Search

The objectives of this PhD are to develop original optical devices integrating functionalised glasses and liquid crystals (LC). This work includes two distinct parts: a 1D system based on multi-material optical fibre design and a 2D planar system using electrically polarised glass surfaces. Previously, an advanced characterisation method based on polarised micro-Raman spectroscopy has been developed in order to characterise the orientation within these different systems. This approach allows measurements in the volume at the micrometre scale. This imaging method also provides access to order parameter and orientation distribution function calculations for a quantitative assessment of the degree of LC alignment. The first system is a composite fibre variable optical attenuator (VOA) integrating glass, metal, and LC, whose purpose is to use the electro-optical response of the mesophase to modulate the light transmitted through the fibre core. 3D Raman imaging studies of the LC orientation within single capillaries have revealed a radial organisation of the molecules. They are perpendicular to the walls at the anchorage and reorient themselves in the axis of the capillary at the centre of the cavity. Moreover, it was shown that the orientation degree and the reorientation amplitude under electric field, fundamental parameters for a good performance of the VOA, are very dependent on the capillary size. This study has therefore allowed us to draw conclusions concerning the geometrical parameters to be considered for the design of the final device. The 2D system combines microstructured glass surfaces by thermal poling and liquid crystals in order to induce a periodic mesophase organisation, and thus the optical characteristics of the system. A plasma-assisted micro-poling treatment has been developed by using a micrometric nickel grid as anode. A geometric correlation is then observed between (i) changes in glass structure and composition probed by Raman and X-ray spectroscopy (EDX), (ii) the location and components of static fields frozen in the glass measured by second harmonic generation (SHG), and (iii) the homeotropic or planar alignment domains of LC. This work constitutes a proof of concept demonstrating that a precise control of the LC organisation can be achieved by controlling the surface electrical properties of a glass substrate. They also highlight the importance of spatially controlled plasma discharges along the electrode pattern to promote in-plane electrical polarisation effects, which are essential to induce planar LC alignments., Les objectifs de ce doctorat sont de développer des dispositifs optiques originaux intégrant verres fonctionnalisés et cristaux liquides (CL). Ces travaux comportent deux parties distinctes : un système 1D basé sur la conception de fibres optiques multi-matériaux et un système 2D planaire utilisant des surfaces vitreuses polarisées électriquement. Préalablement, une méthode de caractérisation avancée basée sur la spectroscopie micro-Raman polarisée a été développée dans le but de caractériser l’orientation au sein de ces différents systèmes. Cette approche permet des mesures dans le volume à l’échelle micrométrique. Cette méthode d’imagerie donne également accès aux calculs du paramètre d’ordre et de la fonction de distribution d’orientation pour une évaluation quantitative du degré d’alignement des CL. Le premier système est un atténuateur optique variable (AOV) fibré composite intégrant verre, métal et CL, dont le but est d’utiliser la réponse électro-optique de la mésophase pour moduler la lumière transmise par le coeur de la fibre. Les études par imagerie Raman 3D de l’orientation des CL au sein de capillaires simples ont permis de mettre en évidence une organisation radiale des molécules. Elles sont perpendiculaires aux parois à l’ancrage et se réorientent dans l’axe du capillaire au centre de la cavité. De plus, il a été mis en avant que le degré d’orientation et l’amplitude de réorientation sous champ électrique, paramètres fondamentaux pour un bon fonctionnement de l’AOV, sont très dépendant de la taille du capillaire. Cette étude a donc permis de tirer des conclusions concernant les paramètres géométriques à envisager pour la conception du dispositif final. Le système 2D combine des surfaces de verres microstructurées par poling thermique et des cristaux liquides afin d’induire une organisation périodique de la mésophase, et donc des caractéristiques optiques du système. Un traitement de micro-poling assisté par plasma a été mis au point par l’utilisation d’une grille micrométrique de nickel comme anode. On observe alors une corrélation géométrique entre (i) les modifications de la structure et de la composition du verre sondées par Raman et spectroscopie à rayon X (EDX), (ii) l'emplacement et les composantes des champs statiques figés dans le verre mesurés par génération de seconde harmonique (SHG) et (iii) les domaines d’alignements homéotropes ou planaires des CL. Ces travaux constituent une preuve de concept démontrant qu’un contrôle précis de l’organisation des CL peut être obtenu par la maitrise des propriétés électriques de surface d’un substrat de verre. Ils soulignent également l'importance des décharges plasma contrôlées spatialement le long du motif d'électrode afin de promouvoir les effets de polarisation électrique dans le plan, qui sont essentiels pour appliquer aux CL des alignements planaires.

This thesis is focused on the Leslie effect in thin films of chiral liquid crystals. Two systems are considered : Langmuir monolayers where the molecules form a bidimensional nematic, and free-standing films of smectic C*. This out-of-equilibrium effect couples a flux of foreign molecules with the rotation of the liquid crystal molecules. It also manifests itsef with flows in the layers. This effect is the result of two coupling coefficients -chemo-mechanical and chemo-hydrodynamical- which are rigorously defined in this work.In Langmuir monolayers, the Leslie effect is caused by the evaporation of the water molecules from the subphase. To study this system, we have developed new experimental techniques using an electric field and a humidifier to prepare large monodomains in which the molecules can freely rotate. We also designed six independent experiments to precisely measure the four material constants including the chemo-mechanical Leslie coefficient. Note that there are no flows -and thus no chemo-hydrodynamical effects- in monolayers because of the high viscosity of the subphase.For our study of free standing-films of smectic C*, we used a controled ethanol flux as the driving force of the Leslie effect.In these experiments, strong flows are observed in addition to the rotation of the molecules. These flows dominate the dynamics of the film when a disclination of strength +1 is located in the center of the film, which leads to a discrete set of solutions. These results are theoretically explained in the framework of the Leslie theory with numerical simulations and the orders of magnitude of both the chemo-mechanical and chemo-hydrodynamical Leslie coefficients are given.; Cette thèse porte sur l’effet Leslie chimique dans les films minces de cristaux liquides chiraux. Deux systèmes sont considérés : les monocouches de Langmuir où les molécules forment un nématique bidimensionnel et les films libres de smectique C*. Cet effet hors équilibre se manifeste par la mise en rotation des molécules chirales et l’apparition d’écoulements dans les couches lorsqu’elles sont traversées par un flux de molécules étrangères. Il est le résultat de deux termes de couplage chimio-mécanique et chimio-hydrodynamique, définis de manière rigoureuse dans ce manuscrit.Dans les monocouches de Langmuir, c’est le flux d’évaporation de l’eau de la sous-phase qui est le moteur de l’effet Leslie. Pour étudier ce système, nous avons développé de nouvelles techniques expérimentales permettant d’obtenir de larges domaines orientés où les molécules sont libres de tourner. À l’aide de six expériences indépendantes, nous avons ensuite réalisé la première mesure précise du coefficient de Leslie chimio-mécanique. À noter que dans les monocouches, les écoulements, et donc les effets chimio-hydrodynamiques, sont absents à cause de la viscosité de la sous-phase.Pour notre étude des films libres de smectique C*, l’effet Leslie est causé par un flux d’éthanol que nous contrôlons. Dans ces expériences, de forts écoulements se couplent à la rotation des molécules. Ces derniers dominent la dynamique du film lorsqu’une disinclinaison de rang +1 est située au centre du film, conduisant à un ensemble discret de solutions. Ces résultats sont expliqués théoriquement à l’aide de simulations numériques et les ordres de grandeur des deux coefficients chimio-mécanique et chimio-hydrodynamique sont donnés.

Colloidal" liquid-crystals, suspensions of anisotropic nanoparticles, are currently raising renewed interest as they provide convenient model systems to test various statistical physics theories and to better understand some behaviors that appear during various industrial processes. In this thesis, we are interested in different modes of liquid-crystal organization of colloidal suspensions based on mineral nanosheets. We started with the study of the influence of the doping of two different types of liquid-crystal suspensions of nanosheets (natural and synthetic) by different kinds of water-soluble polymers. Then, another subject led us to synthesize gold-clay hybrid nanoparticles (based on beidellite clay) and to explore the behavior of their colloidal suspensions. Furthermore, we have examined a very original mode of organization of nanosheets discovered during the study of synthetic hectorite suspensions. Finally, we studied the influence of a pH change of acidic suspensions of H3Sb3P2O14 nanosheets, in order to widen the field of their potential applications. We neutralized these suspensions by addition of a strong base. All these studies were performed using a wide range of complementary techniques such as observations of samples in natural and polarized light, optical microscopy, application of magnetic and electric fields, X-ray scattering (DRX, SAXS, WAXS), transmission electron microscopy (TEM), X-ray photoemission electron microscopy (XPEEM), adsorption isotherms, zetametry, thermogravimetric analysis (TGA) and UV-visible spectroscopy. All these techniques, complemented by theoretical approaches, have allowed us to reach a rather complete description of different original samples at the micro and macroscopic scales, to study the spontaneous self-assembly of nanoparticles, and to manipulate these colloidal organizations by external fields. In conclusion, this thesis presents a wide panorama of different original phenomena illustrating the great variety and subtlety of spontaneous organization modes that affect colloidal suspensions of nanosheets., Les cristaux-liquides « colloïdaux », qui sont des suspensions de nanoparticules anisotropes, présentent actuellement un regain d’intérêt car ils fournissent des systèmes-modèles commodes pour tester diverses théories de physique statistique et pour mieux appréhender certains comportements qui apparaissent lors de divers processus industriels. Dans cette thèse, nous nous sommes intéressés à différents modes d’organisation cristal-liquide de suspensions colloïdales à base de nanofeuillets minéraux. Nous avons commencé par l’étude de l’influence du dopage de deux différents types de suspensions cristal-liquides de nanofeuillets (naturels et synthétiques) par différentes sortes de polymères hydrosolubles. Ensuite, un autre sujet nous a conduits à synthétiser des nanoparticules hybrides or-argile (à base d’argile beidellite) et à explorer le comportement de leurs suspensions colloïdales. Puis, nous avons examiné un mode très original d’organisation de nanofeuillets qui a été mis en évidence lors de l’étude de suspensions d’hectorites synthétiques. Finalement, nous avons étudié l’influence d’un changement de pH de suspensions acides de nanofeuillets synthétiques de H3Sb3P2O14, afin élargir le champ de leurs applications potentielles. Nous les avons ainsi neutralisées par addition d'une base forte.Toutes ces études ont été réalisées en utilisant une vaste panoplie de techniques complémentaires telles que les observations d’échantillons en lumière naturelle et polarisée, la microscopie optique, l’application de champs magnétique et électrique, la diffusion des rayons X (DRX, SAXS, WAXS), la microscopie électronique en transmission (MET), la microscopie électronique à photoémission de rayons X (XPEEM), les isothermes d’adsorption, la zetametrie, l’analyse thermogravimétrique (ATG) et la spectroscopie UV-visible. Toutes ces techniques, complétées par les approches théoriques nous ont permis d’atteindre une description assez complète de différents échantillons originaux aux échelles micro et macroscopique, d’y étudier l’auto-assemblage spontané de nanoparticules, et de manipuler ces organisations colloïdales par des champs extérieurs. En conclusion, ce mémoire de thèse présente donc un panorama de différents phénomènes originaux illustrant la très grande variété et subtilité des modes d’organisation spontanée qui affectent les suspensions colloïdales de nanofeuillets.

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

Liquid crystals are found in important technological applications that are now maturing. The discovery in 2011 of a new nematic phase, the Twist Bend nematic (NTB) phase, could lead to a renewal in the field of liquid crystals applications requiring fast response times. However, the NTB phase is usually found at high temperatures and its alignment is exceedingly difficult to achieve, even in thin cells. The work of this thesis focuses on solving these two problems.The bad alignment of NTB phase in planar cells gives rise to unusual textures such as periodic stripes. In order to understand the origin of those textures, we changed the nature of the alignment layers as well as their parameters (anchoring forces, pretilt…). Our results show that surface mechanisms affect the textural instability of NTB phases in thin planar cells. The instability can even be removed for special anchoring conditions so that NTB phase aligns at large scale.The second challenge was to lower the NTB temperature range (usually close to 100°C) down to room temperature. We studied binary mixtures of CB7CB, a well-known NTB compound, with various cyanobiphenyl smectogens. This allowed us to lower significantly the range of the NTB phase in the 8CB/CB7CB phase diagram, even to the ambient temperature. Optical, thermal, dielectric and elastic properties of such mixtures have been characterized. We also studied their anchoring properties with various substrates and evidenced anchoring transitions on silanized glass that occurs changing the 8CB concentration. In particular, we succeeded in obtaining a quite rare homeotropic anchoring for the NTB phase., Les cristaux liquides se retrouvent aujourd’hui dans nombreuses applications. La phase cristal liquide la plus connue et la plus utilisée est la phase nématique. En 2011 une nouvelle phase, la phase Nématique Twist Bend (NTB), a été découverte. Très prometteuse pour de futures applications, elle pourrait stimuler le développement d’une nouvelle génération de dispositifs électro-optiques. Deux problèmes principaux limitent cependant son utilisation. La phase NTB est difficile à orienter sur de grandes surfaces. Un second défi réside dans l’obtention d’une phase NTB stable à température ambiante. Les travaux de cette thèse sont focalisés sur ces deux problématiques.La mauvaise orientation de la phase NTB dans des cellules planaires se traduit par des textures inhabituelles telles que des textures périodiques de type rayures. Pour comprendre l’origine de ces textures nous avons varié la nature et les paramètres (force d’ancrage, pretilt…) des couches d’alignement. Ce travail nous a permis de mettre en évidence et expliquer le rôle de mécanismes de surface modulant les déformations mais également de proposer des ancrages permettant une bonne orientation de la phase NTB sur de grandes échelles.Le second défi a consisté à abaisser la plage de température d’existence de la phase NTB (d’ordinaire voisine de 100°C) jusqu’à l’ambiante. Pour cela, nous avons étudié des mélanges binaires de CB7CB, un composé NTB très utilisé, et de différents smectogènes de type cyanobiphényle. Le diagramme de phase du mélange binaire 8CB/ CB7CB a montré une baisse très forte de la température de transition N/NTB. Certains mélanges sont stables à 25°C ce qui nous a permis de caractériser en détail leurs propriétés optiques, thermiques, diélectriques et élastiques. Les propriétés d’ancrage sont également modifiées fortement par l'ajout de 8CB au CB7CB. Il est ainsi possible d’obtenir facilement un alignement homéotrope d’une phase NTB, habituellement rare et compliqué à obtenir.

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

This work deals with the design, realization and characterization of a spectrally-tunable VCSEL (Vertical-Cavity Surface-Emitting Laser) to be integrated in a portable SS-OCT microsystem (Swept-Source Optical Coherence Tomography) for early detection of skin diseases. Our approach for tunable source fabrication is based on of the use of an intracavity nematic liquid crystal layer (LC). This will lead to a better mechanical stability and a lower driving voltage than for the classical case of electrostatic MEMS integration at the surface of the half-VCSEL. It is however necessary to solve several technological issues to master the hybrid integration of CL microcells in a III-V-based photonic device and to combine LC molecules alignment with electrical injection in the device. To this end, an original method for collective fabrication of polymer-based microcells is developed, exploiting the advantages of a soft-nanoimprint equipment. This generic met! hod is validated by the fabrication of several optical tunable devices operating at 1.55μm (high-finesse optical filters, photodetector arrays and optically-pumped VCSELs) for telecom or miniaturized spectroscopy applications. A laser emission at room temperature in continuous regime is obtained for the first time with a tuning range of 23.5 nm for an applied voltage of 20V. A tunable electrically-pumped VCSEL operating at 850nm is also designed and fabricated. First results show a laser effect observed on the half-VCSEL part placed in an external cavity configuration. A spectral tunability of the electroluminescence peak of the complete device over 10nm is also obtained for 20V applied., Ces travaux de thèse portent sur la conception, la réalisation et la caractérisation de diodes VCSELs (Vertical-Cavity Surface-Emitting Lasers) accordables spectralement et intégrables dans un système miniaturisé d’analyse SS-OCT (Tomographie par Cohérence Optique à balayage de source) pour la détection précoce des pathologies de la peau. L'approche originale que nous avons explorée pour réaliser la source VCSEL accordable à 850nm réside dans l'exploitation de cristaux liquides (CLs) nématiques intracavité. Ceci permet d’envisager une meilleure stabilité mécanique et une tension de commande plus faible que dans le cas de l’intégration d’un MEMS électrostatique en surface d’un demi VCSEL. Il est cependant nécessaire de lever plusieurs verrous technologiques pour pouvoir maitriser l’intégration hybride de microcellules à CL dans un composant photonique à base de semiconducteurs III-V. Il s'! agit en particulier de concilier l'alignement uniforme des molécules de CL avec l’optimisation de l'injection électrique dans le dispositif. Dans ce but, nous avons mis au point une méthode originale de fabrication collective de microcellules à CL à base de polymères, en exploitant notamment les avantages d'un équipement de nanoimpression douce. Cette méthode générique a ensuite été validée par la réalisation de plusieurs composants optiques accordables à 1.55µm (filtres optiques de haute finesse, matrices de photodétecteurs et VCSELs à pompage optique) pour des applications télécom ou de spectroscopie miniature. Une émission laser a ainsi été obtenue pour la première fois en continu à température ambiante avec une accordabilité de 23.5 nm pour une tension appliquée de 20V. Un VCSEL accordable fonctionnant à 850nm en pompage électrique a été également conçu et réalisé. Les premières caractérisations ont mis en évi! dence un effet laser sur la partie demi-VCSEL placée en confi! guration de cavité externe, ainsi qu’une accordabilité du pic d’électroluminescence du composant complet sur 10nm pour 20V appliqués.

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

We will show that the book Dislocations by Jacques Friedel, published half a century ago, can still be recommended, in agreement with the author's intention, as a textbook “ for research students at University and for students at engineering schools as well as for research engineers ”. Indeed, today dislocations are known to occur not only in solid crystals but also in many other systems discovered more recently such as colloidal crystals or liquid crystals having periodic structures. Moreover, the concept of dislocations is an excellent starting point for lectures on topological defects occurring in systems equipped with order parameters resulting from broken symmetries: disclinations in nematic or hexatic liquid crystals, dispirations in chiral smectics or disorientations in lyotropic liquid crystals. The discussion of dislocations in Blue Phases will give us an opportunity to call on mind Sir Charles Frank, friend of Jacques Friedel since his Bristol years, who called these ephemeral mesophases “topological oddities”. Being made of networks of disclinations, Blue Phases are similar to Twist Grain Boundary (TGB) smectic phases, which are made of networks of screw dislocations and whose existence was predicted by de Gennes in 1972 on the basis of the analogy between smectics and superconductors. We will stress that the book by Jacques Friedel contains seeds of this analogy.

The topic of this thesis is about the structure of smectic topological defects and the self-assembly of spherical gold nanoparticles trapped inside and outside these defects. We prepare liquid crystal films (about 200 nm thickness) which create arrays of perfectly oriented defect lines (mostly dislocations). These defect lines can trap nanoparticles with a diameter varying from 4 to 9 nm and induce an organization into chains oriented along the direction of the defects. This arrangement of gold nanoparticles is responsible for the anisotropy of the optical response (localized surface plasmon resonance) associated to an electromagnetic coupling in the direction of the chains which allows to control the extinction with the polarization of the light. An increase of the concentration of nanoparticles leads to an evolution of their organization from chains to hexagonal monolayers with the (10) direction parallel to the defect lines suggesting a growth mechanism around the chains. Furthermore, we reveal a compression of the nanoparticles both in the chains and in the 2D structures which we explain with a model of the interactions between nanoparticles. This model is based on a new estimation of the structure of the liquid crystal matrix by synchrotron X-ray diffraction measurements which contains a rotating grain boundary with two dislocation lines at its summit (Burgers vectors 6 and 4) and another one near the substrate (Burgers vector 2). The elastic deformations of the smectic layers close to the defects are estimated. Finally, we show that the self-assembly of the nanoparticles can be modified through heating treatment.; Cette thèse traite de la structure de défauts topologiques smectiques et de l’auto-assemblage de nanoparticules d’or sphériques dans et autour de ces défauts. Nous préparons des films cristaux liquides (environ 200 nm d’épaisseur) formant des réseaux de lignes de défauts (en particulier dislocations) parfaitement orientées. Ces défauts sont capables de piéger des nanoparticules de 4 à 9 nm de diamètre et d’induire une organisation en chaînes orientées dans la direction des défauts. Cet arrangement de nanoparticules d’or entraîne une anisotropie de la réponse optique (résonance plasmon) associée à un couplage électromagnétique dans la direction des chaînes qui permet de contrôler les propriétés d’extinction avec la polarisation de la lumière. Une évolution de ces chaînes par augmentation de la concentration en nanoparticules vers des monocouches hexagonales dont la direction dense (10) est imposée par celle des défauts linéaires a été mise en évidence, suggérant une croissance autour des chaînes. Par ailleurs, nous avons observé une compression des nanoparticules dans les chaînes et les structures 2D que nous interprétons à l’aide d’un modèle énergétique. Ce modèle est construit autour d’une nouvelle détermination de la structure de la matrice smectique par diffraction des rayons X au synchrotron avec un joint de grain tournant qui présente deux lignes de dislocation de vecteur de Burgers 4 et 6 au sommet et une autre de vecteur 2 au niveau du substrat dont nous déterminons les déformations élastiques induites sur les couches. Enfin, nous démontrons qu’il est possible de modifier l’auto-assemblage des nanoparticules par traitement thermique.

The topic of this thesis is about the structure of smectic topological defects and the self-assembly of spherical gold nanoparticles trapped inside and outside these defects. We prepare liquid crystal films (about 200 nm thickness) which create arrays of perfectly oriented defect lines (mostly dislocations). These defect lines can trap nanoparticles with a diameter varying from 4 to 9 nm and induce an organization into chains oriented along the direction of the defects. This arrangement of gold nanoparticles is responsible for the anisotropy of the optical response (localized surface plasmon resonance) associated to an electromagnetic coupling in the direction of the chains which allows to control the extinction with the polarization of the light. An increase of the concentration of nanoparticles leads to an evolution of their organization from chains to hexagonal monolayers with the (10) direction parallel to the defect lines suggesting a growth mechanism around the chains. Furthermore, we reveal a compression of the nanoparticles both in the chains and in the 2D structures which we explain with a model of the interactions between nanoparticles. This model is based on a new estimation of the structure of the liquid crystal matrix by synchrotron X-ray diffraction measurements which contains a rotating grain boundary with two dislocation lines at its summit (Burgers vectors 6 and 4) and another one near the substrate (Burgers vector 2). The elastic deformations of the smectic layers close to the defects are estimated. Finally, we show that the self-assembly of the nanoparticles can be modified through heating treatment.; Cette thèse traite de la structure de défauts topologiques smectiques et de l’auto-assemblage de nanoparticules d’or sphériques dans et autour de ces défauts. Nous préparons des films cristaux liquides (environ 200 nm d’épaisseur) formant des réseaux de lignes de défauts (en particulier dislocations) parfaitement orientées. Ces défauts sont capables de piéger des nanoparticules de 4 à 9 nm de diamètre et d’induire une organisation en chaînes orientées dans la direction des défauts. Cet arrangement de nanoparticules d’or entraîne une anisotropie de la réponse optique (résonance plasmon) associée à un couplage électromagnétique dans la direction des chaînes qui permet de contrôler les propriétés d’extinction avec la polarisation de la lumière. Une évolution de ces chaînes par augmentation de la concentration en nanoparticules vers des monocouches hexagonales dont la direction dense (10) est imposée par celle des défauts linéaires a été mise en évidence, suggérant une croissance autour des chaînes. Par ailleurs, nous avons observé une compression des nanoparticules dans les chaînes et les structures 2D que nous interprétons à l’aide d’un modèle énergétique. Ce modèle est construit autour d’une nouvelle détermination de la structure de la matrice smectique par diffraction des rayons X au synchrotron avec un joint de grain tournant qui présente deux lignes de dislocation de vecteur de Burgers 4 et 6 au sommet et une autre de vecteur 2 au niveau du substrat dont nous déterminons les déformations élastiques induites sur les couches. Enfin, nous démontrons qu’il est possible de modifier l’auto-assemblage des nanoparticules par traitement thermique.

This thesis work deals with the characterization of the electrocaloric effect in solid and liquid crystal ferroelectric materials. Following the 2006 discovery of Mischenko and al., the characterization techniques of the electrocaloric effect and the exploration of new caloric materials have attracted much attention. This discovery showed also that electrocaloric materials can be used for efficient innovative solution for refrigeration devices. This PhD dissertation focuses on the development of new techniques used to evaluate the electrocaloric effect by the photopyroelectric technique and by calorimetry. Few years ago, a new particular configuration based on the photopyroelectric technique, developed in our laboratory, was described for measuring thermal parameters of pyroelectric materials themselves. By means of this technique, we indirectly investigate the electrocaloric effect in ferroelectric materials by measuring the ratio of the pyroelectric coefficient to the volumetric heat capacity, as function of temperature and applied field, using Maxwell's relation. Measurements were carried out on ferroelectric solid materials (TriGlycine Sulfate) and liquid crystals. Electrocaloric effect has been evaluated around the phase transition temperature of each sample. To further validate the accuracy to the evaluated adiabatic temperature changes, we proceeded to indirect measurements by using the polarization reversal current technique. In the present work, we also developed a calorimeter in order to directly evaluate the electrocaloric effect. This technique is mainly used to measure with high resolution the heat capacity and enthalpy near phase transition temperature. In addition, this technique allows us to directly measure the temperature and the amount of heat absorbed or transferred from the material to the surrounding environment. A primary study of the electrocaloric effect was carried out on a multilayer material based on barium titanate. The results obtained by this approach have been then compared to conventional direct and indirect measurements. Those two new approaches give access to the measurement of both thermal and pyroelectric properties allowing the evaluation of the electrocaloric effect., Ce mémoire de thèse porte sur la caractérisation de l'effet électrocalorique des matériaux ferroélectriques solides et cristaux liquides. La découverte récente d'un effet électrocalorique qualifié de "géant" a relancé l'intérêt pour l'étude et la caractérisation des propriétés électrocaloriques des matériaux. Au-delà de la recherche des matériaux performants, ce domaine de recherche concerne également le développement des techniques de caractérisations appropriées et la réalisation des prototypes de réfrigération électrocalorique. Dans ce contexte, notre étude se focalise sur le développement de nouvelles techniques de caractérisation, la méthode photopyroélectrique (indirecte) et la calorimétrie (directe). La technique photopyroélectrique, développée au sein du laboratoire a été utilisée pour la détermination des propriétés thermiques du matériau pyroélectrique lui-même. L'exploitation de cette technique nous a permis également de déterminer les propriétés pyroélectriques du matériau, en particulier le rapport entre le coefficient pyroélectrique et la capacité calorifique, en fonction de la température et du champ électrique appliqué, nécessaire pour une évaluation indirecte de l'effet électrocalorique. Plusieurs matériaux ferroélectriques solides et liquides ont été étudiés à l'aide de cette méthode, en particulier, un monocristal de TriGlycine Sulfate et deux cristaux liquides. L'effet électrocalorique a été évalué autour de la température de transition de phase que présentent chacun de ces matériaux. Pour valider les résultats obtenus, nous avons procédé à des mesures indirectes de la polarisation par la méthode usuelle du courant de dépolarisation. Dans ce travail, nous avons également développé une technique de mesure indirecte de l'effet électrocalorique, par mesure calorimétrique, à l'aide d'un nouveau dispositif. Outre l'étude des transitions de phase et de la capacité calorifique, cet instrument permet une mesure directe de la température et de la quantité de chaleur absorbée ou cédée avec le milieu environnant. Une première étude de l'effet électrocalorique a été réalisée sur un matériau multicouche à base de titanate de baryum. Les résultats obtenus par cette approche ont été ensuite comparés à d'autres techniques directes et indirectes existantes dans la littérature. Ces deux nouvelles approches permettent d'élargir les possibilités d'étude de futurs matériaux électrocaloriques et de mesurer à la fois les propriétés thermiques et pyroélectriques nécessaires pour l'étude de l'effet électrocalorique.

This thesis work deals with the characterization of the electrocaloric effect in solid and liquid crystal ferroelectric materials. Following the 2006 discovery of Mischenko and al., the characterization techniques of the electrocaloric effect and the exploration of new caloric materials have attracted much attention. This discovery showed also that electrocaloric materials can be used for efficient innovative solution for refrigeration devices. This PhD dissertation focuses on the development of new techniques used to evaluate the electrocaloric effect by the photopyroelectric technique and by calorimetry. Few years ago, a new particular configuration based on the photopyroelectric technique, developed in our laboratory, was described for measuring thermal parameters of pyroelectric materials themselves. By means of this technique, we indirectly investigate the electrocaloric effect in ferroelectric materials by measuring the ratio of the pyroelectric coefficient to the volumetric heat capacity, as function of temperature and applied field, using Maxwell's relation. Measurements were carried out on ferroelectric solid materials (TriGlycine Sulfate) and liquid crystals. Electrocaloric effect has been evaluated around the phase transition temperature of each sample. To further validate the accuracy to the evaluated adiabatic temperature changes, we proceeded to indirect measurements by using the polarization reversal current technique. In the present work, we also developed a calorimeter in order to directly evaluate the electrocaloric effect. This technique is mainly used to measure with high resolution the heat capacity and enthalpy near phase transition temperature. In addition, this technique allows us to directly measure the temperature and the amount of heat absorbed or transferred from the material to the surrounding environment. A primary study of the electrocaloric effect was carried out on a multilayer material based on barium titanate. The results obtained by this approach have been then compared to conventional direct and indirect measurements. Those two new approaches give access to the measurement of both thermal and pyroelectric properties allowing the evaluation of the electrocaloric effect.; Ce mémoire de thèse porte sur la caractérisation de l'effet électrocalorique des matériaux ferroélectriques solides et cristaux liquides. La découverte récente d'un effet électrocalorique qualifié de "géant" a relancé l'intérêt pour l'étude et la caractérisation des propriétés électrocaloriques des matériaux. Au-delà de la recherche des matériaux performants, ce domaine de recherche concerne également le développement des techniques de caractérisations appropriées et la réalisation des prototypes de réfrigération électrocalorique. Dans ce contexte, notre étude se focalise sur le développement de nouvelles techniques de caractérisation, la méthode photopyroélectrique (indirecte) et la calorimétrie (directe). La technique photopyroélectrique, développée au sein du laboratoire a été utilisée pour la détermination des propriétés thermiques du matériau pyroélectrique lui-même. L'exploitation de cette technique nous a permis également de déterminer les propriétés pyroélectriques du matériau, en particulier le rapport entre le coefficient pyroélectrique et la capacité calorifique, en fonction de la température et du champ électrique appliqué, nécessaire pour une évaluation indirecte de l'effet électrocalorique. Plusieurs matériaux ferroélectriques solides et liquides ont été étudiés à l'aide de cette méthode, en particulier, un monocristal de TriGlycine Sulfate et deux cristaux liquides. L'effet électrocalorique a été évalué autour de la température de transition de phase que présentent chacun de ces matériaux. Pour valider les résultats obtenus, nous avons procédé à des mesures indirectes de la polarisation par la méthode usuelle du courant de dépolarisation. Dans ce travail, nous avons également développé une technique de mesure indirecte de l'effet électrocalorique, par mesure calorimétrique, à l'aide d'un nouveau dispositif. Outre l'étude des transitions de phase et de la capacité calorifique, cet instrument permet une mesure directe de la température et de la quantité de chaleur absorbée ou cédée avec le milieu environnant. Une première étude de l'effet électrocalorique a été réalisée sur un matériau multicouche à base de titanate de baryum. Les résultats obtenus par cette approche ont été ensuite comparés à d'autres techniques directes et indirectes existantes dans la littérature. Ces deux nouvelles approches permettent d'élargir les possibilités d'étude de futurs matériaux électrocaloriques et de mesurer à la fois les propriétés thermiques et pyroélectriques nécessaires pour l'étude de l'effet électrocalorique.

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

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

We study composite systems liquid crystals / polymers / nanoparticles. We use liquid crystal distortions to control the induced nanoparticle organization and also the polymerization of liquid crystal matrices that ensures the stability of the composites and allows to diversify the imaging and optical characterization techniques. First of all, we are interested in nematic and cholesteric liquid crystal films, with and without polymer, in the absence and in the presence of nanoparticles, the latter being chosen as spherical gold nanoparticles of diameter 6nm. Subsequently, we were interested in the polymerization of the so-called smectic oily streaks. The comparison between the different behaviors of the nanoparticles when isolated in solution or gathered and self-organized on a PVA substrate without liquid crystal (LC) or on a substrate with nematic or cholesteric LC, allowed us to understand how the nanoparticles and the matrix interact to reach the final structure of the composite system, characterized by new optical properties of the nanoparticles. We have established how a nematic matrix allows to preserve an almost perfect hexagonal order for gold nanoparticles deposited on the surface, while bringing them closer to each other (induced compression of the monolayer formed) to decrease disorder and distortion induced in the matrix, which significantly shifts the plasmon resonance of the gold nanoparticles. We have also demonstrated that the nanoparticles induce a change of orientation of the nematic molecules towards a tilted orientation, accompanied by a dewetting phenomenon of the matrix on top of the nanoparticles. The transition from a nematic matrix to a cholesteric matrix preserves the hexagonal order of the compressed monolayer for the nanoparticles but with an enhanced disorder, locally induced by the larger elastic distortion close to the air/interface and more specifically at the bottom of the undulations of the cholesteric matrix, which was evidenced by a simulation of a frustrated cholesteric between the two anchoring, planar on PVA and homeotrope with air. The cholesteric modulation structure acts as a mold so that the nanoparticles reproduce on the mesoscopic scale the cholesteric texture at the interface by forming ribbons that perfectly mimic the cholesteric modulations. We again evidence a phenomenon of dewetting, but smaller than for the nematic, in relation with the localization of the nanoparticles in the cholesteric tilted areas above the region of strong cholesteric splay distortion. Within the same cholesteric matrix, the increase of the concentration of nanoparticles causes a profound change in the optical properties of the nanoparticles. We show that it is related to the establishment of new structures for the nanoparticles, always induced by the modulated structure of cholesteric, which, in return is only slightly modified. As the concentration increases, one passes from a monolayer of highly disordered and compressed two-dimensional labyrinths up to 3D structures (aggregates) of controlled size and shape. The optical properties are modified in relation with a strong strengthening of the electromagnetic interaction between nanoparticles. The nanoparticles occupy the overall surface of the cholesteric modulations, which no longer play the role of mold, but are found to be truncated at the surface by the presence of nanoparticles. The fact that the modulated cholesterics is only poorly modified highlights the robustness of this cholesteric structure, but also the combined influence of the cholesteric elastic distortions and of the nanoparticle-induced anchoring on the nanoparticle organization and in return on the induced optical properties. Moreover, concerning the polymerization of smectic oily streaks, we have succeeded to preserve the smectic A texture in the nematic phase, in relation with the creation of a particularly robust polymer skeleton that mimics the initial smectic texture.; Dans cette thèse nous étudions des systèmes composites cristaux liquides / polymères / nanoparticules. Nous utilisons les déformations des cristaux liquides pour contrôler l’auto-organisation induite des nanoparticules et également la polymérisation des matrices cristal liquide pour assurer la stabilité des systèmes nanocomposites et diversifier les techniques de caractérisation d’imagerie et d’optique. Nous nous sommes tout d’abord intéressés aux films cristal liquide nématique puis cholestérique, sans et avec polymère, en l’absence et en présence de nanoparticules, ces dernières étant choisies sphériques de taille unique. Par la suite, nous nous sommes intéressés à la polymérisation des stries huileuses présentes dans la phase smectique A. La comparaison entre les différents comportements des nanoparticules lorsqu’elles sont isolées en solution ou rassemblées et auto-organisées sur un substrat PVA sans cristal liquide (CL) ou sur un substrat avec CL nématiques ou cholestériques, nous a permis de comprendre comment les nanoparticules et la matrice interagissent pour aboutir à la structure finale du système composite, caractérisée par de nouvelles propriétés optiques des nanoparticules. Nous avons établi comment une matrice nématique permettait de conserver un ordre hexagonal quasi-parfait pour des nanoparticules d’or déposées en surface, tout en les rapprochant les unes des autres (compression induite de la monocouche formée) pour diminuer désordre et déformation induits dans la matrice, ce qui décale significativement la résonance de plasmon des nanoparticules. Nous avons également mis en évidence que les nanoparticules induisent un changement d’orientation des molécules nématiques vers une orientation tiltée, accompagnée d’un phénomène de démouillage de la matrice au niveau des nanoparticules. Le passage d’une matrice nématique à une matrice cholestérique conserve l’ordre hexagonal de la monocouche comprimée pour les nanoparticules mais avec un plus grand désordre induit localement par la grande distorsion élastique en surface et au fond des ondulations de la matrice cholestérique mise en évidence par une simulation du cholestérique frustré entre les deux ancrages, planaire sur PVA et homéotrope avec l’air. La structure en modulation du cholestérique joue un rôle de moule de telle sorte que les nanoparticules reproduisent à l’échelle mésoscopique la texture cholestérique à l’interface en formant des rubans qui imitent parfaitement les modulations cholestériques. On retrouve le phénomène de démouillage, mais moins profond que pour le nématique, en lien avec la localisation des nanoparticules dans les zones tiltées au-dessus de la région de plus forte déformation en splay du cholestérique. Au sein de la même matrice cholestérique, l’augmentation de la concentration en nanoparticules entraine une modification profonde des propriétés optiques des nanoparticules. Nous montrons que c’est lié à la mise en place de structures nouvelles pour les nanoparticules, toujours induites par la structure modulée du cholestérique, qui, elle, n’est que peu modifiée. On passe, quand la concentration augmente, d’une monocouche en labyrinthes à deux dimensions fortement désordonnée et comprimée jusqu’à des organisations de tailles et formes contrôlées à trois dimensions (des agrégats). Les propriétés optiques sont modifiées en lien avec un fort renforcement de l’interaction électromagnétique entre nanoparticules. Ces dernières couvrent la totalité des modulations qui ne jouent plus le rôle de moule mais se retrouvent seulement tronquées en surface par la présence des nanoparticules. Ceci met en évidence la robustesse de cette structure cholestérique, mais également les rôles moteurs combinés des déformations élastiques du cholestérique et de l’ancrage induit par les nanoparticules sur les structures obtenues et en retour sur les modifications de propriétés optiques induites. Par ailleurs, concernant la polymérisation des stries [...]

Rapport de projet Fondement des Sciences; Qui est Pierre-Gilles de Gennes ? Pour quelles raison est-il surnommé le « Newton du XXème siècle » ? D’où vient son goût pour l’éclectisme scientifique, qui l’a conduit des supraconducteurs à la neuroscience en passant par les cristaux liquides, les polymères, la physique des gouttes et l’adhésion ? Qui est ce personnage iconoclaste toujours volontaire pour rencontrer des lycéens, des industriels ou encore des médias ?« Le vrai point d'honneur n'est pas d'être toujours dans le vrai. Il est d'oser, de proposer des idées neuves, et ensuite de les vérifier. » Telle est la philosophie de Pierre-Gilles de Gennes, une philosophie qu’il suivra tout au long de sa vie et qui le mènera à faire d’incroyables découvertes, révolutionnaires pour la communauté scientifique.Dans ce dossier, nous allons dépeindre, dans un premier temps, la vie de Pierre-Gilles de Gennes, pour ensuite parler de ses nombreux travaux scientifiques. Pour terminer, nous nous pencherons sur sa passion pour l’expérience et ses liens avec l’industrie et l’enseignement.

LETI possesses an expertise allowing to realize Spatial Light Modulators (SLMs) made in microelectronic technology on silicon, having very high resolutions and very small pixel steps. LETI wishes to use a specific LCD technology (IPS technology), on the one hand the electro-optical performances in the field of micro-display had to be investigated but on the other hand allows to keep costs down and reduce the number of manufacturing steps. The objective of this thesis is to evaluate on the basis of simulations and technical achievements, the performance of a micro-SLM IPS used in phase modulation and amplitude.Our investigations have been carried out on four major areas of study. The first axis is the search and testing of a specific software (LCDMaster) to simulate liquid crystal cells and floating electrodes. The second axis according to different designs of pixel and the different liquid crystal alignment modes (Homogeneous, vertical and twisted) with an IPS type control, to investigate the performances in modulation phase. The best results were obtained for a vertical alignment providing a phase shift of 2π. In addition, the performance of an adaptive optics device integrating the studied SLM has been investigated. The third axis of study focused on the performance investigation of a liquid crystal SLM with an IPS-type control using a homogeneous alignment in amplitude modulation (static and dynamic study). This study also makes it possible to study the possibilities of reducing the response time of the cell. It resulted in two SLM designs. The first design with two levels of electrodes separated by an insulator to reproduce a Faraday type effect. The second has drastically reduced the response time. The fourth area of research consists in testing prototypes based on these two designs to validate the performances obtained in simulation. Concordant results have been obtained and new types of IPS-controlled SLMs with state-of-the-art refreshing times have thus been designated and characterized., Le LETI possède un savoir-faire permettant de réaliser des micro modulateurs spatiaux de lumière (Spatial Light Modulators, SLMs) réalisés en technologie microélectronique sur silicium, ayant des très grandes résolutions et de très petits pas de pixels. Le LETI souhaite utiliser une technologie LCD particulière (la technologie IPS) dont d’une part les performances électro-optiques dans le domaine des micro-écrans ne sont pas connues mais d’autre part permet de garder des coûts réduits et de réduire le nombre d’étapes de fabrication. L’objectif de cette thèse est d’évaluer sur la base de simulations puis de réalisations techniques, les performances d’un micro-SLM IPS utilisé en modulation de phase et d’amplitude.Les recherches effectuées au cours de cette thèse portent sur 4 axes d’études. Le premier axe consiste à la recherche et à l’essai d’un logiciel spécifique (LCDMaster) permettant de simuler des cellules à cristaux liquides ainsi que des électrodes flottantes. Le second axe consiste à étudier en fonction du design du pixel et des différents modes d’alignements des cristaux liquides (Homogène, vertical et twisté) avec un pilotage de type IPS, les performances en modulation de phase. Les meilleurs résultats sont obtenus pour un alignement vertical fournissant un déphasage de 2 Pi. De plus, les performances d’un dispositif d’optique adaptative intégrant le SLM étudié ont été investiguées. Le troisième axe d’étude, consiste avec le même logiciel à investiguer sur les performances d’un SLM à cristaux liquide avec un pilotage de type IPS utilisant un alignement homogène en modulation d’amplitude (étude statique et dynamique). Cette étude permet également d’étudier les possibilités de diminution du temps de réponse de la cellule. Cette étude a aboutie à deux designs de SLM. Le premier design avec deux niveaux d’électrodes séparés par un isolant permettant de reproduire un effet type « cage de faraday ». La seconde a permis de diminuer de manière drastique le temps de réponse. Le quatrième axe de recherche consiste à tester des prototypes basés sur ces deux designs pour vérifier les performances obtenues en simulation grâce à un banc de caractérisation électro-optique. Des résultats concordants ont étés obtenus et de nouveaux types de SLM à pilotage IPS proposant un temps de rafraichissement rapides se rapprochant de l’état de l’art ont donc pu être désignés et caractérisés.

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

Ces travaux de thèse sont une contribution au projet de réalisation de matrices actives photoniques dans le cadre de la confection de lunettes à réalité augmentée. Un état de l’art des dispositifs actuels nous a permis de montrer l’encombrement engendré par l’utilisation d’un projecteur situé sur la monture. Pour s’en abstenir, l’utilisation du verre de lunette comme source d’image est limitée par la transparence des matrices actives classiques adressant un signal électrique avec des matériaux métalliques. L’utilisation de la photonique pour adresser chacun des pixels avec un signal optique guidée dans des matériaux diélectriques pourrait permettre d’en optimiser la transmission. Dans ce contexte, nos travaux concernent l’étude et la réalisation expérimentale de dispositifs incluant un guide d’onde et un système d’extraction activable. L'objectif est, d'une part, de sélectionner les matériaux et procédés technologiques adaptés pour former des lignes d'adressage photoniques et, d'autre part, d'associer les composants réalisés avec des éléments actifs permettant d’initier ou non l’extraction d’un guide d’onde. Le dispositif doit être transparent dans le visible afin de respecter les contraintes liées au secteur de l'optique ophtalmique. Dans un premier axe de recherche, des réseaux de diffraction micrométriques sont réalisés grâce au développement d’un procédé de photolithographie sur verre avant d’être imprégnés de cristaux liquides via la formation de cellules. La caractérisation, en transmission, des dispositifs formés permet d’étudier la capacité des molécules de cristal liquide à moduler l'intensité de diffraction pour passer d’un état diffractant à un état non diffractant. Une extinction de la diffraction de 90 à 99,9% selon l'épaisseur des structures est finalement mesurée avec l’application d’un champ électrique dans la cellule. La comparaison de ces résultats avec des calculs numériques permet de confirmer l’alignement des molécules à l’intérieur de la structure ainsi que leurs mobilités sous l’effet d’un champ électrique. Ce principe est, dans un second temps, étudié avec des composants photoniques et la réalisation de GMRF (Guided Mode Resonance Filter), association d'un guide d'onde et d'un réseau de diffraction. Des matériaux issus de la chimie sol-gel sont utilisés pour former des guides d'onde planaires et le développement d’un procédé de lithographie par nano-impression nous a permis d’obtenir les structures nanométriques requises. Divers bancs de caractérisation optique sont alors mis en place pour aboutir à plusieurs méthodes de couplage permettant d’obtenir une onde guidée dans le visible. Finalement, nous avons mesuré une modulation de 90% de l’intensité extraite par le GMRF via l’activation des cristaux liquides.; Ces travaux de thèse sont une contribution au projet de réalisation de matrices actives photoniques dans le cadre de la confection de lunettes à réalité augmentée. Un état de l’art des dispositifs actuels nous a permis de montrer l’encombrement engendré par l’utilisation d’un projecteur situé sur la monture. Pour s’en abstenir, l’utilisation du verre de lunette comme source d’image est limitée par la transparence des matrices actives classiques adressant un signal électrique avec des matériaux métalliques. L’utilisation de la photonique pour adresser chacun des pixels avec un signal optique guidée dans des matériaux diélectriques pourrait permettre d’en optimiser la transmission. Dans ce contexte, nos travaux concernent l’étude et la réalisation expérimentale de dispositifs incluant un guide d’onde et un système d’extraction activable. L'objectif est, d'une part, de sélectionner les matériaux et procédés technologiques adaptés pour former des lignes d'adressage photoniques et, d'autre part, d'associer les composants réalisés avec des éléments actifs permettant d’initier ou non l’extraction d’un guide d’onde. Le dispositif doit être transparent dans le visible afin de respecter les contraintes liées au secteur de l'optique ophtalmique. Dans un premier axe de recherche, des réseaux de diffraction micrométriques sont réalisés grâce au développement d’un procédé de photolithographie sur verre avant d’être imprégnés de cristaux liquides via la formation de cellules. La caractérisation, en transmission, des dispositifs formés permet d’étudier la capacité des molécules de cristal liquide à moduler l'intensité de diffraction pour passer d’un état diffractant à un état non diffractant. Une extinction de la diffraction de 90 à 99,9% selon l'épaisseur des structures est finalement mesurée avec l’application d’un champ électrique dans la cellule. La comparaison de ces résultats avec des calculs numériques permet de confirmer l’alignement des molécules à l’intérieur de la structure ainsi que leurs mobilités sous l’effet d’un champ électrique. Ce principe est, dans un second temps, étudié avec des composants photoniques et la réalisation de GMRF (Guided Mode Resonance Filter), association d'un guide d'onde et d'un réseau de diffraction. Des matériaux issus de la chimie sol-gel sont utilisés pour former des guides d'onde planaires et le développement d’un procédé de lithographie par nano-impression nous a permis d’obtenir les structures nanométriques requises. Divers bancs de caractérisation optique sont alors mis en place pour aboutir à plusieurs méthodes de couplage permettant d’obtenir une onde guidée dans le visible. Finalement, nous avons mesuré une modulation de 90% de l’intensité extraite par le GMRF via l’activation des cristaux liquides.

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