Dissertations / Theses on the topic 'Greffage par activation plasma'

L'immobilisation de biomacromolécules à la surface de polymères peu réactifs est une voie de synthèse de nanomatériaux qui fait actuellement l'objet de nombreuses recherches pour le développement d'applications biologiques et médicales. Nous avons synthétisé de nouveaux nanomatériaux à base de polypropylène (PP) greffé par des dendrimères de lysine (DGL). Les DGL sont parfaitement solubles dans l'eau, biocompatibles, polycationiques à pH neutre et leur structure dendritique particulière font d'eux des macromolécules de plus en plus étudiées en interactions avec les milieux biologiques. Différents traitements par plasma ont permis de fonctionnaliser la surface du PP et plusieurs stratégies ont été adoptées pour greffer les DGL sous forme de monocouche, multicouche ou à partir de brosses de polymères : le greffage direct, les polymérisations non contrôlée et contrôlée de type RAFT associées au plasma d'iode et à la chimie click de surface. L'aptitude des matériaux PP fonctionnalisés par le DGL à interagir avec les milieux biologiques a été étudiée, en particulier l'immobilisation de l'ATP et le comportement vis-à-vis des bactéries et des virus. Les propriétés de ces nanomatériaux sont liées à la réactivité des groupements amine des DGL ainsi qu'à la structure régulière et sphérique des dendrimères. Les résultats obtenus ouvrent de nombreuses applications potentielles pour le traitement des eaux, le diagnostic et la prévention du développement des micro-organismes
Great attention has been focused these last years on tailoring polymer surfaces by immobilizationof suitable molecules for biological and medical applications such as tissue engineering, drug delivery systems, antibacterial supports, and biosensors. In that context, we report the preparation of an original hybrid material based on polypropylene and poly-L-Lysine dendrigrafts (DGL) which are perfectly water soluble, and biocompatible. First, activation of the polypropylene surface (PP) was achieved using plasma treatment. Then, several strategies have been developed to graft DGL onto the PP surface such as (i) direct grafting of DGL after surface activation, (ii) the use of conventional radical polymerization or (iii) RAFT polymerization of monomers from the PP surface. The last methodology favored the increase of the DGL grafts density onto the surface. The ability of PP surface functionalized with DGL to interact with biological media was studied and the modified surfaces open the way to many potential applications in water treatment, diagnosis and prevention of the development of microorganisms

Les huiles essentielles sont des candidates biosourcées potentielles pour être greffées sur des surfaces polymères afin de lutter contre les infections bactériennes, soit en restreignant la croissance des bactéries (effet bactériostatique), soit en tuant les cellules bactériennes (effet bactéricide). Cette thèse porte sur la modification de molécules terpénoïdes destinées à être greffées sur des surfaces polymères activées. Nous visons à greffer des molécules d’huiles essentielles modifiées sur des surfaces polymères par des liaisons covalentes fortes, facilitées par la technologie de traitement au plasma. Le citronellol (CT) et le géraniol (GR) ont été choisis pour leur activité antimicrobienne et ont été modifiés avec succès afin d’obtenir une meilleure réactivité pour la greffe sur polymère. Ils ont été transformés en CT-oxyde et GR-oxyde grâce à une méthode d’oxydation chimio-enzymatique accessible et respectueuse de l’environnement. Des tests microbiologiques ont été réalisés pour évaluer les effets antibactériens de CT et GR avant et après modification. Trois espèces bactériennes ont été utilisées: Escherichia coli, Staphylococcus aureus et Corynebacterium glutamicum. Les résultats ont montré que les effets antibactériens subsistaient après l’époxydation; les molécules testées ont démontré des activités antibactériennes en ciblant les enveloppes cellulaires bactériennes, en perturbant l’intégrité des membranes et en modifiant l’hydrophobicité. Ces actions ont conduit à l’inhibition de la croissance bactérienne ou à la mort des bactéries, comme l’ont révélé les mesures de potentiel Zeta, les images obtenues par microscopie électronique à balayage et les évaluations de l’énergie de surface. Notre étude a conclu à l’efficacité antibactérienne des CT-ox et GR-ox contre les trois souches bactériennes. En outre, ces molécules terpénoïdes modifiées présentent un potentiel de greffe sur des surfaces polymères, conférant ainsi aux polymères des propriétés antimicrobiennes
Essential oils are potential biosourced candidates to be grafted on polymer surfaces to fight against bacterial infections by either restricting the growth of bacteria (bacteriostatic effect) or killing bacterial cells (bactericidal effect). This thesis deals with the modification of terpenoid molecules intended to be grafted on polymer-activated surfaces. We eager to graft modified EO molecules onto polymer surface through strong covalent bonding, facilitated by plasma treatment technology. Citronellol (CT) and geraniol (GR) were chosen for their antimicrobial activity and were successfully modified to obtain better reactive function towards polymer grafting. They were transformed into CT-oxide and GR-oxide through an accessible and green chemo enzymatic oxidation method. Microbiological tests were undertaken to estimate the antibacterial effects of CT and GR before and after modification. Three bacterial species have been used: Escherichia coli, Staphylococcus aureus and Corynebacterium glutamicum. The results showed that antibacterial effects remained after epoxidation, tested molecules exhibited antibacterial activities by targeting bacterial cell envelopes, disrupting membrane integrity, and altering hydrophobicity. These actions led to the inhibition of bacterial growth or death of the bacteria, as evidenced by Zeta Potential measurements, Scanning Electron Microscopy imaging, and surface energy assessments. Our study conclusively confirmed the antibacterial effectiveness of CT-ox and GR-ox against three bacterial strains. Furthermore, those modified terpenoid molecules have potential to graft on the polymer surface and provide polymer antimicrobial property

Les matériaux textiles occupent une place importante dans notre quotidien. Les recherches actuelles s'orientent vers l'élaboration de matériaux à nouvelles propriétés techniques. Parmi les voies d'obtention, on peut citer le greffage de microcapsules ou de molécules cages rechargeables contenant un principe actif qui va être libéré au cours du temps donnant aux textiles de nouvelles fonctionnalités. Dans cette thèse, nous avons synthétisé des cyclodextrines originales dotées de groupements permettant leur greffage sur des fibres de coton après activation du substrat et qui conservent en partie leur capacité à inclure des principes actifs. Dans le souci d'utiliser des technologies propres et d'éviter l'utilisation de produits chimiques, notre choix s'est porté sur une activation par traitement Corona. Nous avons mis en évidence que ce traitement entraîne la formation de radicaux libres, une oxydation et un accroissement de la rugosité en surface des fibres cellulosiques. La conduite en parallèle d'expériences basées sur une activation chimique a confirmé que les radicaux libres formés au cours du traitement Corona sont impliqués dans le mécanisme de greffage de molécules allylées et notamment de la tétradécakis-(2,6-di-O-allyl)-β-cyclodextrine. Des analyses par gravimétrie, spectroscopie de photoélectrons X, thermogravimétrie et microscopie électronique à balayage ont démontré que le greffage avait bien lieu. Après greffage, la cyclodextrine conserve sa capacité à former des complexes d'inclusion notamment lorsque l'on utilise la phénolphtaléine comme molécule invitée ce qui ouvre des perspectives intéressantes pour ce travail
Textiles are omnipresent in our everyday life. Research in this area tends to elaborate more sophisticated or "clever" materials i.e. confer new properties by means of innovative protocols. Among the available protocols, we can propose the grafting of microcapsules or host molecules able to guest an active substance which can be evolved. In our study, we synthesized original cyclodextrins bearing functional groups that allow their grafting on activated cotton fabrics. These entities maintain their inclusion ability. For activation purpose, we chose an "ecofriend" technology which does not require solvents, the corona discharge treatment (CDT). We evidenced that formation of free radicals, oxidation, and increase of roughness occur at the surface of cellulose during treatment. By carrying out experiments based on chemical activation, we concluded that free radicals are implied in grafting mechanism of allyl molecules and especially tetradecakis-(2,6-di-O-allyl)-β-cyclodextrin. Analysis by gravimetry, X ray photoelectron spectroscopy, thermogravimetry and scanning electon microscopy give the proof that grafting was effective. The inclusion ability of the modified β-cyclodextrins after grafting was studied with the dye extinction method determined by inclusion of phenolphthalein

Etude de monomeres liquides ou solides sous l'action des plasmas froids. Influence des parametres du plasma sur la vitesse de polymerisation et la structure chimique de la surface du polymere. Aux interfaces entre le plasma et le polymere, se produisent des reactions qui ont pour origine deux transferts d'energie du plasma. Le transfert indirect, attribue aux rayonnements uv-visible, provoque la polymerisation des acrylates. Le transfert direct, du au bombarbement par des especes metastables, radicaux, ions. . . Sur la surface du polymere, amorce des reactions de modification d'addition ou de terminaison

L'équipe de François Jérôme (IC2MP, UMR7285) a développé des procédés innovants et originaux dans les prétraitements de la biomasse lignocellulosique. Ces travaux fondamentaux sont basés sur l'utilisation de plasma atmosphérique non-thermique afin de dépolymériser des biopolymères (cellulose, amidon, inuline) de manière sélective. L'avantage de ce prétraitement physique est son absence de solvant et de catalyseur permettant ainsi de pallier les problèmes de purification ou de dilution habituellement rencontrés. On peut également citer la faible consommation énergétique. Ce prétraitement plasma permet d'accroitre l'accessibilité des biopolymères aux espèces réactives (lors d'une hydrolyse par exemple) et d'obtenir des rendements supérieurs aux procédés chimiques ou enzymatiques classiques.L'objectif de cette thèse est de comprendre quelles sont les bonnes conditions pour obtenir une cellulose moins réfractaire aux traitements chimiques et quel mécanisme est mis en jeu lors du traitement par plasma. Quels impacts ont les espèces qui interagissent avec la surface du biopolymère, comment elles diffusent au cœur des matrices polymériques ou encore quel est l'impact de la nature chimique du/des biopolymère(s) (cristallinité, type de liaisons, nature des saccharides…). Par la suite, une étude sur la réactivité de la cellulose traitée par plasma a été réalisée en se concentrant plus particulièrement sur les rendements en glucose suite à une hydrolyse acide en milieu dilué. Cela nous a permis d'évaluer l'impact des traitements physiques (plasma, broyage ou les deux) sur la réactivité de la cellulose. De plus, un panel d'analyses a été réalisé et nous a permis d'en déduire un mécanisme réactionnel possible pour le traitement de la cellulose par plasma
François Jerome's team developed new processes for the pretreatment of lignocellulosic biomass. This fundamental work is based on the use of non-thermal atmospheric plasma for the deplolymerization of biopolymers (cellulose, inuline) selectively. The advantage of this physical pretreatment is the non-using of catalysis or solvent and so it's resolve the dilution problem or the purifying problem usually met. A low consummation of energy can be cited too. This pretreatment could be increase the reactivity of biopolymers (hydrolysis for example) and get a better yield than the chemical or enzymes processes.The goal of the thesis is to understand what are the good conditions to obtain a cellulose more reactive for the chemical reactions and what the mechanism for the plasma treatment are. What kind of species react with the surface of the polymers and how they enter in the bulk ? What is the role of the nature and constitution (crystallinity, different polymer, kind of link…) ? Then, a study on the reactivity of the plasma cellulose was performed and the focus was put on the yield of glucose after acid hydrolysis. Like this, we can see the influence of the physical pretreatment (plasma, milling or both) on the cellulose. At the end, a mechanism is proposed by using all the information recovered in particularly with the structural analysis

L’intérêt des implants médicaux ne cesse de grandir et leur utilisation tend à s’étendre aux différents domaines de la chirurgie, en partie grâce à l’émergence de nouvelles techniques de modification de surface. Ainsi il est possible d’améliorer les propriétés des biomatériaux en vue d’une meilleure intégration dans les tissus vivants et prévenir les diverses complications liées à leur utilisation. Ceci permet à la fois de répondre aux attentes des chirurgiens, d’améliorer les conditions de guérison des patients suite à l’intervention, voire même d’apporter une activité thérapeutique à long terme au biomatériau en évitant la rechute, la thrombose, la restenose ou l’infection. C’est dans ce contexte que nous avons cherché à fonctionnaliser la surface de textiles en polyester (polyéthylène téréphtalate), matière très largement utilisée dans le domaine médical, par des molécules bioactives connues par leurs propriétés antibactérienne ou anti-thrombotique: le lysozyme, la gentamicine et l’héparine. L’idée développée dans ce travail de thèse fut de fixer dans un premier temps des fonctions acide carboxylique (-COOH) jouant le rôle d’«ancre» pour la fixation ultérieure des trois principes actifs. La première étape a donc consisté à greffer l’acide polyacrylique (PAA) par copolymérisation greffante assistée par traitement plasma froid, suivie dans un second temps, de la fixation des trois principes actifs, par liaisons physiques (ioniques) et/ou covalentes. L’étude a d’abord porté sur l’optimisation des paramètres de ces deux étapes du traitement via une investigation systématique et un plan d’expériences. Des techniques de caractérisations telles que la spectrophotométrie UV, l’analyse infrarouge IRTF, l’analyse thermique ATG, l’analyse par spectrométrie photoélectronique XPS, la goniométrie, la microscopie électronique à balayage MEB et des essais mécaniques ont montré l’évolution de la composition de la surface et de propriétés mécaniques des textiles au fil des différentes étapes. Des études biologiques par des tests de vitalité cellulaire, d’adhésion plaquettaire et de coagulation ainsi que différentes études microbiologiques ont pu montrer selon les différentes voies de modification choisies l’obtention de supports fonctionnalisés biocompatibles à efficacité intéressante pour des applications biomédicales
The interest in medical implants increases and their use spreads to different surgical domains partially thanks to the new techniques of surface modification. Therefore it is possible to improve the biomaterials properties in order to solve the problems liked with their integration in the living tissues and thereby to prevent the various complications related to their use. This approach allows to respond to the surgeons expectations, to improve the curing process of the patients and even to involve long term therapeutic activities to the biomaterial, thus preventing the release of the disease (such as thrombosis, restenosis, infection). In this context, we have attempted the functionalization of the surface of a polyester fabric (polyethylene terephtalate), widely used in medical field, by three bioactive molecules: lysozyme, gentamicin and heparin known for their antimicrobial or anti thrombotic properties. The concept was to graft polyacrylic acid (PAA) by graft polymerization induced by cold plasma technique, followed by the immobilization of the above mentioned molecules through physical and covalent links. We studied all the experimental parameters involved in the different processes and followed the properties of the obtained materials through the appropriate characterizations techniques, such as spectrophotometry UV, Infrared analysis IRTF, Thermogravimetric analysis (TGA), X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), goniometry, scanning electron microscope (SEM), and mechanical tests. Finally, biological studies such as cell vitality tests, platelets adhesion test and coagulation test in addition with various microbiological essays showed the evolution of the biological properties of the materials, depending on the path of their modification resulted in the development of a novel, biocompatible functionalized supports family with very interesting and attractive efficacy for biomedical applications

Ce travail decrit les modifications de surface de membranes commerciales d'ultrafiltration de polyacrylonitrile (pan) par greffage de nouveaux recepteurs induit par plasma froid puis, leur application au transport de metaux. La technique utilisee est une technique par etapes. La premiere etape consiste a exposer les membranes pan a un plasma d'helium dans le but de former des radicaux a leur surface. Puis, lors de l'exposition a l'air des membranes plasmees, les radicaux reagissent avec l'oxygene pour former des peroxydes et/ou hydroperoxydes lesquels pourront initier lors de la seconde etape, le greffage des recepteurs en solution sous l'action de la temperature. Dans un premier temps, nous nous sommes attardes sur les conditions du traitement plasma (duree, puissance, pression d'helium) conduisant au taux optimal de peroxydes et/ou hydoperoxydes sans pour autant endommager la structure poreuse des membranes pan. Puis, nous avons etudie l'influence des differents parametres intervenant lors du post-greffage des recepteurs (solvant, concentration du recepteur, duree, temperature, presence d'un inhibiteur d'hompolymerisation) afin d'optimiser la fonctionnalisation des membranes avec les differents recepteurs synthetises. Toutes les nouvelles membranes obtenues ont ete caracterisees par spectrometrie ir-atr ou raman, meb, afm, mesures des angles de contact a l'eau et mesures de la permeabilite a l'azote. Les membranes modifiees, denses a l'azote ont alors ete utilisees pour le transport de cations metalliques (na +, cu 2 +, ni 2 +, cd 2 +, pb 2 +) : un effet de facilitation, grace aux groupements pyridiniques et aux atomes d'oxygene presents dans les recepteurs greffes a la surface des membranes pan, a pu etre observe.

Au cours de ce travail de thèse, nous avons développé un procédé plasma-catalyse d'élimination de l'acétaldéhyde en utilisant un processus diphasique couplant un catalyseur nano-structuré et a plasma à la pression atmosphérique. L’élaboration du catalyseur nanostructuré a été d'abord étudiée. Puis la performance de dégradation du polluant a été étudiée. Les nanoparticules monodispersées (titane-oxo-alcoxy) sont générées dans le réacteur de sol-gel avec micro-mélange turbulent et déposés sur des plaques de verre ou des billes de verre comme monocouches nanostructurées. Le dépôt de l'argent et de l'or est réalisé par la réduction des ions sous l’irradiation de UV-A. La cinétique de croissance photocatalytiques et de la morphologie des nanoparticules sont étudiés expérimentalement par les méthodes MET, MEB et AFM. Il est également intéressant de discuter du mécanisme de la formation des nanoparticules et d'évaluer son efficacité quantique. Les conclusions expérimentales sont supportées théoriquement par le calcul des spectres d'absorption. Ensuite l'efficacité du processus de couplage d'une décharge à barrière diélectrique et d’un lit fluidisé d'argent et d’or nanostructurés, pour la dégradation d'un polluant modèle (acétaldéhyde CH₃CHO), est étudiée. Dans la première partie, l'efficacité du procédé plasma seul est discutée, en termes de dégradation des polluants et de production de CO et CO₂. Dans la deuxième partie, la dégradation de CH₃CHO ainsi que la production COx sont étudié en fonction du temps de réduction photocatalytique d’Ag+ et d’Au³⁺ ions, qui est liée à la masse d'argent et d’or déposée. Les voies de dégradation des polluants, notamment la chimie homogène dans la phase de plasma et la chimie hétérogène sur la surface, sont discutées. Enfin, la production des sous-produits principaux est présentées et comparées entre les catalyseurs Ag et Au
During this Phd work, we have developed a plasma-catalytic process of acetaldehyde removal using a diphasic process coupling a nano-structured catalyst and an atmospheric pressure plasma. The elaboration of the nanoparticulate catalyst has been firstly studied. Then its performance coupling with plasma has been investigated. The monodispersed titanium-oxo-alkoxy nanoparticles are generated in the sol-gel reactor with turbulent micromixing and deposited onto glass plates or glass balls as monolayer nanocoatings. The silver and gold deposition is achieved by the ions reduction at UV-A light illumination. The photocatalytic growth kinetics and nanoparticle morphology are studied experimentally by the TEM, SEM and AFM methods. It’s also interesting to discuss the mechanism of the nanoparticles formation and evaluate its quantum efficiency. The drawn conclusions are supported theoretically through the calculation of the absorption spectra. Then the efficiency of the process coupling a dielectric barrier discharge and a fluidized nanostructured silver and gold based bed for the degradation of a model pollutant (acetaldehyde CH₃ CHO) is studied. In the first part, the efficiency of the plasma alone process is discussed, in terms of pollutant removal and CO and CO₂ production. In the second part, CH₃ CHO removal as well as COx production is studied as a function of the photocatalytic reduction time of Ag⁺ and Au³⁺ ions, which is related to the deposited silver and gold mass. The pollutant removal pathways, including homogeneous chemistry in the plasma phase and heterogeneous chemistry on the surface, are discussed. Finally, the production of main by-products is presented and compared between Ag and Au catalysts

Le greffage apres une activation par un plasma froid ou un faisceau d'electrons a des materiaux dont les proprietes sont inaccessibles par d'autres voies. Leurs effets sur du polypropylene (pp) ou sur un aramide, le poly(p-phenyleneterephtalamide) (ppta), ainsi que le post-greffage de l'acide acrylique (aa) sont decrits. Un traitement par un plasma d'azote cree des radicaux et fonctionnalise les surfaces des deux polymeres par la formation d'amines primaires et une oxydation. Les radicaux obtenus via une modification ou une elimination des groupements methyle le long de la chaine, induisent une reticulation de la surface du pp. En revanche, celle du ppta est degradee par les radiations uv-visibles provoquant la scission de liaisons amide. Le post-greffage du pp depend plus de la densite de fonctions amine fixees que de la concentration en radicaux crees. Comme le pp et l'aa sont incompatibles, les groupements amine se comportent comme des agents de transfert de phase et favorisent la diffusion du monomere vers les sites radicalaires, conduisant ainsi a un meilleur taux de greffage. Toutefois, la reticulation du pp gene la diffusion du monomere. Les conditions de traitement du ppta doivent etre douces car la degradation n'est pas en faveur du greffage. Les surfaces greffees des deux polymeres sont uniformes et de composition chimique proche de celle de l'acide homopolyacrylique, montrant ainsi un taux de greffage tres important. Une irradiation par un faisceau d'electrons en presence d'air cree des radicaux en surface mais egalement a cur. Apres l'irradiation, le pp est oxyde (presence de peroxydes et groupements carbonyles) et sa surface contient des groupements amine. Pour de faibles doses (<40 kgy), immediatement apres le traitement, la degradation est faible mais, un stockage a l'air de plusieurs mois conduit a une plus grande oxydation et a une perte des proprietes mecaniques du pp. La diffusion de l'aa dans le pp conduit a un materiau entierement greffe. Le ppta est peu oxyde et aucune fixation de groupements amine n'est observe. Le taux de cristallinite tres eleve de ce polymere limite le greffage a la surface. Les surfaces greffees des deux polymeres ne sont pas uniformes. Les domaines d'application respectifs des plasma froid et des faisceaux d'electrons sont discutes

L'utilisation du polypropylene dans l'industrie est en croissance permanente. De nombreux acquis en recherche pourraient etre transferes en phase industrielle afin d'accroitre encore son utilisation. Cependant, le polypropylene requiert une modification de sa surface avant application de tout revetement. Parmi les procedes de traitement de surface, les plasmas froids constituent la technique la plus recente. La realisation d'enceintes de plusieurs metres cubes se heurte a un probleme d'inhomogeneite lorsque l'oxygene est le gaz plasmagene. L'objectif de la represente etude est la maitrise des parametres influant sur l'adherence et, la conception et la realisation d'enceintes industrielles de traitement par plasmas froid differe d'azote, destinees a l'industrie automobile. Une etude comparee de la force d'adherence mesuree a partir de la force de delaminage et des taux de greffage de fonctions azotees ou oxygenees, mesures par xps, est effectuee en fonction de la puissance micro-onde incidente, du temps de traitement plasma et du positionnement du substrat de polypropylene par rapport a la decharge. On demontre qu'une bonne qualite d'adhesion n'est pas conditionnee par une valeur elevee des taux de greffage mais qu'elle serait fonction de la profondeur de diffusion et de la nature des fonctions azotees greffees. Le positionnement du substrat en post-decharge lointaine permet une grande latitude dans la valeur du temps de traitement sans entrainer de deterioration de surface. Deux reacteurs de 2 et 3 m#3 mettant en oeuvre le plasma froid differe d'azote, sont successivement concus et realises. Cinq cas d'application a l'industrie automobile (moussage, thermogainage, collage, peintures interieure et exterieure) attestent de l'efficacite du procede pour augmenter, de facon performante et homogene, les proprietes d'adhesion sur pieces en polypropylene dans tout le volume du reacteur.

L'industrie de la micro-électronique remet à jour régulièrement sa " roadmap " internationale pour ses développements technologiques. L'introduction des nouvelles filières technologiques s'accélère, motivée par les besoins en électronique portable, en ordinateurs personnels de plus en plus puissants, en télécommunications et multimédia, ainsi que par le développement maintenant très important de l'électronique dans le monde de l'automobile. Cette course à l'intégration nécessite des implantations à des énergies de plus en plus faibles et des doses de plus en plus fortes (en fonction des composants). Afin de répondre à la demande des industriels du domaine de la microélectronique, IBS a conçu son propre prototype d'implanteur ionique par immersion plasma (PULSION(r)). Ce type d'implantation est très attractif pour les industriels car il offre un rendement et des cadences de production (wafer/heure) plus importants avec un coût de fabrication plus faible qu'un implanteur dit classique (faisceau d'ions). Cette thèse a pour but de caractériser les procédés d'implantation de type P par immersion plasma de manière approfondie en utilisant la machine PULSION installée au LETI afin de les intégrer dans la fabrication de composants dernières générations (FD-SOI ultime et Trigate pour nano-fils). De nombreuses études expérimentales ont été réalisées afin de comprendre les mécanismes physiques et chimiques mis en jeu lors de l'implantation par immersion plasma. La compréhension de ces mécanismes est beaucoup plus compliquée qu'une implantation par faisceau d'ions car le substrat est constamment immergé dans un plasma et toutes les espèces ioniques du plasma sont implantées. Nous avons donc observé des comportements différents des profils implantés entre les deux techniques d'implantation. Les conditions de plasma ont ensuite été optimisées dans le but d'intégrer les procédés Pulsion(r) dans la fabrication de transistors FD-SOI et Trigate. Les premiers résultats montrent que l'implantation par immersion plasma permet d'obtenir sur des composants planaires (FD-SOI) les mêmes performances électriques qu'un implanteur à faisceau d'ions. Par contre les performances sont nettement améliorées sur des transistors multi-grilles de type Trigate. Des développements procédés devraient encore améliorer ses performances
The industry of microelectronics will update regularly its "roadmap" for its international technological developments. The development of new technological processes is accelerating, driven by the need for portable electronics, personal computers with more powerful, telecommunications and multimedia, as well as the very important development of electronics in the automobile world. This race requires the integration of implantation processes with low energy and high dose (based on components). To meet the demand of industrial, IBS has developed its own prototype of plasma immersion ion implanter (PULSION (r)). This type of tool is very attractive to manufacturers because it offers performance and production rates (wafer / hour) with a lower manufacturing cost than conventional implanter (ion beam). This thesis aims to characterize the processes of P-type implantation by plasma immersion using the tool installed at the LETI "PULSION "to integrate in the manufacture of new transistors generations (FD-SOI ultimate Trigate for nano-wires). Many experimental studies have been performed to understand the physical and chemical mechanisms involved during the plasma immersion implantation. Understanding these mechanisms is much more complicated than ion beam implantation because the substrate is constantly immersed in the plasma and all ion species are implanted into the substrate. So, we observed different behavior of the implanted boron atoms between the two implantation techniques. The plasma and implantation conditions were optimized in order to integrate Pulsion (r) processes in the manufacture of FD-SOI and Trigate transistors. The first results show that plasma immersion implantation provides, on planar components (FD-SOI), the same electrical performance as ion beam implanter. Against by performance improved significantly on Trigate transistors. Further developments processes should improve again its performance

L'analyse par activation neutronique instrumentale (inaa) et la spectrometrie de masse associee a un plasma d'argon (icp-ms) ont ete associees pour identifier et doser des elements metalliques apportes par les rejets miniers dans des echantillons d'eau et de sediments de la riviere das velhas (bresil). Deux campagnes de prelevements, a un an d'intervalle, ont ete effectuees dans huit lieux le long de la riviere, a partir de la source jusqu'a la hauteur de la ville de belo horizonte. Les conditions optimales de prelevements et de stockage des echantillons ont ete mises au point ainsi que la facon de preparer les echantillons pour l'analyse afin d'obtenir les meilleurs resultats possibles. Les resultats obtenus par les deux methodes sont complementaires ; leur justesse a ete verifiee par des analyses sur des echantillons internationaux de reference (eaux de riviere et sols). Nous avons determine la methode la plus appropriee pour chaque element, selon la sensibilite, la precision et les interferences constatees. La methode nucleaire (inaa) parait preferable pour la determination des concentrations en elements : sc, sr, fe, co, zn, as, zr, sb, cs, hf, ta, au, la, ce, sm, eu, tb, yb, lu et l'analyse par icp-ms pour celles des elements : li, b, mg, al, ca, ti, v, ni, cu, rb, sr, y, nb, mo, ag, cd, sn, ba, w, ti, pb, th, u, pr, nd, gd, dy, ho, er, tm. Les deux methodes d'analyse ont ete pratiquees sur les echantillons d'eau et de sediments de la riviere das velhas les resultats montrent une forte augmentation de concentration de l'element fe dans les eaux et les sediments a partir d'un point qui correspond a la region des grosses exploitations minieres. Les elements cr, co, ni, cu, pb, u, li, rb, sr, ba, accusent aussi une augmentation de concentration dans l'eau a partir de ce point. Une tres forte concentration, dans l'eau et le sediment, des elements au et as est relevee dans un point situe sur un affluent au voisinage duquel une mine d'or est exploitee et un gisement d'arsenic l'a ete. Cette etude a permis de preciser la place relative de l'inaa et de l'icp-ms pour les recherches sur les eaux de surface. Elle apporte de nombreux renseignements sur cette region de l'etat du minas geras qui pourront servir pour le controle de l'environnement.

Le contexte de cette thèse couvre les dispositifs photoniques hybrides III-V sur silicium. L’étude porte sur l’intégration par collage de matériau à base d'InP sur le silicium, puis la conception d’un guide optique comportant une nanostructuration qui permettra la sélection en longueur d’onde dans un laser DFB hybride. Enfin, on étudie les étapes technologiques de fabrication d’un laser hybride injecté électriquement fonctionnant dans le domaine spectral 1.55µm, et on caractérise les dispositifs. Pour associer les matériaux III-V sur Si, nous avons développé le collage sans couche intermédiaire que l’on nomme collage hétéroépitaxial ou oxide-free. Ce collage est reporté dans la littérature comme présentant une meilleure qualité électrique. Nous avons établi les conditions de préparation permettant d’obtenir des surfaces parfaitement désoxydées, et les conditions de recuit conduisant à une interface hybride sans oxyde et sans dislocation. Mais ce recuit est réalisé à température assez élevée (~450-500°C). Nous avons alors développé le collage avec une fine couche intermédiaire d’oxyde réalisé à plus faible température -300°C- qui présente l'avantage d'être compatible avec la technologie CMOS. Nous avons étudié différentes approches pour élaborer et activer une couche d’oxyde très fine (~3nm), de façon à obtenir une surface collée sans zones localement non collées. Le collage est dans les deux cas réalisé sous vide dans un équipement de type Bonder Suss SB6e. La qualité structurale de l’interface a été observée par STEM et la qualité mécanique du joint de collage a été caractérisée par indentation. Une méthode originale de mesure quantitative et locale de l’énergie du joint de collage a été développée. La qualité optique des couches collées a été étudiée par la mesure de la photoluminescence de puits quantiques placés proches du joint d’interface. En conséquence du collage sans couche intermédiaire ou avec une couche très fine, le design du mode optique est de type double-cœur, qui ne nécessite pas de taper. Le guide optique Si est de type shallow ridge, le confinement latéral étant assuré par un matériau nanostructuré à une période sub-longueur d’onde. Ce matériau fonctionne comme un matériau effectif uniaxe pour lequel on a calculé les indices optiques ordinaire et extraordinaire selon la géométrie de la nanostructuration. On peut rajouter sur cette nanostructuration une super-périodicité qui conduit à un fonctionnement sélectif en longueur d’onde. Le comportement modal du guide est simulé à l'aide du logiciel COMSOL Multiphysics, le comportement spectral est simulé par FTDT 3D. Nous avons validé la pertinence de ce design en mesurant la transmission de guides hybrides. Ce design sera inclus dans un laser et permettra d’obtenir une émission monofréquence de type DFB. Nous avons développé les étapes technologiques nécessaires à la fabrication d’un laser hybride à base d'InP sur Silicium fonctionnant en injection électrique. Nous avons mis en oeuvre de nombreuses techniques, et développé plusieurs procédés spécifiques, en particulier, des procédés de gravure sèche de type Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching ICP-RIE pour la gravure de la nanostructuration dans le silicium, et pour la gravure du mésa du laser. La présence des 2 matériaux III-V et Si dans le dispositif hybride rend ces étapes complexes. Les premiers résultats peuvent être améliorés en optimisant la technologie des contacts. Un design permettant de s’affranchir de la pénalité thermique présenté par tous les dispositifs ayant les 2 contacts électriques du coté du matériau III-V a été proposé, exploitant le passage du courant à l’interface hybride III-V / Si, ce qui est possible dans le cas du collage oxide-free. Cette approche ouvre des perspectives d’intégration au-delà de la photonique
This work contributes to the general context of III-V materials on Silicon hybrid devices for optical integrated functions, mainly emission/amplification at 1.55µm. Devices are considered for operation under electrical injection, reaching performances relevant for data transfer application. The main three contributions of this work concern: (i) bonding InP-based materials on Si, (ii) nanostructuration of the Si guiding layer for spatial and spectral control of the guided mode and (iii) technology of an hybrid electrically injected laser, with a special attention to the thermal budget. Bonding has been investigated following two approaches. The first one we call heterohepitaxial or oxide-free bonding, is performed without any intermediate layer at a temperature ~450°C. This approach has the great advantage allowing electrical transport across the interface, as reported in the literature. We have developed oxide-free surface preparation for both materials, mainly InP-based layers, and established bonding parameter processing. An in-depth STEM and RX structural characterization has demonstrated an oxide-free reconstructed interface without any dislocation except on one or two atomic layers which accommodate the large lattice mismatch (8.1%) between InP and Si. Photoluminescence of quantum wells intentionally grown close to the interface has shown no degradation. We have also developed an oxide-based bonding process operated at 300°C in order to be compatible with CMOS processing. The original ozone activation of the very thin (~5nm) oxide layer we have proposed demonstrates a bonding surface without any unbonded area due to degassing under annealing. We have developed an original method based on nanoindentation characterization in order to obtain a quantitative and local value of the surface bonding energy. Related to the absence or to the very thin intermediate layer between the two materials, our modal design is based on a double core structure, where most of the optical mode is confined in the Si guiding layer, and no taper is required. The Si waveguide on top of the SOI stack is a shallow ridge. A nanostructured material on both sides of the waveguide core ensures the lateral confinement, the nanostructuration geometry being at a sub-wavelength period in order to operate this material well below its photonic gap. It behaves as an uniaxial material with ordinary and extraordinary indices calculated according to the structuration geometry. Such a structuration allows modal and spectral control of the guided mode. 3D modal and spectral simulation have been performed. We have demonstrated, on a double-period structuration, a wavelength selective operation of hybrid optical waveguides. Such a double-period geometry could be included in a laser design for DFB operation. This nanostructuration has larger potential application such as coupled waveguides arrays or selective resonators. We have developed all the technological processing steps for an electrically injected hybrid laser fabrication. Main developments concern dry etching, performed with the Inductive Coupled Plasma Reactive Ion Etching ICP-RIE technique of both the nanostructuration of the Silicon material, and the mesa of the hybrid laser. Efficient electrical contacts fabrication is also a complex step. First lasers operating performances could be improved. We have investigated a specific design in order to overcome the thermal penalty encountered by all the hybrid devices. This penalty is due to the thick buried oxide layer of the SOI stack that prevents heating related to the current flow to be dissipated. Taking advantage of the electrical transport we have shown at the oxide-free interface, we propose a design where the n-contact is defined on the guiding Si layer, suppressing thermal heating under electrical operation. Such an approach is very promising for densely packed hybrid devices integrated with associated electronic driving elements on Si

L'objet de ce travail a été de développer une méthodologie permettant d’établir un bilan géochimique du bassin versant du Bouregreg et de mieux comprendre le fonctionnement d’un système naturel en intégrant les phénomènes de transfert solide-liquide. Cette méthodologie regroupe un échantillonnage sur la période Eté 2003-Hiver 2005, un protocole analytique couplant INAA, ICP-MS et ICP-AES et un traitement des données (comparaison des moyennes pour chaque échantillon, variabilités pour chaque site, diagrammes de normalisation par rapport à la croûte continentale et ACP). Cette méthodologie a permis de préciser l’importance de l’héritage géochimique du bassin, l’homogénéité géochimique du bassin et une typologie plutôt de type croûte continentale supérieure. Cette méthodologie a également permis de confirmer la différence de comportement entre les éléments solubles et les autres éléments insolubles tels que les terres rares. L'influence des activités humaines semble par ailleurs très limitée.