage sur la surface sur la transition de phase gonflement/dégonflement des gels avec deux approches : le gonflement unilatéral (perpendiculaire à la surface) par ellipsométrie et réflectivité de neutrons, et la topographie (dans le plan) de la surface libre du gel par AFM. Nous développons également de nouveaux films d'hydrogels avec des réseaux d'architectures ciblées. En s'inspirant de l'architecture des gels macroscopiques, nous élaborons diverses architectures : films de gels multicouches, films de réseaux interpénétrés et films de gels hybrides.

One of the most important scientific challenges for the next decades is to build and tocontrol devices at the nanometer scale. These nano-devices promise to have many applications inphysics, chemistry and medicine. For example the nano-devices may be used to go further in theminiaturization of electronic compounds in order to improve the processors efficiency and perfor-mances. A judicious manner to create nano-devices is to take advantage of inter-molecular interac-tions in order to obtain self-assembled structures using a small numbers of molecules ("bottom-up"approach). The objective of this thesis was to create new organic self-assembled monolayers (SAMs),and to investigate their structures and electronic properties. Scanning tunneling microscopy (STM)was used to determine molecular organization with an atomic resolution. It was observed that themolecular skeleton and substituents used are key parameters driving the molecular self-assembly.Additionally we have showed that a post-annealing of the sample can be used not only to changethe structure of a perylene-based film as it is usually expected but also to modify its electronicstates. Photoemission-based techniques combined with synchrotron radiation facilities were usedto access to the chemical and electronic properties of SAMs. A strong modification of the line-shape and energy positions of the electronic states of SAMs with the molecular film thickness wasobserved. In the same way core-hole-clock spectroscopy shows that the charge transfer dynamicsat the PTCDI/Au(111) interface is strongly affected by the film thickness., L’un des défis scientifiques les plus importants pour les prochaines décennies est deconstruire des dispositifs à l’échelle nanométrique. Ces nano-dispositifs promettent d’avoir de nombreusesapplications en physique, chimie et médecine. Par exemple, ils peuvent être utilisés pouraller plus loin dans la miniaturisation des composés électroniques afin d’améliorer les performancesdes processeurs. Une manière judicieuse de créer des nano-dispositifs est de profiter des interactionsintermoléculaires afin d’obtenir des structures auto-assemblées à l’aide d’un petit nombre demolécules (approche "bottom-up"). L’objectif de cette thèse est de créer de nouvelles monocouchesauto-assemblées (SAMs), et d’examiner leurs structures et leurs propriétés électroniques. Toutd’abord, la microscopie à effet tunnel (STM) a été utilisée pour déterminer l’organisation moléculaireavec une résolution atomique. On a observé que le squelette moléculaire et les substituantsutilisés sont des paramètres clés pour contrôler l’auto-assemblage. En outre, nous avons montréqu’un post-recuit de l’échantillon peut être utilisé non seulement pour modifier la structure d’unfilm à base de pérylène comme généralement attendu, mais permet aussi de modifier ses étatsélectroniques. Par la suite, nous avons utilisé des techniques de photoémissions combinés avec desinstallations de rayonnement synchrotron pour accéder aux propriétés chimiques et électroniquesdes SAMs. Une forte modification de la forme et des positions en énergie des états électroniques desSAMs avec l’épaisseur du film moléculaire a été observée. De la même manière nous avons montréque la dynamique de transfert de charge à l’interface PTCDI/Au(111) est fortement affectée parl’épaisseur du film.

One of the most important scientific challenges for the next decades is to build and to control devices at the nanometer scale. These nano-devices promise to have many applications in physics, chemistry and medicine. For example the nano-devices may be used to go further in the miniaturization of electronic compounds in order to improve the processors efficiency and perfor- mances. A judicious manner to create nano-devices is to take advantage of inter-molecular interac- tions in order to obtain self-assembled structures using a small numbers of molecules ("bottom-up" approach). The objective of this thesis was to create new organic self-assembled monolayers (SAMs), and to investigate their structures and electronic properties. Scanning tunneling microscopy (STM) was used to determine molecular organization with an atomic resolution. It was observed that the molecular skeleton and substituents used are key parameters driving the molecular self-assembly. Additionally we have showed that a post-annealing of the sample can be used not only to change the structure of a perylene-based film as it is usually expected but also to modify its electronic states. Photoemission-based techniques combined with synchrotron radiation facilities were used to access to the chemical and electronic properties of SAMs. A strong modification of the line- shape and energy positions of the electronic states of SAMs with the molecular film thickness was observed. In the same way core-hole-clock spectroscopy shows that the charge transfer dynamics at the PTCDI/Au(111) interface is strongly affected by the film thickness., L’un des défis scientifiques les plus importants pour les prochaines décennies est de construire des dispositifs à l’échelle nanométrique. Ces nano-dispositifs promettent d’avoir de nombreuses applications en physique, chimie et médecine. Par exemple, ils peuvent être utilisés pour aller plus loin dans la miniaturisation des composés électroniques afin d’améliorer les performances des processeurs. Une manière judicieuse de créer des nano-dispositifs est de profiter des interactions intermoléculaires afin d’obtenir des structures auto-assemblées à l’aide d’un petit nombre de molécules (approche "bottom-up"). L’objectif de cette thèse est de créer de nouvelles monocouches auto-assemblées (SAMs), et d’examiner leurs structures et leurs propriétés électroniques. Tout d’abord, la microscopie à effet tunnel (STM) a été utilisée pour déterminer l’organisation moléculaire avec une résolution atomique. On a observé que le squelette moléculaire et les substituants utilisés sont des paramètres clés pour contrôler l’auto-assemblage. En outre, nous avons montré qu’un post-recuit de l’échantillon peut être utilisé non seulement pour modifier la structure d’un film à base de pérylène comme généralement attendu, mais permet aussi de modifier ses états électroniques. Par la suite, nous avons utilisé des techniques de photoémissions combinés avec des installations de rayonnement synchrotron pour accéder aux propriétés chimiques et électroniques des SAMs. Une forte modification de la forme et des positions en énergie des états électroniques des SAMs avec l’épaisseur du film moléculaire a été observée. De la même manière nous avons montré que la dynamique de transfert de charge à l’interface PTCDI/Au(111) est fortement affectée par l’épaisseur du film.

We study the stability of shear-thinning (pseudoplastic) fluid films flow down an inclined plane. This problem is of interest in many industrial applications such as coating, and may explain the manifestation of a specific kind of surface waves, appearing in some spectacular environmental flow configurations such as debris flows or surge waves. We focus on fluids obeying the Carreau law. An optical technique called electrocapillarity has been implemented in order to determine the surface tension and viscosity, at values of the shear rate as small as 10−3s−1, by studying the damping of propagating capillary waves. The main objective of this work is to experimentally study the linear stability of shear-thinning fluid films flow. For a fixed inclination angle, the experimental study essentially consists in measuring the cutoff frequency and wavelength of primary waves, and then determining the critical Reynolds number. The experimental results presented in the (Re, k) and (Re, c) planes are in good agreement with the numerical results, and confirm the destabilizing effect of the shear-thinning properties in comparison with the Newtonian case (the critical Reynolds number is smaller, and the ratio between the marginal waves celerity and the flow velocity at the free surface is larger). Finally, we discuss the validity of the Squire’s theorem in the case of generalized Newtonian fluids film flow down an inclined plane. Analytically, the Orr-Sommerfeld problem with respect to 3D disturbances is not equivalent to a 2D problem, and the numerical results show that the Squire’s transformations can only be used in the Newtonian case, Nous étudions la stabilité de l'écoulement de fluide rhéofluidifiant (pseudoplastique) sur plan incliné. La connaissance des conditions d'apparition des instabilités intéresse ici particulièrement le secteur industriel faisant appel à des méthodes de couchage (papeterie, photographie), ou le secteur environnemental dans la compréhension de certaines situations exceptionnelles (coulées de boues, laves torrentielles, écoulements de glaciers). Nous modélisons la viscosité des fluides utilisés par la loi de Carreau. Afin de caractériser nos fluides, nous utilisons l'électrocapillarité comme technique optique consistant à étudier la propagation et l'atténuation d'ondes capillaires. Les résultats de mesures permettent en particulier de déterminer la viscosité à valeur de cisaillement aussi faibles que 10−3s−1. Notre objectif est d'étudier expérimentalement la stabilité de films rhéofluidifiants sur plan incliné. Pour des valeurs fixées de l'angle d'inclinaison, nous avons déterminé le seuil critique expérimental et tracé la courbe marginale de stabilité sur les plans (Re, k) et (Re, c) pour nos différents fluides. Nous trouvons que nos résultats expérimentaux sont en bon accord avec les résultats numériques, et confirment l'effet rhéofluidifiant déstabilisant relativement au cas Newtonien. Nous discutons enfin la validité du théorème de Squire en écrivant l'équation d'Orr-Sommerfeld généralisée aux ondes 3D et aux fluides de Carreau. Analytiquement, les relations de Squire ne sont pas vérifiées, et les résultats numériques montrent que les relations de Squire ne s'écrivent que dans le cas Newtonien

Soutenance de thèse de doctorat présentée par David MERCIER, lundi 25 Novembre 2013. Thèse dirigée par Yves Bréchet (SIMaP) et encadrée par Vincent Mandrillon (CEA-LETI) et Marc Verdier (SIMaP). Dans le cadre de l’intégration « 3D », une technologie d’assemblage par report de puces sur tranche de Silicium (« flip chip ») reposant sur un procédé de microinsertion a été développée ces dernières années. Cette technologie est basée principalement sur la mise en contact par thermocompression, de réseaux de (micro)inserts en Nickel ECD, avec des plots de connexions métalliques en Al(Cu). Au cours de ce travail, un scénario de formation du contact entre un unique microinsert de Nickel rugueux et un film mince d’Aluminium lisse, prenant en compte la présence d’Alumine native à l’interface de contact, est proposé pour une gamme de pressions allant du MPa au GPa. L’analyse du contact métal-oxyde-métal se base essentiellement sur la fissuration de l’oxyde natif suivie de l’extrusion du métal au travers des fissures, et nécessite d’établir au préalable les lois de comportement des matériaux mis en jeu à partir d’essais de nanoindentation instrumentée couplés à des simulations numériques. Enfin, la mesure de l’évolution de la résistance électrique de contact en fonction de la force appliquée à l’aide de dispositifs expérimentaux originaux, permet de mettre en évidence les différents mécanismes de formation du contact métallique lors du procédé de microinsertion.

Deposition mechanisms from ionic liquid-based electrolytes are not fully understood due to difficulties in probing the electrolyte structure. In this study, we investigate the links between films morphology, electrochemical properties of the electrolyte and electrolyte structure. Several solutions were investigated: CuCl, CuCl2 and CuSO4 in 1-ethyl-3-methylimidazolium ethylsulphate [EMIM][EtSO4]; AgTFSI, CuTFSI2 and AlTFSI3 in 1-ethyl-3-methylimidazolium bis(trifluoromethylsulfonyl)imide [EMIM][TFSI]. Cyclic-voltammetry shows that silver and copper reductions are quasi-reversible and occur by one-electron transfer reaction {(Ag(I)→Ag(0), (Cu(II)→Cu(I)) and (Cu(I)→Cu(0)}. Aluminium reduction is irreversible. The diffusion coefficients increase with electrolyte temperature, and are also influenced by the metal oxidation state and anions in solution. Metallic thin films were obtained for all the solutions except AlTFSI3. XRD and EDX analysis show that the films are crystalline and consist mainly of pure copper or silver. Their morphology is controlled by the deposition temperature, time and potential. In general, increasing the deposition time and temperature increases the film coverage and particle size, whereas increasing the deposition potential decreases the particle size. The electrolytes structure was investigated by Raman and IR spectroscopies, supported by theoretical calculations. For the AgTFSI-[EMIM][TFSI], silver cation is solvated by three TFSI-. For the CuCl2-[EMIM][EtSO4], copper cation is solvated by two chlorines and two EtSO4-.; Les mécanismes d’électrodéposition réalisés à partir d'électrolytes à base de liquides ioniques ne sont pas très bien compris en raison de l’organisation structurale complexe de ces électrolytes. Dans cette thèse, nous étudions les relations qui existent entre la morphologie des films, les propriétés électrochimiques ainsi que la structure de l'électrolyte liquide ionique. Plusieurs solutions ont été étudiées: CuCl, CuCl2 et CuSO4 dans 1-éthyl-3-méthylimidazolium éthyl-sulfate [EMIM] [EtSO4]; AgTFSI, CuTFSI2 et AlTFSI3 en 1-éthyl-3-méthylimidazolium bis(trifluorométhylsulfonyl)imide [EMIM] [TFSI]. Des mesures de cyclovoltammétrie montrent que les réductions de l’argent et du cuivre sont quasi-réversibles et se produisent par une réaction de transfert mono-électronique {(Ag (I) → Ag (0), (Cu (II) → Cu (I)) et (Cu (I) → Cu (0)}. La réduction de l'aluminium est irréversible. Les coefficients de diffusion augmentent avec la température de l'électrolyte et sont également influencés par l'état d'oxydation du métal et des anions en solution. Des films minces métalliques ont été obtenus pour toutes les solutions, sauf pour AlTFSI3. L'analyse par XRD et EDX montrent que les films sont cristallins et sont principalement constitués de cuivre ou d'argent pur. Leur morphologie est contrôlée par la température, du temps et du potentiel d’électrodéposition. D'une manière générale, l'élévation du temps de dépôt et de la température augmente la couverture du film et de la taille des particules, tandis que l'augmentation du potentiel de dépôt diminue la taille des particules. La structure des électrolytes a été étudiée par Raman et IR spectroscopies et interprétée à l’aide de méthodes théoriques de chimie quantique. Pour AgTFSI-[EMIM][TFSI], le cation d’argent est solvaté par trois anions TFSI-. Pour CuCl2-[EMIM][EtSO4], le cation de cuivre est solvaté par deux anions de chlore et deux anions EtSO4.

Nanometer to micrometer thin film coatings are extensively used in material science to protect and functionalize surfaces. Coating processes however generally result into residual strains and may induce the propagation of cracks with dramatic consequences on film reliability. We present two experimental models which challenges the usual stability criteria for thin films. For a thin sol-gel layer moderatly adherent to a silicon substrate, we observe fracture propagation in coatings considered stable. Moreover, intriguing cracks of regular geometry are found to self-replicate an initial triggering pattern independently from the local material properties. We present a novel mode of fracture which involves the simultaneous progression of both, a crack and a front of delamination. We describe the fracture mechanism with universal energy arguments and provide a simple model describing the crack path. We eventually characterize the dynamics of the propagation. In a second model experiment, we study the fragmentation of coating deposited on a compliant substrate (motivated by flexible electronics application). We describe the fragmentation and propose an extension to an elastic layer deposited on an elastic foundation to an elasto-plastic case. Eventually, we study the compression and fragmentation of a zinc oxyde and silver multilayer; Les films minces sont abondamment utilisés pour protéger ou fonctionnaliser les surfaces. Les contraintes mécaniques peuvent cependant entraîner la ruine de ces structures par la propagation de fissures ou leur décollement. Nous présentons deux systèmes expérimentaux qui amènent à s'interroger sur les limites de validité des critères de stabilité communément admis. Pour une couche de sol- gel présentant une énergie d'adhésion modérée avec son substrat de silicium, nous observons la propagation de fissures dans des films réputés stables. Les motifs de propagation sont étonnement réguliers (en forme de spirales ou d'allées de croissants). Nous caractérisons expérimentalement cette propagation. Nous mettons en évidence un nouveau mode de propagation de fissure où la délamination et la fissure transverse collaborent. Nous montrons l'existence d'une taille d'interaction robuste entre fissures indépendantes du chargement et des énergies de rupture. Nous proposons un modèle simple permettant de prédire les conditions de propagation et la sélection des motifs. Nous caractérisons enfin la dynamique de propagation de telles fissures. Dans un second système expérimental motivé par les applications en électronique flexible, nous nous intéressons à des films nanométriques d'oxyde de zinc déposés sur des substrats de polymère. La rigidité du substrat est alors faible devant celle de la couche. Nous décrivons la fragmentation du film et proposons une extension d'un modèle de couche élastique sur fondation élasto-plastique. Enfin, nous nous intéressons à la compression et à la fragmentation d'un multicouche comportant une fine épaisseur d'argent.

Nanometer to micrometer thin film coatings are extensively used in material science to protect and functionalize surfaces. Coating processes however generally result into residual strains and may induce the propagation of cracks with dramatic consequences on film reliability. We present two experimental models which challenges the usual stability criteria for thin films. For a thin sol-gel layer moderatly adherent to a silicon substrate, we observe fracture propagation in coatings considered stable. Moreover, intriguing cracks of regular geometry are found to self-replicate an initial triggering pattern independently from the local material properties. We present a novel mode of fracture which involves the simultaneous progression of both, a crack and a front of delamination. We describe the fracture mechanism with universal energy arguments and provide a simple model describing the crack path. We eventually characterize the dynamics of the propagation. In a second model experiment, we study the fragmentation of coating deposited on a compliant substrate (motivated by flexible electronics application). We describe the fragmentation and propose an extension to an elastic layer deposited on an elastic foundation to an elasto-plastic case. Eventually, we study the compression and fragmentation of a zinc oxyde and silver multilayer; Les films minces sont abondamment utilisés pour protéger ou fonctionnaliser les surfaces. Les contraintes mécaniques peuvent cependant entraîner la ruine de ces structures par la propagation de fissures ou leur décollement. Nous présentons deux systèmes expérimentaux qui amènent à s'interroger sur les limites de validité des critères de stabilité communément admis. Pour une couche de sol- gel présentant une énergie d'adhésion modérée avec son substrat de silicium, nous observons la propagation de fissures dans des films réputés stables. Les motifs de propagation sont étonnement réguliers (en forme de spirales ou d'allées de croissants). Nous caractérisons expérimentalement cette propagation. Nous mettons en évidence un nouveau mode de propagation de fissure où la délamination et la fissure transverse collaborent. Nous montrons l'existence d'une taille d'interaction robuste entre fissures indépendantes du chargement et des énergies de rupture. Nous proposons un modèle simple permettant de prédire les conditions de propagation et la sélection des motifs. Nous caractérisons enfin la dynamique de propagation de telles fissures. Dans un second système expérimental motivé par les applications en électronique flexible, nous nous intéressons à des films nanométriques d'oxyde de zinc déposés sur des substrats de polymère. La rigidité du substrat est alors faible devant celle de la couche. Nous décrivons la fragmentation du film et proposons une extension d'un modèle de couche élastique sur fondation élasto-plastique. Enfin, nous nous intéressons à la compression et à la fragmentation d'un multicouche comportant une fine épaisseur d'argent.

The qualification Habilitation commonly called in the French university world HDR is the highest degree awarded by a university. It is not enough but necessary or highly recommended to apply for research supervisory positions, and it is not necessary at all to exert the work of researcher when taking advantage of the exceptional freedoms offered by the CNRS status that many researchers around the world envy us. It is only around 2010 that the total intellectual independence that this diploma can bring has begun to seduce me. I thus prepared this diploma quite late in my career - after 20 years at the CNRS - in the idea of being able to supervise and direct PhDs in my own name, the co-supervising with colleagues being satisfying so far. The style of the dissertation submitted to obtain HDR in exact sciences in France is sometimes inspired by the style of the old state theses that HDR replaced in 1984 or more often adopts a more descriptive form, as chosen here, a presentation by the applicant of the research work done since the PhD. It will more rarely be a more or less dry compilation of published articles. The second mode was for our case better for the longevity of the reference period, the last was excluded for the sake of not letting the opportunity of taking a step back. These two decades between PhD and HDR made the inorganic physico-chemist I became travel in several fields of materials science. From the nickel based superalloy (SA) flying in the Rafale, to quasicrystals (QC) and their n-dimensional crystallographic order, to an oxy-nitride semiconductor (since 2004); and from mechanical properties for structural materials to optical and transport properties: the range is wide. The pivot revolves around morphological, structural and chemical characterizations. The works presented are of several types: we have complementary studies of the thermo-mechanical or structural behavior of materials with a high TRL *: based nickel SA: AM1, SRR99 or CMSX4 late 90's, QC AlCuFeB or low TRL: CoZrTR * amorphs. There is also development by a new route of known phases (AlN, QC TiNiZr, QC AlCrFeMo) to open new fields of application and purely exploratory physical measurements with studies of mechanisms where possible (luminescence of AlN/O:Er, optical absorption, hydrogen transport or insertion properties in QC ...) This diversity of materials and approaches raised the concern for the presentation of the work in the memoir, and were not artificially linked. The focus was instead on the common points of the studies, and on the various evolutions of both a methodological aspect and from the point of view of the experimental techniques used.After my doctorate on dislocation dynamics during thermomechanical fatigue of superalloys,the work carried out at IMPERIAL COLLEGE in London focused on modeling-simulation aspects of the high temperature mechanical behavior of the material. The work carried out after 1997, conducted at the CNRS, is experimental physics and initially focused on quasicrystals and then on metal oxynitrides (AlN/AlNO with or without Er) in the form of thin films, progressively passing from massive material towards thin films. This work is based on a typical methodology of materials science: Elaboration / Synthesis of the material - Characterizations (morphological, structural or chemical). These loops (Elaboration / Characterization) were ultimately intended to establish correlations between the nature of the material (its morphology, its stoichiometry) and its physical properties. The characterized physical properties (optical, thermal, hydrogen storage, etc.) have been chosen generally in the hope of demonstrating an industrial exploitation of the new material thus elaborated and characterized in a precise and as complete manner as possible. Whenever possible, we pushed the work towards understanding the mechanisms and studied the impact of the various development parameters.The dissertation summarizes the various works and cites the various experimental techniques, beyond transmission electron microscopy (TEM) to which I trained in doctorate, which I had to ask to advance in this field. The mode of elaboration thus evolved from cold sole, to magnetron sputtering via laser ablation, the motivation being mainly directed by the industrial potentiality (spraying is more common than laser ablation in the industry for the development of thin layers). Similarly, at a time when the MET was not optically corrected as it has been since the advent of 4th generation microscopes, as for many specialists, designers and/or investigators of new materials, other techniques of analysis were requested, in a non-exhaustive way: EDSX, Castaing microprobe, RBS, SIMS / SNMS for chemical analyzes, AFM for surface information or DRX, SEM, EBSD for structural investigations and identify phases. Surprisingly, the most rewarding investigative technique was X-ray diffraction (Theta-2Theta, 4 circles, grazing, under atmosphere and temperature) which shows itself as an old very modern lady always essential in the science of inorganic materials, and justifies the choice of the title of the dissertation ’’ TEM and XRD a complementarity to understand and design new materials and thin films by plasma methods’’.* TRL = Technology Readiness Level; TR = rare earth, Le diplôme Habilitation à diriger des recherches communément appelé dans le monde universitaire français HDR est le titre le plus élevé délivré par une université. Il est le sésame non suffisant mais nécessaire ou fortement recommandé pour postuler sur les emplois de cadre A des établissements de recherche, et n’est absolument pas nécessaire pour exercer son métier de chercheure lorsqu’on s’épanouit sur un poste de chargée de recherche au CNRS en profitant des libertés exceptionnelles que le CNRS offre à ce statut et que de nombreux chercheurs du monde entier nous envie. Ce n’est que vers 2010 que l’indépendance intellectuelle totale que peut apporter ce diplôme a commencé à me séduire. J’ai ainsi préparé ce diplôme assez tardivement dans ma carrière -après 20 ans au CNRS- dans l’idée de pouvoir encadrer et diriger des doctorats en mon nom propre, les co-directions avec des collègues m’ayant tout à fait convenu jusqu’alors. Le style du mémoire soumis pour l’obtention de l’HDR en sciences ‘dures’ en France s’inspire parfois du style des anciennes thèses d’état que l’HDR a remplacé en 1984 ou adopte le plus souvent une forme plus descriptive, comme celle choisie ici, d’une présentation des travaux de recherche accomplis depuis le doctorat par l’impétrant(e). Il sera plus rarement une compilation plus ou moins sèche des articles publiés. Le second mode seyait pour notre cas mieux à la longévité de la période de référence, le dernier fut exclu par souci de ne pas laisser passer l’occasion d’une prise de hauteur. Ces deux décennies entre le doctorat et l’HDR auront fait voyager la physico-chimiste inorganique des matériaux que je suis devenue sur plusieurs domaines de la science des matériaux. Du superalliage (SA) base nickel volant dans le Rafale, aux quasicristaux (QC) et leur ordre cristallographique à n dimensions, vers un semi-conducteur oxy-nitruré (depuis 2004), des propriétés mécaniques pour des matériaux de structure vers l’optique en passant par les propriétés de transport : l’éventail est large. Le point central se focalise sur les caractérisations morphologiques, structurales et chimiques. Les travaux présentés sont de plusieurs types : on a des études complémentaires de type comportemental thermo-mécanique ou structural de matériaux à niveau de TRL* élevé: SA base nickel : AM1, SRR99 ou CMSX4 fin des années 90, QC AlCuFeB ou TRL faible : amorphes CoZrTR*. On a aussi des élaborations par une nouvelle voie de phases connues (AlN, QC TiNiZr, QC AlCrFeMo) pour ouvrir de nouveaux champs d’applications et des mesures physiques purement exploratoires avec études des mécanismes quand c’était possible (luminescence de AlN/O:Er, absorption optique, propriétés de transport ou d’insertion d’hydrogène dans les QC…). Cette diversité de matériaux et d’approches posait le souci de la présentation des travaux dans le mémoire, et n’ont pas été liées artificiellement. L’accent a plutôt été mis sur les points communs des études, et sur les diverses évolutions tant d’un aspect méthodologique que du point de vue des techniques expérimentales mises en œuvre. Après mon doctorat sur la dynamique des dislocations lors de fatigue thermomécanique de superalliages,les travaux menés à l’IMPERIAL COLLEGE à Londres ont porté sur des aspects de modélisation-simulation de comportement mécanique haute température du matériau. Les travaux postérieurs à 1997, menés au CNRS, relèvent de la physique expérimentale et portaient dans un premier temps sur les quasicristaux puis sur des oxynitrures de métaux (AlN/AlNO avec ou sans Er) sous forme de films minces, passant progressivement du matériau massif à la couche mince. Ces travaux relèvent d’une méthodologie typique de science des matériaux : Elaboration/Synthèse du matériau - Caractérisations (morphologiques, structurales ou chimiques). Ces boucles (Elaboration/Caractérisation) avaient in fine pour but d’établir des corrélations entre la nature du matériau (sa morphologie, sa stœchiométrie) et ses propriétés physiques. Les propriétés physiques caractérisées (optiques, thermiques, stockage d’hydrogène…) ont été choisies généralement dans l’espoir de démontrer une exploitation industrielle du nouveau matériau ainsi élaboré et caractérisé de façon précise et la plus complète possible. Chaque fois que cela était possible, nous avons poussé le travail vers la compréhension des mécanismes et étudié l’impact des divers paramètres d’élaboration. Le mémoire résume les différents travaux et cite les diverses techniques expérimentales, au-delà de la microscopie électronique en transmission (MET) à laquelle je me suis formée en doctorat, que j’ai dû solliciter pour avancer dans ce domaine. Le mode d’élaboration a ainsi évolué de la sole froide, vers la pulvérisation magnétron en passant par l’ablation laser, la motivation étant surtout dirigée par la potentialité industrielle (la pulvérisation est plus commune que l’ablation laser dans l’industrie pour l’élaboration de couches minces). De même, à une époque où la MET n’était pas corrigée optiquement comme elle l’est depuis l’avènement des microscopes de 4ème génération, comme pour beaucoup de spécialistes, concepteurs et/ou investigateurs de nouveaux matériaux, d’autres techniques d’analyse ont été sollicitées, de façon non exhaustive : EDSX, microsonde de Castaing, RBS, SIMS/SNMS pour les analyses chimiques, AFM pour de l’information de surface ou DRX, MEB, EBSD pour les investigations structurales et identifier les phases en présence.De façon surprenante, la technique d’investigation qui s’est avérée la plus enrichissante a été la diffraction des rayons X (Theta-2Theta, 4 cercles, rasante, sous atmosphère et en température) qui s’illustre ainsi comme une vieille dame très moderne toujours incontournable en science des matériaux inorganiques, et justifie le choix du titre du mémoire ‘MET et DRX : une complémentarité pour la compréhension et la conception de matériaux et de films minces déposés par voie plasma’. * TRL = Technology Readiness Level ; TR = Terre rare

Visible light photocatalysts have attracted a great interest since it may exploit the wide solar irradiation spectrum to destroy organic dyes as required for environmental need such as water purification. In this context, bismuth vanadate (BiVO4) is worth of interest due to its narrow band gap (~ 2.3 eV) and the ability to exhibit efficient photocatalytic activity. Systematic studies have been carried out on the physico-chemistry of BiVO4 synthesized as powders by hydrothermal and mechano-chemical techniques. The relevance of ball milling method was demonstrated through its low processing cost and easy scaling up as well as limited variable parameters to obtain reduced particle sizes down to (20-100 nm). As thin films, BiVO4 were grown by ultrasonic spray pyrolysis (USP) and rf-sputtering techniques. Optimum deposition parameters were identified, leading to the formation of crack free, dense media with textured surfaces composed by controlled morphologies. Analysis of the structural, vibrational, electronic and optical experiments, interpretation and development of models were carried out for deep insight on the properties of BiVO4 materials. For concrete applications, BiVO4 as powders and thin films were used as photocatalysts for the degradation of rhodamine 6G (Rh6) and methylene blue (MB) under visible light irradiation. Monoclinic scheelite structure of spherical-like BiVO4 nanoparticles obtained by mechano-chemical process, have shown 50% more efficient photocatalytic activity compared to acicular-like BiVO4 grains obtained by hydrothermal method. The average degradation rate of MB using USP grown films was found to be 66% during 120 minutes. A significant rate increase in the photocatalytic activity up to 99% was achieved by using rf-sputtered films. Thus, BiVO4 was demonstrated as efficient photocatalysts compared to existing materials with promising applications notably in solving environmental problems., Les matériaux pour la photocatalyse en lumière visible ont attiré un grand intérêt car ils peuvent exploiter tout le spectre d'irradiation solaire notamment afin de détruire des polluants organiques pour l'environnement comme dans la purification de l’eau. Dans ce contexte, le bismuth de vanadates (BiVO4) est digne d'intérêt en raison de sa largeur de bande interdite électronique (~ 2,3 eV) et sa potentielle activité photocatalytique. Des études systématiques ont été menées pour les caractéristiques physico- chimiques de poudres BiVO4 synthétisées par voie hydrothermale et par broyage mécanique à haute énergie. La pertinence de la méthode de mécano-synthèse a été démontrée grâce notamment à son faible coût de fonctionnement, de mise en œuvre facile ainsi que le nombre limité de paramètres et la possibilité d’obtenir des particules à taille réduite (20-100 nm) avec une phase cristalline monoclinique. En couches minces, les matériaux BiVO4 ont été synthétisés par pulvérisation ultrasonique (USP) et par pulvérisation cathodique radiofréquence (rf). Les paramètres pour des dépôts optimaux ont été identifiés permettant d’obtenir des films minces sans fissures, suffisamment denses avec des surfaces texturées à morphologies contrôlées. Les études structurales, vibrationnelles, et les propriétés électroniques et optiques ainsi que leur interprétation grâce à des modèles ont été menées pour une parfaite connaissance des caractéristiques des matériaux BiVO4. Pour les applications visées, BiVO4 sous forme de poudres et de films minces ont été utilisés comme photocatalyseurs pour la dégradation de rhodamine 6G (Rh6) et le bleu de méthylène (MB) sous irradiation en lumière visible. La structure scheelite monoclinique de nanoparticules sphérique de BiVO4 obtenues par mécano-synthèse, ont montré une efficacité améliorée (+50%) de l’activité photocatalytique par rapport à des particules de forme aciculaire obtenues par voie hydrothermale. Dans le cas de films minces, le taux de dégradation du BM est de l’ordre est de 66% pour les films synthétisés par USP alors qu’un taux de 99% a été atteint avec des films obtenus par pulvérisation cathodique rf. Ces travaux valident les propriétés photocatalytiques remarquables de BiVO4 par rapport aux matériaux existants avec des applications prometteuses, notamment dans la résolution de problèmes environnementaux.

Electrochemical sensors are one of the most direct ways to convert the chemical composition of a gas into measurable electric signals. As such, they have been widely investigated and are now one of the most common detection solutions. However, they are often based on YSZ electrolyte, which implies high working temperatures (600°C).In order to build a sensor cell which could operate at lower temperature (300°C), deposition parameters of Bi4V2O11 and BITAVOX (Bi2TaxV1-xO5.5) electrolytes by the mean of reactive magnetron sputtering (PVD) were investigated. The impact of film thickness and that of tantalum substitution rate on the V site on structural and conduction properties were determined.Then, two different kinds of cells were realised by depositing electrodes onto the electrolyte surface. The first one used dense platinum and LASCO (La1-x-yAgxSryCoO3) nanowires electrodes. Nevertheless, this sensor exhibited a rather complex behaviour at lowest temperatures. Then, gold and platinum electrodes were investigated, which led to a more simple response of the sensor. Furthermore, this response started at 200°C., Les capteurs de gaz électrochimiques sont l’un des moyens les plus directs pour convertir la composition chimique d’un gaz en signal électrique mesurable. A ce titre, ils ont été largement étudiés et font aujourd’hui partie des solutions de détection les plus courantes. Toutefois, ils sont souvent basés sur un électrolyte YSZ, ce qui implique des températures de travail élevées (600°C).Afin de pouvoir réaliser une cellule de capteur fonctionnant à plus basse température (300°C), les conditions de dépôt des électrolytes Bi4V2O11 et BITAVOX (Bi2TaxV1-xO5,5) par pulvérisation cathodique magnétron en conditions réactives (PVD) ont été étudiées. L’impact de l’épaisseur des films ainsi que celui du taux de substitution du vanadium par le tantale sur les propriétés structurale et de conduction ont été déterminés.Par la suite, deux types de cellules ont été réalisés en déposant des électrodes à la surface de l’électrolyte par PVD. Le premier utilise des électrodes de platine dense et de nanofils de LASCO (La1-x-yAgxSryCoO3). Néanmoins, le comportement de ce capteur aux plus basses températures est assez complexe. Aussi, des électrodes de platine et d’or ont ensuite été étudiées, amenant à une réponse plus simple et apparaissant dès 200°C.

The present memoir reports on recent investigations of the author and his collaborators on stability of periodic wavetrains. It includes answers to the last general questions concerning their asymptotic stability as solutions to dissipative systems. These general results both extend in many directions and unify many other contributions obtained over the last twenty years. In the end, despite a quite technical proof, even the most surprising parts of the description receive nice formal interpretations. It also describes various investigations of spectral stability assumptions, needed to apply the general theory, for roll-waves, a special kind of periodic waves that emerge as primary hydrodynamic instabilities in shallow fluid films flowing down an inclined ramp. At last, for conservative systems, it contains some spectral results that are expected to lay sound foundations for a nonlinear theory still to come.; Ce mémoire se propose de discuter les résultats de son auteur et des ses collaborateurs concernant la stabilité des ondes progressives périodiques. Il inclut des réponses aux dernières questions ouvertes générales sur leur stabilité asymptotique comme solutions de systèmes dissipatifs. Ces résultats unifient, étendent dans de nombreuses directions et réconcilient un certain nombres de travaux antérieures de ces 20 dernières années. Bien que la démonstration soit parfois extrêmement technique, mêmes les parties les plus surprenantes a posteriori s’interprètent formellement de manière assez élégante. Le mémoire décrit également l’examen des hypothèses de stabilité spectrale, nécessaires à l’application des résultats généraux, pour les rouleaux, des ondes périodiques qui émergent comme instabilités hydrodynamiques primaires dans les fluides en couche mince s’écoulant le long d’une pente. Enfin, à propos des systèmes conservatifs, le mémoire contient quelques résultats spectraux, obtenus avec l’espoir qu’ils puissent servir de premières bases à un théorie non linéaire, encore à venir.

The dynamics of thermal fluctuations of a medium reveals the properties of this medium, without the need to apply any stress. In order to exploit this principle, we have developed an optical technique for measuring spontaneous free surface height fluctuations, based on the measurement of the deflection of a laser reflected at the surface. We show that we can measure surface fluctuations of various materials, ranging from low viscosity liquids to viscoelastic solids. The viscoelastic properties of the medium probed can be determined from the experimental fluctuations spectrum. Comparing the data obtained with conventional rheometric measurements, the technique turns out to be a reliable way to characterize the rheological properties of frequencies ranging from 0.1 Hz to tens of kHz. In addition, we are interested in the influence of confinement on the surface fluctuations of a newtonian liquid. We study the effect of confinement using substrates of different types : solid plane, solid with a relief and liquid. We show that the surface fluctuations strongly depend on the substrate used. We study in particular the case where a liquid film is deposited onto a solid surface. By creating a Marangoni effect induced by a temperature gradient at the free surface of the liquid, it is possible to control the thickness of the probed film. We can therefore measure surface fluctuations of films whose thickness varies between 30 nanometers and a few micrometers. The measured spectra are sensitive to the hydrodynamic condition at the liquid-solid interface and makes it possible to estimate a possible slip length., La dynamique des fluctuations thermiques d'un milieu révèle les propriétés de ce milieu, sans qu'il soit nécessaire de le solliciter. Afin d'exploiter ce principe, nous avons mis au point une technique optique destinée à mesurer des fluctuations spontanées de hauteur de surfaces libres, basée sur la mesure de la déflexion d'un laser réfléchi à la surface. Nous montrons que l'on peut ainsi mesurer les fluctuations de surface de milieux très variés, allant des liquides peu visqueux aux solides viscoélastiques. Les propriétés viscoélastiques du milieu sondé peuvent être déterminées à partir du spectre expérimental des fluctuations. On compare les valeurs obtenues avec des mesures rhéométriques conventionnelles, la technique s'avère être un moyen fiable pour caractériser les propriétés rhéologiques dans une gamme de fréquences allant de 0,1 Hz à quelques dizaines de kHz. Par ailleurs, on s'intéresse à l'influence du confinement sur les fluctuations de surface d'un liquide newtonien. On étudie l'effet du confinement en utilisant des substrats de différentes natures : solide plan, solide en relief et liquide. On montre que les fluctuations de surface dépendent fortement du substrat utilisé. On étudie en particulier le cas où le film liquide est déposé sur une surface solide plane. En créant un effet Marangoni induit par un gradient de température à la surface libre du liquide, on parvient à contrôler l'épaisseur du film sondé. On mesure ainsi les fluctuations de surface de films dont l'épaisseur varie entre 30 nanomètres et quelques micromètres. Les spectres mesurés sont sensibles à la condition hydrodynamique à l'interface liquide-solide et permettent d'évaluer une éventuelle longueur de glissement.

In the field of « 3D » microelectronic integration, a wafer level technology using flip chip stacking and based on a microinsertion process has been developed recently. This technology is mainly based on the contact realized by thermocompression between a network of microinserts made of Nickel ECD, with connections pads in Al(Cu). In this work, a scenario describing the contact establishment between a unique rough microinsert of Nickel and a smooth thin Aluminum film taking into account the presence of native Alumina at the contact interface, is developed for a range of pressures from MPa to GPa. The analysis of the metal-oxide-metal contact is essentially based on the fracture of the native oxide followd by the metal extrusion through cracks, and requires the knowledge of the behaviour laws of materials, obtained from instrumented nanoindentation tests coupled with numerical modeling. Finally, the measure of the electrical contact resistance evolution in function of applied load, with specific pioneering experimental setup, showcases the mechanisms driving the formation of metallic contact during the microinsertion process., Dans le cadre de l'intégration « 3D », une technologie d'assemblage par report de puces sur tranche de silicium (« flip chip ») reposant sur un procédé de microinsertion a été développée ces dernières années. Cette technologie est basée principalement sur la mise en contact par thermocompression, de réseaux de (micro)inserts en Nickel ECD, avec des plots de connexions métalliques en Al(Cu). Au cours de ce travail, un scénario de formation du contact entre un unique microinsert de Nickel rugueux et un film mince d'Aluminium lisse, prenant en compte la présence d'Alumine native à l'interface de contact, est proposé pour une gamme de pressions allant du MPa au GPa. L'analyse du contact métal-oxyde-métal se base essentiellement sur la fissuration de l'oxyde natif suivie de l'extrusion du métal au travers des fissures, et nécessite d'établir au préalable les lois de comportement des matériaux mis en jeu à partir d'essais de nanoindentation instrumentée couplés à des simulations numériques. Enfin, la mesure de l'évolution de la résistance électrique de contact en fonction de la force appliquée à l'aide de dispositifs expérimentaux originaux, permet de mettre en évidence les différents mécanismes de formation du contact métallique lors du procédé de microinsertion.

The purpose of this thesis is to study the influence of plasticity on the delamination and buckling of thin films deposited on substrates. By combining atomistic simulations and analytic calculations performed in the framework of continuum mechanics, the microscopic processes consisting in the sliding of atoms located at the base of the blister has been characterized during the formation of a straight-sided blister. This sliding effect has been found to increase the maximum deflection of the buckling structure. It also modifies the delamination process of the interface. Taking into account this sliding into the Föppl-von Kármán theory of thin plates (FvK), the shape of the straight-sided blister and the delamination process have been characterized. The consistency between the atomistic simulations and the model explains how the buckling-driven delamination proceeds without introducing any dependence between the adhesion energy and the mode of mixity. The initiation of the buckling from a dislocation-induced interface step has also been investigated. The simulations show that, before buckling, the film delaminates on both sides of the step and a sliding mechanism is also observed. A critical buckling strain which accounts for these phenomena has been analytically determined in the FvK framework. The simulation results and the elastic model explain, as it has also been experimentally observed, why blistering preferentially occurs above step-like defects.; Ce travail de thèse a pour objet l'étude de l'influence de la plasticité sur le délaminage et le flambage de films minces déposés sur substrats. Il repose sur une approche mixte combinant des simulations atomistiques et des calculs analytiques basés sur la théorie des plaques minces de Föppl-von Kármán (FvK). Les simulations ont permis de caractériser, au cours de la formation d'une ride droite, un mécanisme de glissement localisé dans l'interface en pied de cloque entraînant une augmentation de la déflexion maximale de la ride. Ce mécanisme de glissement est également présent lorsque le délaminage piloté par le flambage du film mince est lui aussi observé. En l'intégrant dans le modèle élastique de FvK, la forme de la ride droite ainsi que le processus de délaminage ont ensuite été caractérisés. Le bon accord trouvé entre les simulations atomistiques et le modèle explique notamment le délaminage des cloques sans introduire de dépendance entre l'énergie d'adhésion et la mixité modale. L'initiation du cloquage à partir d'une marche d'interface créée par des dislocations venant du substrat a également été étudiée. Les simulations révèlent qu'avant flambage, le film se décolle à la fois sur le haut et sur le bas de la marche. Un mécanisme de glissement est là aussi identifié. Une déformation critique de flambage qui tient compte de ces phénomènes a été déterminée en modélisant le film mince sur la marche dans le formalisme de FvK. Les résultats des simulations couplés au modèle élastique expliquent, comme il est par ailleurs observé expérimentalement, pourquoi les cloques se forment préférentiellement au-dessus de défauts tels que des marches.

The purpose of this thesis is to study the influence of plasticity on the delamination and buckling of thin films deposited on substrates. By combining atomistic simulations and analytic calculations performed in the framework of continuum mechanics, the microscopic processes consisting in the sliding of atoms located at the base of the blister has been characterized during the formation of a straight-sided blister. This sliding effect has been found to increase the maximum deflection of the buckling structure. It also modifies the delamination process of the interface. Taking into account this sliding into the Föppl-von Kármán theory of thin plates (FvK), the shape of the straight-sided blister and the delamination process have been characterized. The consistency between the atomistic simulations and the model explains how the buckling-driven delamination proceeds without introducing any dependence between the adhesion energy and the mode of mixity. The initiation of the buckling from a dislocation-induced interface step has also been investigated. The simulations show that, before buckling, the film delaminates on both sides of the step and a sliding mechanism is also observed. A critical buckling strain which accounts for these phenomena has been analytically determined in the FvK framework. The simulation results and the elastic model explain, as it has also been experimentally observed, why blistering preferentially occurs above step-like defects., Ce travail de thèse a pour objet l'étude de l'influence de la plasticité sur le délaminage et le flambage de films minces déposés sur substrats. Il repose sur une approche mixte combinant des simulations atomistiques et des calculs analytiques basés sur la théorie des plaques minces de Föppl-von Kármán (FvK). Les simulations ont permis de caractériser, au cours de la formation d'une ride droite, un mécanisme de glissement localisé dans l'interface en pied de cloque entraînant une augmentation de la déflexion maximale de la ride. Ce mécanisme de glissement est également présent lorsque le délaminage piloté par le flambage du film mince est lui aussi observé. En l'intégrant dans le modèle élastique de FvK, la forme de la ride droite ainsi que le processus de délaminage ont ensuite été caractérisés. Le bon accord trouvé entre les simulations atomistiques et le modèle explique notamment le délaminage des cloques sans introduire de dépendance entre l'énergie d'adhésion et la mixité modale. L'initiation du cloquage à partir d'une marche d'interface créée par des dislocations venant du substrat a également été étudiée. Les simulations révèlent qu'avant flambage, le film se décolle à la fois sur le haut et sur le bas de la marche. Un mécanisme de glissement est là aussi identifié. Une déformation critique de flambage qui tient compte de ces phénomènes a été déterminée en modélisant le film mince sur la marche dans le formalisme de FvK. Les résultats des simulations couplés au modèle élastique expliquent, comme il est par ailleurs observé expérimentalement, pourquoi les cloques se forment préférentiellement au-dessus de défauts tels que des marches.

Colloque avec actes et comité de lecture. Internationale.; International audience; La recherche de la miniaturisation des applications dans les secteurs industriels multiplie la conception de microcomposants ou de microsytèmes taillés dans des couches minces d'alliage à mémoire de forme (AMF). Ces structures minces sont souvent le siège de phénomènes d'instabilité tels que la localisation de la déformation et sa propagation à contrainte constante, observés durant la transformation de phase directe ou inverse. Afin de décrire ces phénomènes particuliers, un modèle phénoménologique non local basé sur l'extension d'un modèle local existant est proposé dans ce travail. Ce modèle initialement, développé dans le cadre de la thèse d'Arnaud Duval (2009) est enrichi par la description de deux types de comportements : le comportement hystérétique lors de la décharge superélastique et le comportement thermique à contrainte constante. Implanté dans le code de calculs par éléments finis Abaqus, le modèle proposé est utilisé pour étudier l'influence de paramètres matériau et géométriques sur le phénomène de localisation.

L'auteur n'a pas fourni de résumé en anglais, L'auteur n'a pas fourni de résumé en français

My PhD work was focused on polyelectrolyte complexes in bulk and in LbL-films for cell transfection and for controlling cell-surface interactions. It is possible to dose transfection agent and plasmid DNA in LbL-films by adjusting the number of layers. Transfection efficiencies with different cell lines were at least as good as reported in the literature, but remained overall weak. Different nanobags were also tested systematically leading to a highly efficient transfection protocol with low cytotoxicity for human fibroblasts which are difficult to transfect. We were able to identify multilayer architectures that allow to control cell adhesion even in the presence of serum. This allowed us also to introduce a new technique for the in-situ monitoring of transfection by QCM-D through monitoring cytoskeleton mobility which will be further pursued in a future research project.; Ma thèse a porté sur des complexes de polyélectrolytes en solution et en films LbL pour la transfection de cellules et le contrôle des interactions cellule-surface. Il est possible de doser un agent de transfection et de l'ADN plasmidique dans des films LbL en ajustant le nombre de couches. Les efficacités de transfection avec différentes lignées cellulaires ont été au moins aussi bonnes que celles rapportées dans la littérature, mais sont restées globalement faibles. Différents nanobags ont également été systématiquement testés menant à un protocole de transfection très efficace avec une faible cytotoxicité pour des fibroblastes humains qui sont difficiles à transfecter. Nous avons pu identifier les architectures LbL qui permettent de contrôler l'adhésion cellulaire même en présence de sérum. Cela nous a permis d'introduire une nouvelle technique pour le suivi in situ de la transfection par QCM-D en suivant la mobilité du cytosquelette qui sera poursuivie dans un futur projet.

NdNiO3 and SmxCa1-xMnO3 perovskites thin films were synthesized by magnetron co-sputtering process and the thermochromic properties have been studied in the infrared range. At first, the study of the NdNiO3 nickelate has established the timeliness to synthesise the perovskite phase using a subsequent annealing crystallisation in air at moderate temperature (550°C). We have demonstrated a competitive crystallisation between the thermochromic orthorhombic phase and a non-thermochromic rhombohedral phase largely influenced by experimental parameters: deposition pressure, layer thickness, annealing temperature... The presence of these two phases allowed to clarify more precisely the oxidation mechanisms involved during the deposition process and the reduction mechanisms occurring during the heat treatment. At the same time, the SmxCa1-xMnO3 system was synthesised also as thin films. The first step includes developing the experimental conditions to obtain stoichiometric films using two separate targets. After structural analyses (SEM, XRD), the electrical and optical behaviours of films were analysed using the four probe configuration and the FTIR spectroscopy versus temperature respectively. As result, the metal-insulator transition of the Sm0,5Ca0,5MnO3 compound is close to the room temperature and the film shows an interesting optical contrast in the near and mid-infrared ranges. The optical transmittance measurements in the visible-near infrared range were used to evaluate the optical gap dependence with temperature. At room temperature, the optical gap is close to 0.7 eV. Finally, SmxCa1-xMnO3 manganite is a good candidate for thermal regulation and infrared furtivity; Des films minces de pérovskites NdNiO3 et SmxCa1-xMnO3 ont été synthétisés par co-pulvérisation magnétron et leurs propriétés thermochromes ont été étudiées dans le domaine infrarouge. Dans un premier temps, l'étude du nickelate NdNiO3 a montré la possibilité de synthétiser la phase pérovskite en utilisant un recuit de cristallisation sous air à basse température (550°C). Nous avons mis en évidence une cristallisation compétitive entre la phase orthorhombique thermochrome et une phase rhomboédrique non thermochrome qui est largement influencée par les paramètres d'élaboration : pression de dépôt, épaisseur des couches, température de recuit... L'obtention de ces deux phases a permis d'étudier plus précisément les mécanismes d'oxydation et de réduction intervenant lors du dépôt et lors du traitement thermique respectivement. Parallèlement à cette étude, des couches minces de SmxCa1-xMnO3, ont été également synthétisées par co-pulvérisation. Après une optimisation des conditions expérimentales permettant d'obtenir des films stoechiométriques et des analyses structurales (MEB, DRX), les comportements électriques et optiques des films ont été suivis en fonction de la température (mesure 4 pointes et IRTF). Le composé Sm0,5Ca0,5MnO3 présente une température de transition proche de la température ambiante ainsi qu'un contraste optique dans le très proche et le moyen infrarouge. Les mesures de la transmittance optique dans le domaine visible-proche infrarouge ont permis d'évaluer la dépendance du gap optique avec la température. A 20°C, celui-ci est proche de 0,7 eV. Le manganite SmxCa1-xMnO3 est donc un bon candidat pour la régulation thermique et la furtivité infrarouge

NdNiO3 and SmxCa1-xMnO3 perovskites thin films were synthesized by magnetron co-sputtering process and the thermochromic properties have been studied in the infrared range. At first, the study of the NdNiO3 nickelate has established the timeliness to synthesise the perovskite phase using a subsequent annealing crystallisation in air at moderate temperature (550°C). We have demonstrated a competitive crystallisation between the thermochromic orthorhombic phase and a non-thermochromic rhombohedral phase largely influenced by experimental parameters: deposition pressure, layer thickness, annealing temperature... The presence of these two phases allowed to clarify more precisely the oxidation mechanisms involved during the deposition process and the reduction mechanisms occurring during the heat treatment. At the same time, the SmxCa1-xMnO3 system was synthesised also as thin films. The first step includes developing the experimental conditions to obtain stoichiometric films using two separate targets. After structural analyses (SEM, XRD), the electrical and optical behaviours of films were analysed using the four probe configuration and the FTIR spectroscopy versus temperature respectively. As result, the metal-insulator transition of the Sm0,5Ca0,5MnO3 compound is close to the room temperature and the film shows an interesting optical contrast in the near and mid-infrared ranges. The optical transmittance measurements in the visible-near infrared range were used to evaluate the optical gap dependence with temperature. At room temperature, the optical gap is close to 0.7 eV. Finally, SmxCa1-xMnO3 manganite is a good candidate for thermal regulation and infrared furtivity, Des films minces de pérovskites NdNiO3 et SmxCa1-xMnO3 ont été synthétisés par co-pulvérisation magnétron et leurs propriétés thermochromes ont été étudiées dans le domaine infrarouge. Dans un premier temps, l'étude du nickelate NdNiO3 a montré la possibilité de synthétiser la phase pérovskite en utilisant un recuit de cristallisation sous air à basse température (550°C). Nous avons mis en évidence une cristallisation compétitive entre la phase orthorhombique thermochrome et une phase rhomboédrique non thermochrome qui est largement influencée par les paramètres d'élaboration : pression de dépôt, épaisseur des couches, température de recuit... L'obtention de ces deux phases a permis d'étudier plus précisément les mécanismes d'oxydation et de réduction intervenant lors du dépôt et lors du traitement thermique respectivement. Parallèlement à cette étude, des couches minces de SmxCa1-xMnO3, ont été également synthétisées par co-pulvérisation. Après une optimisation des conditions expérimentales permettant d'obtenir des films stoechiométriques et des analyses structurales (MEB, DRX), les comportements électriques et optiques des films ont été suivis en fonction de la température (mesure 4 pointes et IRTF). Le composé Sm0,5Ca0,5MnO3 présente une température de transition proche de la température ambiante ainsi qu'un contraste optique dans le très proche et le moyen infrarouge. Les mesures de la transmittance optique dans le domaine visible-proche infrarouge ont permis d'évaluer la dépendance du gap optique avec la température. A 20°C, celui-ci est proche de 0,7 eV. Le manganite SmxCa1-xMnO3 est donc un bon candidat pour la régulation thermique et la furtivité infrarouge

Bien que ce soit un procédé industriel répandu, les films de copolymères à blocs préparés par trempage (« dip-coating ») sont moins étudiés que ceux obtenus par tournette (« spin-coating »). Pourtant, il est possible grâce à cette technique de contrôler précisément les caractéristiques de ces films. Au-delà de la méthode de fabrication, la capacité de modifier la morphologie des films trempés à l’aide d’autres facteurs externes est un enjeu primordial pour leur utilisation dans les nanotechnologies. Nous avons choisi, ici, d’étudier l’influence d’une petite molécule sur la morphologie de films supramoléculaires réalisés par « dip-coating » à partir de solutions de poly(styrène-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) dans le tétrahydrofurane (THF). En présence de 1-naphtol (NOH) et d’1-acide napthoïque (NCOOH), qui se complexent par pont hydrogène au bloc P4VP, ces films donnent, respectivement, une morphologie en nodules (sphères) et en stries (cylindres horizontaux). Des études par spectroscopie infrarouge ont permis de mesurer la quantité de petite molécule dans ces films minces, qui varie avec la vitesse de retrait mais qui s’avère être identique pour les deux petites molécules, à une vitesse de retrait donnée. Cependant, des études thermiques ont montré qu’une faible fraction de petite molécule est dispersée dans le PS (davantage de NOH que de NCOOH à cause de la plus faible liaison hydrogène du premier). La vitesse de retrait est un paramètre clé permettant de contrôler à la fois l’épaisseur et la composition du film supramoléculaire. L’évolution de l’épaisseur peut être modélisée par deux régimes récemment découverts. Aux faibles vitesses, l’épaisseur décroît (régime de capillarité), atteint un minimum, puis augmente aux vitesses plus élevées (régime de drainage). La quantité de petite molécule augmente aux faibles vitesses pour atteindre un plateau correspondant à la composition de la solution aux vitesses les plus élevées. Des changements de morphologie, à la fois liés à l’épaisseur et à la quantité de petite molécule, sont alors observés lorsque la vitesse de retrait est modifiée. Le choix du solvant est aussi primordial dans le procédé de « dip-coating » et a été étudié en utilisant le chloroforme, qui est un bon solvant pour les deux blocs. Il s’avère qu’à la fois la composition ainsi que la morphologie des films de PS-P4VP complexés sont différentes par rapport aux expériences réalisées dans le THF. Premièrement, la quantité de petite molécule reste constante avec la vitesse de retrait mais les films sont plus riches en NCOOH qu’en NOH. Deuxièmement, la morphologie des films contenant du NOH présente des stries ainsi que des lamelles à plat, tandis que seules ces dernières sont observables pour le NCOOH. Ce comportement est essentiellement dû à la quantité différente de petite molécule modulée par leur force de complexation différente avec le P4VP dans le chloroforme. Enfin, ces films ont été utilisés pour l’adsorption contrôlée de nanoparticules d’or afin de guider leur organisation sur des surfaces recouvertes de PS-P4VP. Avant de servir comme gabarits, un recuit en vapeurs de solvant permet soit d’améliorer l’ordre à longue distance des nodules de P4VP, soit de modifier la morphologie des films selon le solvant utilisé (THF ou chloroforme). Ils peuvent être ensuite exposés à une solution de nanoparticules d’or de 15 nm de diamètre qui permet leur adsorption sélective sur les nodules (ou stries) de P4VP., Although it is an important industrial process, block copolymer thin films obtained by dip-coating have been far less studied than those obtained by spin-coating. However, this technique allows precise control of film properties and morphologies without the need for subsequent annealing. Besides the process itself, the ability to modify the morphology of block copolymer thin films is of interest for their use in nanotechnology applications. Here, we investigated supramolecular thin films of poly(styrene-b-4-vinyl pyridine) (PS-P4VP) dip-coated from tetrahydrofuran (THF) solutions containing small molecules that hydrogen bond to P4VP. In the initial dip-coating conditions, films complexed with 1-naphthol (NOH) show a dot morphology (spheres), whereas those containing 1-naphthoic acid (NCOOH) show a stripe morphology (horizontal cylinders). It was discovered that the amount of small molecule in the film, measured by infrared spectroscopy, varies with dip-coating rate, but is the same for both small molecules at any given rate. A thermal study showed that a small fraction of the small molecule, more NOH than NCOOH due to the weaker H-bond of the former, is dispersed in the PS phase, thus rationalizing the difference in their morphology evolution with rate. Thus, the dip-coating rate is a key parameter for controlling both the average film thickness and, for supramolecular polymers, the film composition. We observed that the evolution of the thickness with rate can be modeled by two regimes, in accordance with a recent literature study on dip-coated sol-gel films. At low rates, the thickness first decreases (capillarity regime), reaches a minimum and, at higher rates, increases (draining regime), resulting in a V-shaped film thickness/dip-coating rate curve. In parallel, the amount of small molecule in the film increases with rate in the capillarity regime before reaching a plateau corresponding to the solution composition in the draining regime. Morphology changes, related to the film thickness and the small molecule content, are therefore observed by modifying the dip-coating rate. We further show that the dip-coating solvent also influences the composition and morphology of the film, by comparing the use of chloroform (CHCl3), which is a good solvent for both blocks, with THF, which is a non-solvent for P4VP. With CHCl3, the small molecule content remains constant with the dip-coating rate, although it is higher for NCOOH than for NOH. Furthermore, the morphology of NOH-containing PS-P4VP thin films shows stripes and flat-on lamellae, whereas those containing NCOOH show only flat-on lamellae. This is attributed to the difference in their small molecule content, possibly modulated by the reduction in solubility of the P4VP block in CHCl3 when complexed with the small molecule. Finally, dip-coated films were used as templates for the controlled adsorption of gold nanoparticles. Prior to adsorption, solvent annealing was applied to the films either to improve the long-range order of the P4VP dots or to change the film morphology, which is dependent on the solvent used (THF or chloroform). They were then exposed to a 15-nm gold nanoparticles solution, which allows the selective adsorption on the P4VP dots (or stripes). It was possible to adsorb one nanoparticle per P4VP dot by matching their diameters.

Spintronic is a new field of research exploiting the effect of the quantum property of the electron (spin) on the electrical conduction. In order to realize innovative spintronic components, ferromagnetic semiconductors obtained at room temperature became an international challenge. In this context and following initial reports of high Curie temperature and contradictory reports on the magnetic states of this system, we investigated the diluted magnetic semiconductor Zn1-xCoxO. An ab initio study of structural, electronic and magnetic properties of Zn1-xCoxO was performed using the pseudopotentials method within the framework of density functional theory (DFT) with both GGA and GGA+U approximations. In parallel, thin films of Zn1-xCoxO were synthesised by reactive magnetron co-sputtering with different deposition conditions. The structural, morphological, electrical and magnetic properties were analyzed by various characterization techniques and compared with those obtained by ab inito study., La spintronique est un nouveau domaine de recherche qui exploite l'influence de la caractéristique quantique de l’électron (le spin) sur la conduction électrique. Pour réaliser des composants de spintronique innovants, l’obtention des semi-conducteurs ferromagnétiques à température ambiante devenait un challenge international. Dans ce contexte, après les premières prédictions théoriques de la haute température de Curie de Zn1-xCoxO et les rapports contradictoires sur l'état magnétique de ce système, nous nous sommes attaché à étudier le semi-conducteur magnétique dilué Zn1-xCoxO. Une étude ab initio des propriétés structurales, électroniques et magnétiques du Zn1-xCoxO a été effectuée en utilisant la méthode de pseudopotentiels dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT) avec les deux approximations GGA et GGA+U. En parallèle, des films minces de Zn1-xCoxO ont été synthétisés par co-pulvérisation cathodique magnétron en condition réactive avec différentes conditions d’élaboration. Les propriétés structurales, morphologiques, électriques et magnétiques ont été analysées par différentes techniques de caractérisation et confrontées à celles obtenues par l’étude ab inito.

This thesis concerns a context of miniaturization of micromachined ultrasonic transducers (cMUTs). This type of device has been used for decades in the field of ultrasound imaging for the non-destructive testing of structures for example. The quest of a highly resolved imaging requires the use of cMUTs with a resonance frequency in the order of GHz and with a micrometer size. The main part of these cMUts is a suspended membrane with a micrometric surface. An analytical study, based on the mechanical behavior of thin plates, is used for the design of the suspended membranes. This study emphasizes the importance of having a nanometric thickness to obtain a detectable electrical signal. Several materials, namely carbon nanotubes, graphene, graphene oxide, DLC (diamond like carbon ) and silicon have been implemented in this study to make a micron size suspended membranes with a nanometric thickness . Technological processes specific to each of these materials have been designed. Suspended membranes with thicknesses ranging from 2 to 15 nm and widths ranging from 1 to 2 microns were made. A novel method of characterization has been established to evaluate the mechanical properties of our membranes. A measurement protocol has been developed to measure the of displacement of the suspended membrane under the an electrostatic field . Amplitudes reaching ten nanometers were measured. More generally , this study provides a strong proof of the feasibility of suspended micrometer-sized membranes with an electrically detectable signal., Les travaux de cette thèse se situent dans un contexte de miniaturisation des transducteurs ultrasonores micro-usinés (cMUTs). Ce type de dispositifs est utilisé depuis plusieurs décades dans le domaine de l'imagerie par échographie allant du contrôle non-destructif de structures jusqu'au domaine médical. La quête d'une imagerie hautement résolue nécessite l'utilisation de cMUTs de fréquence de résonance de l'ordre du GHz et de taille micrométrique. L'élément actif de ces cMUts est une membrane suspendue de surface micrométrique. Une étude analytique, basée sur le comportement mécanique des plaques minces, a permis de dimensionner les membranes suspendues et de souligner l'importance d'avoir une épaisseur nanométrique pour avoir un signal émis détectable électriquement. Plusieurs matériaux; à savoir des nanotubes de carbone, du graphène, du graphène oxydé, du DLC (diamond like carbon) et du silicium, ont été mis en œuvre dans la cadre de cette étude pour réaliser des membranes suspendues de taille micrométrique et d'épaisseur nanométrique. Des procédés technologiques propres à chacun de ces matériaux ont été conçus et des membranes d'épaisseurs variant de 2 à 15 nm et de largeurs variant de 1 à 2 µm ont été fabriquées. Une méthode de caractérisation innovante a été mise en place afin d'évaluer les propriétés mécaniques des différentes membranes réalisées. Un protocole de mesure a été développé pour mesurer l'amplitude de déplacement des membranes suspendues sous l'action d'une force électrostatique. Des amplitudes qui atteignent la dizaine de nanomètres ont été mesurées, amplitudes qui correspondent à des variations de capacités électriquement détectables. Plus généralement, ces travaux constituent une preuve solide de la faisabilité des nano-membranes suspendues de taille micrométrique avec un déplacement détectable.

The present memoir reports on recent investigations of the author and his collaborators on stability of periodic wavetrains. It includes answers to the last general questions concerning their asymptotic stability as solutions to dissipative systems. These general results both extend in many directions and unify many other contributions obtained over the last twenty years. In the end, despite a quite technical proof, even the most surprising parts of the description receive nice formal interpretations. It also describes various investigations of spectral stability assumptions, needed to apply the general theory, for roll-waves, a special kind of periodic waves that emerge as primary hydrodynamic instabilities in shallow fluid films flowing down an inclined ramp. At last, for conservative systems, it contains some spectral results that are expected to lay sound foundations for a nonlinear theory still to come., Ce mémoire se propose de discuter les résultats de son auteur et des ses collaborateurs concernant la stabilité des ondes progressives périodiques. Il inclut des réponses aux dernières questions ouvertes générales sur leur stabilité asymptotique comme solutions de systèmes dissipatifs. Ces résultats unifient, étendent dans de nombreuses directions et réconcilient un certain nombres de travaux antérieures de ces 20 dernières années. Bien que la démonstration soit parfois extrêmement technique, mêmes les parties les plus surprenantes a posteriori s’interprètent formellement de manière assez élégante. Le mémoire décrit également l’examen des hypothèses de stabilité spectrale, nécessaires à l’application des résultats généraux, pour les rouleaux, des ondes périodiques qui émergent comme instabilités hydrodynamiques primaires dans les fluides en couche mince s’écoulant le long d’une pente. Enfin, à propos des systèmes conservatifs, le mémoire contient quelques résultats spectraux, obtenus avec l’espoir qu’ils puissent servir de premières bases à un théorie non linéaire, encore à venir.

Polymer films with controlled porosity are obtained from block copolymer thin films of polystyrene-b-polylactide (PS-PLA) and polystyrene-b-poly(methylmethacrylate) (PS-PMMA). The morphology of these films must be reorganized by solvent annealing (THF or DCE) in order to obtain the cylinders perpendicular to the surface, in the volume and arranged in a hexagonal lattice over a long distance. The selective removal of the minority domains leads to a porous thin film of PS. New characterization techniques (AFM image analysis, SEM analysis of the silica replica, ellipsoporosimetry) are developed to evaluate the influence of various parameters (substrate nature, film thickness, method of deposition, duration and method of solvent vapors annealing …) on the morphology of the film (surface, interface and volume) and on the kinetics of reorganization. Blends of copolymer/homopolymer A-B/C (PS-PMMA/PLA, PS-PLA/PMMA, PS-PLA/PEO, PS-PEO/PLA, PS-PEO/PMMA, PS-PMMA/PEO) are also studied. In some cases, the addition of homopolymers can improve the reorganization of block copolymer films. It also allows an increase of the characteristics size of the system. Homopolymers C locate at the center of the minority B domains if χA-C> χB-C and χA-C> χA-B. For example, in the case of PS-PMMA/PLA blends, cylinders perpendicular to the surface and hexagonally arranged are observed after exposure to vapor of THF with incorporation of PLA homopolymer in central PMMA domains.; Des masques polymères à porosité contrôlée sont fabriqués à partir de films minces de copolymères à blocs auto-organisés polystyène-b-polylactide (PS-PLA) et polystyrène-b-poly(méthacrylate de méthyle) (PS-PMMA). Les films doivent être réorganisés grâce à une exposition aux vapeurs de solvant (THF ou DCE) pour obtenir des cylindres perpendiculaires à la surface, dans le volume et arrangés de façon hexagonale à longue distance. L’extraction sélective des domaines minoritaires conduit alors à des films minces poreux de PS. La mise en place de nouvelles techniques de caractérisation (analyse des images AFM, analyse MEB de répliques de système poreux, ellipso-porosimétrie) a permis d’évaluer l’influence de nombreux paramètres (nature du substrat, épaisseur du film, mode de dépôt, nature du solvant, temps et mode d’exposition aux vapeurs du solvant, …) sur la morphologie des films (surface, interface substrat/film, volume) et sur la cinétique de réorganisation. Des mélanges de copolymères à blocs A-B et d’homopolymères C (PS-PMMA/PLA, PS-PLA/PMMA, PS-PLA/PEO, PS-PEO/PLA, PS-PEO/PMMA, PS-PMMA/PEO) sont également étudiés. L’ajout d’homopolymères permet dans certains cas, d’améliorer la réorganisation des films de copolymères à blocs. Il permet également une augmentation des tailles caractéristiques du système. L’homopolymère C se localise au centre des domaines du bloc minoritaire B si χA-C> χB-C et χA-C > χA-B. Par exemple, dans le cas du mélange PS-PMMA/PLA, des cylindres perpendiculaires à la surface et organisés de façon hexagonale sont observés après exposition aux vapeurs de THF avec incorporation des domaines d’homopolymères PLA au centre des domaines de PMMA.

This dissertation presents a synthesis of research articles devoted to the analysis of mathematical problems arising from fluid mechanics. In particular, with an approach including mathematical modelling, theoretical and numerical analysis of partial differential equations and scientific computing, the application fields of these studies have focused on two major subjects: thin film mechanics and life sciences. The dissertation contains three chapters which focus on 1) hydrodynamic lubrication, 2) scalar conservation laws on a bounded domain and 3) mathematical modelling applied to life sciences including two different topics: the modelling of the respiratory system (in particular gas exchange in the bronchial tree) and simulation of active or passive biomimetic suspensions in a viscous fluid.; Ce mémoire presente une synthèse de travaux de recherche consacrés à l'analyse de problèmes mathématiques issus de la mécanique des fluides. En particulier, par le mélange de modélisation, d'analyse théorique et numérique d' équations aux dérivées partielles ainsi que de calcul scientifique, les champs applicatifs de ces travaux ont porté essentiellement sur deux grandes thématiques : la mécanique des films minces et les biosciences. Cette synthèse s'articule autour de trois chapitres : 1) la lubrification hydrodynamique, 2) les lois de conservation scalaires sur un domaine borné et 3) la modélisation mathématique appliquée aux sciences du vivant qui présente, à son tour, deux axes distincts : la modélisation du système respiratoire et, en particulier, des échanges gazeux dans l'arbre bronchique et la simulation de suspensions biomimétiques actives ou passives dans un fluide de Stokes.

Lanthanum cuprate is an antiferromagnetique insulator that becomes superconducting when sufficiently oxidized. The aim of this study is to show the feasibility of the lanthanum cuprate thin film deposition by magnetron sputtering on low cost substrates. This work is developed around three points: the synthesis of the films, a study of their crystallization and the influence of the substrate nature on the films delamination. The synthesis aspect includes the presentation of the four different synthesis processes and a comparison of these processes in terms of reproducibility, chemical composition and thickness homogeneous zones. The process using a ceramic target was determined to have the larger homogeneous zone but does not allow obtaining stoichiometric films. The films structure after annealing in air has been determined by X-ray diffraction and Transmission Electronic Microscopy. This technique allowed us to demonstrate that the films mostly crystallize in a metastable tetragonal structure and in a lesser extend in orthorhombic structure. The effects of the chemical composition of the film, the substrate nature, and the annealing atmosphere on the films crystallization were studied. The use of steel as a substrate is promising way to the elaboration of La2CuO4 thin films. By using in situ microscope techniques, we showed that the thermal treatment induces defaults formation on the film surface. The natures of these defaults strongly depend on the substrate nature. To explain these results, the apparent thermal expansion coefficients of the films were calculated from x-ray diffraction analyses. These results allowed us to suggest a film delamination initiation model; Le La2CuO4 est un isolant antiferromagnétique qui devient supraconducteur lorsqu'il est suffisamment oxydé. Cette étude qui porte sur la faisabilité de la synthèse de films de La2CuO4 par pulvérisation magnétron sur des substrats à moindre coût a été développée selon trois axes : l'élaboration des films, l'étude de leur cristallisation et l'influence de la nature du substrat sur leur tenue mécanique. Sous l'aspect élaboration ont été regroupés la présentation et la comparaison de quatre procédés d'élaboration. Nous avons ainsi déterminé que le procédé utilisant une cible céramique est le procédé permettant d'obtenir la zone homogène la plus étendue. La structure des films après recuit dans l'air a été déterminée par diffraction des rayons X et par microscopie électronique en transmission. Ces techniques ont permis de démontrer que les films cristallisent majoritairement dans une structure quadratique métastable et dans une moindre mesure dans une structure orthorhombique. L'effet de la composition chimique des films, de la nature du substrat et sur la cristallisation des films ont été étudiés. Il apparaît que l'utilisation de substrats en acier constitue une voie prometteuse pour la synthèse de films de La2CuO4. En utilisant des techniques de microscopie in situ, nous avons démontré que le recuit induit la formation de défauts en surface des films. La nature de ces défauts dépend des propriétés thermiques des substrats. Pour expliquer ces résultats, nous avons estimé les coefficients de dilatation thermique apparents de nos films à partir d'analyses par diffraction des rayons X. Ceci nous a permis de proposer un modèle d'initiation de la délamination des films

Lanthanum cuprate is an antiferromagnetique insulator that becomes superconducting when sufficiently oxidized. The aim of this study is to show the feasibility of the lanthanum cuprate thin film deposition by magnetron sputtering on low cost substrates. This work is developed around three points: the synthesis of the films, a study of their crystallization and the influence of the substrate nature on the films delamination. The synthesis aspect includes the presentation of the four different synthesis processes and a comparison of these processes in terms of reproducibility, chemical composition and thickness homogeneous zones. The process using a ceramic target was determined to have the larger homogeneous zone but does not allow obtaining stoichiometric films. The films structure after annealing in air has been determined by X-ray diffraction and Transmission Electronic Microscopy. This technique allowed us to demonstrate that the films mostly crystallize in a metastable tetragonal structure and in a lesser extend in orthorhombic structure. The effects of the chemical composition of the film, the substrate nature, and the annealing atmosphere on the films crystallization were studied. The use of steel as a substrate is promising way to the elaboration of La2CuO4 thin films. By using in situ microscope techniques, we showed that the thermal treatment induces defaults formation on the film surface. The natures of these defaults strongly depend on the substrate nature. To explain these results, the apparent thermal expansion coefficients of the films were calculated from x-ray diffraction analyses. These results allowed us to suggest a film delamination initiation model, Le La2CuO4 est un isolant antiferromagnétique qui devient supraconducteur lorsqu'il est suffisamment oxydé. Cette étude qui porte sur la faisabilité de la synthèse de films de La2CuO4 par pulvérisation magnétron sur des substrats à moindre coût a été développée selon trois axes : l'élaboration des films, l'étude de leur cristallisation et l'influence de la nature du substrat sur leur tenue mécanique. Sous l'aspect élaboration ont été regroupés la présentation et la comparaison de quatre procédés d'élaboration. Nous avons ainsi déterminé que le procédé utilisant une cible céramique est le procédé permettant d'obtenir la zone homogène la plus étendue. La structure des films après recuit dans l'air a été déterminée par diffraction des rayons X et par microscopie électronique en transmission. Ces techniques ont permis de démontrer que les films cristallisent majoritairement dans une structure quadratique métastable et dans une moindre mesure dans une structure orthorhombique. L'effet de la composition chimique des films, de la nature du substrat et sur la cristallisation des films ont été étudiés. Il apparaît que l'utilisation de substrats en acier constitue une voie prometteuse pour la synthèse de films de La2CuO4. En utilisant des techniques de microscopie in situ, nous avons démontré que le recuit induit la formation de défauts en surface des films. La nature de ces défauts dépend des propriétés thermiques des substrats. Pour expliquer ces résultats, nous avons estimé les coefficients de dilatation thermique apparents de nos films à partir d'analyses par diffraction des rayons X. Ceci nous a permis de proposer un modèle d'initiation de la délamination des films

The micro-solid oxide fuel cells (micro-SOFC) appear as attractive miniature sources of energy and are a technological breaking for an alternative to current Li-ion batteries. This work deals with the synthesis, the structural characterization, microstructural and electrochemical of dense and porous thin film exhibiting various composition and structure: LSCF-CGO, Ni(O)-CGO and CGO. These materials have been incorporated as cathode, anode and electrolyte respectively in a device type micro-SOFC operating at 400-600°C with H2 as fuel. The architecture of the cell and the synthesis approach differ from those proposed in the literature. In fact, porosity and composition gradients have been included to the electrodes to limit activation and concentration polarizations. Moreover, the choice of the method of synthesis, sol-gel method coupled with dip-coating to deposit materials was guided by economic criteria and ease implementation. For the synthesis of dense electrolyte thin films (CGO), another synthesis method (ALD) was also explored. In this work, we studied the relationships between structural, microstructural and electrical properties of porous thin film electrodes under the conditions of synthesis and of testing. Based on this study, the fabrication and evaluation of micro-SOFC cells properties deposited on a porous Pt/Al2O3 support have been performed; Les micro-piles à combustible à oxyde solide (micro-SOFC) apparaissent comme des sources d'énergie miniatures attractives et constituent une réelle rupture technologique permettant une solution alternative aux accumulateurs Li-ion actuels. Dans ce contexte, ce travail concerne la synthèse, la caractérisation structurale, microstructurale et électrochimique de films minces denses et poreux de composition et de structure variées : LSCF-CGO, Ni(O)-CGO et CGO. Ces matériaux ont été intégrés comme cathode, anode et électrolyte respectivement dans un dispositif type micro-SOFC fonctionnant vers 400-600°C à partir de H2 comme carburant. L'architecture de la cellule et son procédé de synthèse diffèrent de ceux proposés dans la littérature. En effet, des gradients de porosité et de composition ont été réalisés aux électrodes de manière à limiter les phénomènes de polarisation d'activation et de concentration. De plus, le choix du procédé de synthèse, sol-gel couplé à la méthode de trempage-retrait pour la mise en forme des matériaux, a été guidé par des critères économiques et de facilité de mise en œuvre. Pour la synthèse des films minces denses d'électrolyte (CGO), une autre méthode de synthèse (ALD) a également été utilisée. Dans ce travail, nous avons étudié plus particulièrement les relations qu'il existe entre les propriétés structurale, microstructurale et électrique des films minces poreux d'électrodes, dans les conditions de synthèse et de fonctionnement in fine de la cellule. Sur la base de cette étude, la fabrication et l'évaluation des propriétés électriques de ces micro-SOFC déposées sur un support poreux de Pt/Al2O3 ont été réalisées

Despite its excellent electronic properties, germanium is limited by the low passivation of its oxide. Therefore, new dielectrics must be developed. Furthermore, germanium sensitivity requires the creation of a passivation layer on the surface. Even if numerous studies were carried out on new inorganic dielectrics, this research project concerns the design, the realization and the development of thin passivating organic dielectric films on germanium for nanoelectronics applications. This work principally involves the synthesis of new push-pull molecules (π-conjugated systems bearing a donor and an acceptor part) and germanium functionalization. New donor-acceptor systems and π-conjugated linear systems containing an anchoring group were synthesized through new ways. In particular, a series of azobenzene derivatives with different acceptors (fluorinated groups, pyridinium, nitro) and donors (amines, alkoxyl) and various anchoring groups (thiol, carboxylic acid, diazonium salt, triazene) was obtained. Meanwhile, preparation and functionalization of germanium surfaces was studied. A new process to etch the native oxide and obtain halogenated surfaces with low roughness was developed. Germanium substrates were then functionalized with thiol but also with diazonium salts. This new spontaneous grafting process considerably decreased the reaction time (15 minutes spontaneous grafting of diazonium salts against 3 days for self-assembled monolayers of thiol formation) in mild conditions. Thin films obtained present stability similar to the one of thiol monolayers. Π-conjugated linear systems were grafted both as thiol and diazonium salt to probe the influence of the aromatic core on the film formation and properties. Finally, push-pull systems were also grafted. Electronic studies on gold with π-conjugated systems were realized. These studies were extended to germanium and allow expecting significant results with push-pull molecules., Les excellentes propriétés électroniques du germanium limitées par la faible qualité isolante de son oxyde rendent le développement de nouveaux matériaux diélectriques nécessaires. En outre, la sensibilité du germanium requiert la création d'une couche passivante de surface pour le protéger. Bien que de nombreuses études soient réalisées pour le développement de nouveaux diélectriques inorganiques, ce projet de recherche en rupture concerne la conception, la réalisation et le développement de film mince diélectrique organique passivant sur le germanium pour des applications en nanoélectronique. Le travail réalisé porte principalement sur la synthèse de nouvelles molécules " push-pull " (systèmes conjugués linéaires portant de part et d'autres un groupe donneur et un groupe accepteur) et sur la fonctionnalisation du germanium. Plusieurs nouveaux systèmes donneur-accepteur ainsi que des systèmes conjugués linéaires contenant une fonction d'ancrage ont été synthétisés selon de nouvelles voies. En particulier, une série de dérivés azobenzène contenant différents accepteurs (groupes fluorés, pyridinium, nitro) et donneurs (amines, alcoxyl) ainsi que des fonctions d'ancrage variées (thiol, acide carboxylique, sel de diazonium, triazene) a été obtenue. En parallèle, la préparation et la fonctionnalisation de surfaces de germanium ont été étudiées. Un nouveau procédé permettant d'enlever l'oxyde natif de la surface et d'obtenir des surfaces halogénées de faible rugosité a été développé. Les substrats de germanium ont été fonctionnalisés par des thiols mais également par des sels de diazonium. Ce nouveau processus de greffage spontané a permis d'abaisser considérablement le temps de réaction (15 minutes de greffage spontané des sels de diazonium contre 3 jours pour la formation de monocouches auto-assemblées de thiols) tout en travaillant dans des conditions douces. Les films minces ainsi obtenus présentent une stabilité comparable à celles des monocouches de thiols. Des systèmes conjugués linéaires ont été greffés à la fois sous forme de thiol et sous forme de sels de diazonium afin de déterminer l'influence du noyau aromatique sur la formation du film et sur ses propriétés. Enfin, les systèmes " push-pull " ont également été greffés. Des premières études électroniques sur or avec les systèmes conjugués linéaires ont été réalisées. Ces études ont été étendues au germanium et laissent envisager des résultats significatifs avec les molécules " push-pull ".

Silver species adsorbed on colloidal titania have been known for a long time to exhibit photochromism. The color change is due to the reduction of silver salts from metallic nanoparticles under UV illumination and oxidation of these latters under visible illumination. Recently, a new functionality inducing multicolor photochromism has been reported in nanocomposite materials constituted by silver nanoparticles introduced in nanoporous titania film. In this dissertation, we study the influence of mesoporous titania matrix with controlled pores sizes on the photochromisrn behavior of such films. We show that the films porosity allows to control the formed particles under UV illumination and that is possible to bleach the photo-induced patterns with a monochromatic visible light although usually this type of illumination color the film. The utilization of these materials allows also to sensibly improve the temporal stability of photo-induced inscriptions, which allows to use them as rewritable data carriers. We demonstrate also that above an intensity threshold, it is possible to inscribe permanent pattern with an UV or visible illumination, which allows to use these films like permanent data carriers. Finally, in the last part, we show that it is possible to photo-induce in visible light dichroic color highly reflective without prior reduction of silver salts; L’argent associé aux colloïdes de titane est connu depuis longtemps pour produire un effet photochrome réversible. Le changement de couleur est dû à la réduction des sels d’argent en nanoparticules métalliques sous lumière UV et à l’oxydation de ces dernières sous lumière visible. Récemment, une nouvelle fonctionnalité induisant du photochromisme multicolore a été rapportée dans des matériaux nanocomposites constitués de nanoparticules d’argent introduites dans des films nanoporeux d’oxyde de titane. Dans cette thèse, nous étudions l’influence d’une matrice mésoporeuse d’oxyde de titane avec des tailles de pores contrôlées sur le comportement photochrome de tels films. Nous montrons que la porosité des films permet de contrôler la taille des particules formées sous insolations UV et qu’il est possible de blanchir les motifs photo-induits avec une lumière monochromatique visible bien qu’habituellement ce type d’insolation colore le film. L’utilisation de ces matériaux permet aussi d’améliorer sensiblement la stabilité temporelle des inscriptions photo-induites, ce qui permet de les utiliser comme support de données reconfigurables. Nous démontrons aussi qu’au-delà d’un seuil en intensité, il est possible d’inscrire des motifs permanents avec une lumière UV ou visible, ce qui permet l’utilisation de ces films comme support de données permanentes. Enfin, dans une dernière partie, nous montrons qu’il est possible de photo-inscrire en lumière visible des couleurs dichroïques fortement réfléchissantes sans aucune réduction préalable des sels d’argent

The first part of this thesis is focused on instabilities in thin polymer films. When an electric field is applied perpendicular to the film surface, and the temperature is above the glass transition temperature, the film becomes unstable against surface modulations. In particular, we study the influence of residual stresses on the growth rate and on the selected wavenumber of this instability. We start by describing the fabrication process of thin films (typically spin-coating) and we explain why residual stresses may appear and should be considered. Then a model is developed and every hypothesis is discussed in detail. Three rheological constitutive laws are investigated : a non-linear elastic Neo-Hookean solid, a viscoelastic Voigt-Kelvin solid and a viscoelastic Maxwell fluid. In the second part, we study the counterion density around a hydrophobic polyelectrolyte. In a bad solvent, this kind of polyelectrolyte adopts a pearl-necklace structure. The counterion density is determined around one of the 'pearls' in this structure. Applying the quasi-localized charge approximation allows us to get scaling laws between the coupling parameter on the one hand and the decay length and the uptake charge on the other hand. The scaling laws were confirmed by numerical simulations. Finally we applied Density Functional Theory to this system, also being in good agreement with the two other methods. Keywords : thin films, instabilities, non-linear elasticity, viscoelasticity, polyelectrolyte, strong coupling.; Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés dans la première partie aux instabilités dans les films minces de polymères. Sous champ électrique perpendiculaire à la surface, cette dernière devient instable lorsque la température du film mince est supérieure à sa température de transition vitreuse. Nous y étudions plus particulièrement l'influence des contraintes résiduelles à la fois sur le taux de croissance de cette instabilité et sur les longueurs d'ondes sélectionnées. Dans un premier temps, nous décrivons brièvement ce qui nous a poussé à considérer que le processus de fabrication pouvait entraîner des contraintes résiduelles. Nous détaillons aussi tous les éléments de notre modèle avec les hypothèses que cela engendre. Ensuite, plusieurs modèles rhéologiques sont considérés : modèle du solide élastique Néo-Hookéenne, modèle du solide viscoélasticité du type Voigt-Kelvin et modèle du liquide viscoélasticité de type Maxwell. Dans la deuxième partie, nous nous sommes intéressés à la répartition de contre-ions autour d'un polyélectrolyte hydrophobe en mauvais solvant. Dans un tel solvant, ces polyélectrolytes prennent la configuration d'un collier de perles. Nous étudions le profil de densité des contre-ions autour d'une de ces perles. L'approximation des charges quasi- localisées nous permet d'obtenir des lois d'échelle entre le paramètre de couplage plasma et la charge effective du globule ou encore la longueur caractéristique de décroissance de la densité. Ces lois d'échelle sont validées via des simulations. Une approche semi-analytique (Density Functionnal Theory) permet de retrouver les profils de densité des contre-ions.

This thesis presents the synthesis and characterization of two new families of mononuclear complexes, [Fe(L)2(NCS)2] and [Fe(L)(H2B(pz)2)2] showing bistable properties. The crystallographic studies allowed us to discuss the influence of the elongation of the ligands L on the crystal lattice, intermolecular contacts and the existence of structure / properties correlations. The final part of this work shows the controlled synthesis of spin crossover objects at the nanometric scale as thin films prepared by sublimation and nanoclusters synthesized in confined media.; Ce manuscrit présente la synthèse et la caractérisation de deux nouvelles familles de complexes mononucléaires, [Fe(L)2(NCS)2] et [Fe(L)(H2B(pz)2)2], montrant des propriétés bistables. L’étude des structures cristallographiques a permis de discuter l’influence de l’élongation des ligands L sur le réseau cristallin et sur les contacts intermoléculaires ainsi que l’existence de corrélations structures / propriétés. Enfin, la dernière partie de ce travail est consacrée à l’élaboration de façon contrôlée d’objets à transition de spin à l’échelle nanométrique, sous la forme de films déposés par sublimation et de nanoclusters synthétisés en milieu confiné.

This work was born from the idea of ​​combining materials in thin films form, an area that motivates many years researchers LMGP, to substrates with high piezoelectric coefficients of deformation. Piezoelectric materials can convert electrical energy into mechanical energy (strain) and vice versa. So we can imagine that a thin film synthesized on the surface of a piezoelectric substrate will benefit from the substrate deformation when subjected to an electric field. The substrate involved is the PMN-PT, a compound that shows high piezoelectric coefficient. In this study the film synthesized is the LaNiO3. It crystallizes in a perovskite structure ABO3. This structure has the advantage of a wide variety of structural distortions and can accommodate a large number of chemical elements.; Ce travail est né de l'idée d'associer l'ingénierie des matériaux sous forme de couches minces, domaine qui motive depuis de nombreuses années les chercheurs du LMGP, à des substrats piézoélectriques à fort coefficients de déformation. Les matériaux piézoélectriques peuvent convertir une énergie électrique en une énergie mécanique (de déformation) et vice-versa. Il est alors aisé d'imaginer qu'une couche mince synthétisée à la surface d'un substrat piézoélectrique profitera de la déformation de ce dernier quand il est soumit à un champ électrique. Le substrat mis en jeu est le PMN-PT, composé qui présente de forts coefficients de déformation. Dans cette étude le film synthétisé et mis en œuvre est le LaNiO3. Il cristallise dans une structure pérovskite ABO3. Cette structure présente l'avantage de permettre une grande variété de distorsions structurales et peut accueillir un grand nombre d'éléments chimiques.

Polymer films with controlled porosity are obtained from block copolymer thin films of polystyrene-b-polylactide (PS-PLA) and polystyrene-b-poly(methylmethacrylate) (PS-PMMA). The morphology of these films must be reorganized by solvent annealing (THF or DCE) in order to obtain the cylinders perpendicular to the surface, in the volume and arranged in a hexagonal lattice over a long distance. The selective removal of the minority domains leads to a porous thin film of PS. New characterization techniques (AFM image analysis, SEM analysis of the silica replica, ellipsoporosimetry) are developed to evaluate the influence of various parameters (substrate nature, film thickness, method of deposition, duration and method of solvent vapors annealing …) on the morphology of the film (surface, interface and volume) and on the kinetics of reorganization. Blends of copolymer/homopolymer A-B/C (PS-PMMA/PLA, PS-PLA/PMMA, PS-PLA/PEO, PS-PEO/PLA, PS-PEO/PMMA, PS-PMMA/PEO) are also studied. In some cases, the addition of homopolymers can improve the reorganization of block copolymer films. It also allows an increase of the characteristics size of the system. Homopolymers C locate at the center of the minority B domains if χA-C> χB-C and χA-C> χA-B. For example, in the case of PS-PMMA/PLA blends, cylinders perpendicular to the surface and hexagonally arranged are observed after exposure to vapor of THF with incorporation of PLA homopolymer in central PMMA domains., Des masques polymères à porosité contrôlée sont fabriqués à partir de films minces de copolymères à blocs auto-organisés polystyène-b-polylactide (PS-PLA) et polystyrène-b-poly(méthacrylate de méthyle) (PS-PMMA). Les films doivent être réorganisés grâce à une exposition aux vapeurs de solvant (THF ou DCE) pour obtenir des cylindres perpendiculaires à la surface, dans le volume et arrangés de façon hexagonale à longue distance. L’extraction sélective des domaines minoritaires conduit alors à des films minces poreux de PS. La mise en place de nouvelles techniques de caractérisation (analyse des images AFM, analyse MEB de répliques de système poreux, ellipso-porosimétrie) a permis d’évaluer l’influence de nombreux paramètres (nature du substrat, épaisseur du film, mode de dépôt, nature du solvant, temps et mode d’exposition aux vapeurs du solvant, …) sur la morphologie des films (surface, interface substrat/film, volume) et sur la cinétique de réorganisation. Des mélanges de copolymères à blocs A-B et d’homopolymères C (PS-PMMA/PLA, PS-PLA/PMMA, PS-PLA/PEO, PS-PEO/PLA, PS-PEO/PMMA, PS-PMMA/PEO) sont également étudiés. L’ajout d’homopolymères permet dans certains cas, d’améliorer la réorganisation des films de copolymères à blocs. Il permet également une augmentation des tailles caractéristiques du système. L’homopolymère C se localise au centre des domaines du bloc minoritaire B si χA-C> χB-C et χA-C > χA-B. Par exemple, dans le cas du mélange PS-PMMA/PLA, des cylindres perpendiculaires à la surface et organisés de façon hexagonale sont observés après exposition aux vapeurs de THF avec incorporation des domaines d’homopolymères PLA au centre des domaines de PMMA.

Controlling the micro-structure of organic materials is crucial for a variety of practical applications such as photonics, biomedicine or the rapidly growing field of organic electronics. Recent studies have shown a possibility of tailoring the polymer structure on the nanoscale using supramolecular self-assembly under spatial confinement. Despite extensive studies already performed in this field, many questions remain open. In particular, it will be important to understand how different structure formation processes such as crystallization, LC-phase formation, microphase separation, and others occur under confinement. In the present work, we address the effect of 1D- and 2D-confinement on the structure formation for a variety of systems including segmented poly(ether-ester-amide) (PEEA) copolymers, main-chain liquid-crystalline (LC) polymers belonging to the family of poly(di-n-alkylsiloxane)s and liquid-crystalline/semicrystalline block copolymers formed through complexation of poly (2-vinylpyridine-b-ethylene oxide) (P2VP-PEO) with a wedge-shaped ligand, 4'-(3'',4'',5''-tris(octyloxy) benzamido) propanoic acid. In order to reveal the morphological diversity of the studied systems under confinement, the work was carried out on bulk materials and on thin films employing a battery of experimental methods. The main experimental techniques operational in direct and reciprocal space applied in my work are described in chapter 2. [...], Le contrôle de la microstructure des matériaux organiques est crucial pour des applications pratiques telles que la photonique, la biomédecine ou encore le domaine très dynamique de l'électronique organique. Les études récentes ont montré une possibilité de contrôler la structure des polymères à l'échelle nanométrique en utilisant l'auto-assemblage supramoléculaire sous confinement spatial. Bien que de nombreuses études ont déjà été effectuées dans ce domaine, plusieurs questions essentielles restent ouvertes. En particulier, il est important de comprendre comment les différents processus de formation structurale tels que la cristallisation, la formation d`une phase cristal liquide et la séparation de phases se déroulent sous confinement. Dans le présent travail, nous abordons l'effet du confinement à 1D et à 2D sur la formation de la structure pour une variété de systèmes, y compris les copolymères segmentés de poly(éther-ester-amide) (PEEA), les polymères cristaux liquides (CL) dont la chaîne principale appartient à la famille des poly(di-n-alkylsiloxane)s et des copolymères à bloc cristaux-liquides /semicristallins formés par complexation de poly(2-vinylpyridine-b-oxyde d'éthylène) (P2VP-PEO) avec un ligand cunéiforme, l'acide 4'-(3'',4'',5''-tris(octyloxy) benzamido) propanoïque. Pour être capable de traiter de façon adéquate la morphologie complexe de ces systèmes sous confinement, le travail a été effectué en utilisant une batterie de méthodes expérimentales. Les techniques principales opérationnelles dans l'espace direct et réciproque que nous avons employées sont décrites dans le chapitre 2. [...]

This work was born from the idea of ​​combining materials in thin films form, an area that motivates many years researchers LMGP, to substrates with high piezoelectric coefficients of deformation. Piezoelectric materials can convert electrical energy into mechanical energy (strain) and vice versa. So we can imagine that a thin film synthesized on the surface of a piezoelectric substrate will benefit from the substrate deformation when subjected to an electric field. The substrate involved is the PMN-PT, a compound that shows high piezoelectric coefficient. In this study the film synthesized is the LaNiO3. It crystallizes in a perovskite structure ABO3. This structure has the advantage of a wide variety of structural distortions and can accommodate a large number of chemical elements., Ce travail est né de l'idée d'associer l'ingénierie des matériaux sous forme de couches minces, domaine qui motive depuis de nombreuses années les chercheurs du LMGP, à des substrats piézoélectriques à fort coefficients de déformation. Les matériaux piézoélectriques peuvent convertir une énergie électrique en une énergie mécanique (de déformation) et vice-versa. Il est alors aisé d'imaginer qu'une couche mince synthétisée à la surface d'un substrat piézoélectrique profitera de la déformation de ce dernier quand il est soumit à un champ électrique. Le substrat mis en jeu est le PMN-PT, composé qui présente de forts coefficients de déformation. Dans cette étude le film synthétisé et mis en œuvre est le LaNiO3. Il cristallise dans une structure pérovskite ABO3. Cette structure présente l'avantage de permettre une grande variété de distorsions structurales et peut accueillir un grand nombre d'éléments chimiques.

National audience; Sol-gel glasses doped with org. chromophores have numerous applications such as dye-lasers, non-linear optical materials, biosensors, or luminescence solar collectors. However, the final efficiency of devices depends not only on the intrinsic phys.-chem. quality and response of the different charge carriers and light-emitting layers, but also on a carefully controlled deposition process. In this context, our research is focusing not only on the design of new silsesquioxane precursors and on the control of their supramol. aggregation properties but also on the development of a new hydrolysis-polycondensation process. Patents have been deposited and collaboration initiated with the start-up Atheor within the framework of Languedoc-Roussillon Incubation (LRI). The field of the markers is addressed in particular to develop traceability solns. for conditioning industries. This company will exploit our patents for the development of invisible tracers on glass.

Ohmic MEMS switches made by gold thin films are promising devices but their mechanical contacts are one of the critical concerns for enhancing reliability. For this reason, surface processes are investigated in this work to improve both mechanical and electrical contact resistance (ECR) of MEMS gold contacts. Ruthenium ultra-thin films (20 to 100 nm) deposited on a top of gold layer increase surface hardness by a factor of fifteen. In parallel, surface implantations of both boron (, Afin d’améliorer la durée de vie des micro-relais MEMS ohmiques, plusieurs traitements de surface de films minces d’or sont réalisés pour augmenter leur dureté tout en conservant une résistance électrique de contact faible.Les revêtements ultrafins de ruthénium (20 à 100 nm) déposés sur l’or augmentent la dureté des surfaces de contact d’un facteur 15. L’implantation ionique de bore ou d’azote (3,5 ppm à 10 % atomique) à une profondeur de 100 nm dans le film mince d’or permet d’atteindre un gain en dureté de 75%. Le contrôle (AFM, EBSD et DRX) de la microstructure induite met en évidence le durcissement par solution solide par insertion. Mais au-delà de 1% atomique, les atomes d’azote quittent le réseau cristallin de l’or pour former des précipités de nitrure d’or.L’analyse AFM (rugosité et diamètre) des empreintes résiduelles (quelques μm²) réalisées par nano-indentation sphérique, imitant le cyclage et le fluage des surfaces de contact de ces MEMS, démontre l’apport de ces traitements de surface. De plus, leurs résistances électriques de contact, mesurées par nano-indentation instrumentée reproduisant un micro-contact identique à un dispositif réel, sont similaires à celle de l’or pur.La modélisation discrète mécanique du contact rugueux est ajustée à la mesure de la déformation mécanique de nano-rugosités en comparant les relevés topographiques réalisés par AFM avant et après nano-indentation sphérique. La comparaison entre la modélisation et la mesure de la résistance électrique de contact indique que pour les gammes de force utilisées dans les micro-relais MEMS (inférieure au mN), seule une fraction allant de 2% à 9% de la surface de contact réelle est conductrice.

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.

Signals in optical fibers used for the transfer of information are attenuated due to impurities, scattering, absorption… To compensate for these losses, several techniques were developed like Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA). An alternative to rare earth doped fiber amplifier is Raman Amplification, which results from stimulated Raman scattering. Noble metal nanoparticles have optical properties induced by the collective oscillation of their conduction electrons when they interact with an electromagnetic wave. These particles strongly absorb the electromagnetic field at a frequency called surface Plasmon resonance frequency. This work is mainly based on effects leading to the improvement of the Raman Amplification. The ANR project Fenoptic (2010-2012), gathering Draka and several French laboratories (ICB (Dijon), CMCP (Paris), LPCML (Lyon)) is interested in the integration of noble metal nanoparticles in optical fibers using properties of the surface Plasmon resonance to improve the efficiency of optical amplifiers. In this work, different kinds of samples (suspensions, layers, optical fiber performs) with metal nanoparticles were studied. The experiments were based on the characterization (form and position of the Plasmon band) of noble metal nanoparticles in amorphous matrix and Raman spectroscopy was used to study the Surface Enhanced Raman Spectroscopy (SERS) effect. For the first time, we found the Raman signal exaltation of an amorphous matrix., Les fibres optiques utilisées pour le transfert d’information présentent des pertes de signal pendant leur propagation. Ainsi, ces signaux ont besoin d’être régulièrement amplifiés. De nos jours, l’Amplification Raman, basée sur le principe de diffusion Raman stimulée, est une des techniques utilisées pour réaliser ces amplifications. Les nanoparticules de métaux nobles ont des propriétés optiques uniques provenant de l’oscillation collective des électrons lorsqu’elles interagissent avec une onde électromagnétique. Ces particules absorbent fortement le champ électromagnétique à une fréquence appelée fréquence de résonance de plasmon de surface. Ce travail de thèse concerne l’influence des nanoparticules métalliques sur l’amélioration de l’Amplification Raman. Il s’inscrit dans le cadre du projet ANR Fenoptic (2010-2012), réunissant l’entreprise Draka et plusieurs laboratoires français (ICB Dijon, CMCP Paris, LPCML Lyon), qui s’intéressent à l’intégration des nanoparticules de métaux nobles à l’intérieur des fibres optiques afin d’utiliser la résonance de plasmon de surface pour améliorer l’efficacité des amplificateurs optiques. Dans ce travail, différentes sources de nanoparticules métalliques ont été examinées (suspensions, couches, préformes de fibre optique). Les expériences ont porté sur la caractérisation (forme et position du plasmon) de nanoparticules de métaux nobles incluses en matrices vitreuses ainsi que sur des mesures de spectroscopie Raman au travers desquelles le phénomène de Diffusion Raman Exaltée de Surface (SERS) a particulièrement été étudié. Pour la première fois, nous avons mis en évidence l’exaltation du signal Raman d’une matrice vitreuse.