Academic literature on the topic 'Nanotechnologie – Environnement'

Ce papier présente les expériences de sensibilisation à la microélectronique et aux nanotechnologies de lycéens menées dans le cadre du programme Nano@school à Grenoble. A l’origine de ce programme, qui fête ses dix années d’existence en 2019, se trouvent trois partenaires : le CEA de Grenoble, le pôle CNFM de Grenoble (CIME Nanotech), et le Rectorat de Grenoble. Depuis 2012, ce programme est inclus dans une des actions du projet piloté par le réseau national de formation à la microélectronique (CNFM) et dont le CIME Nanotech est un membre majeur. Il est en effet très important de pouvoir attirer les jeunes dans ces domaines scientifiques qui sont souvent mal connus et où cependant la demande de main d’oeuvre qualifiée est importante. Les sessions se déroulant sur une journée proposent aux lycéens de véritables mini-projets scientifiques, à travers des expérimentations encadrées par des enseignants et/ou chercheurs sur des plateformes technologiques ayant des équipements de pointe. La sensibilisation est donc basée essentiellement sur un travail pratique dans un environnement de formation universitaire et de recherche. Le retour d’expérience indique que l’approche est globalement très bien perçue par les lycéens et par leurs professeurs, très motivante pour les organisateurs et encadrants sur les plateformes, mais son impact sur l’attractivité reste néanmoins difficile à mesurer à court terme.

Le dépôt de couche atomique (ALD) est devenu une technique essentielle de dépôt en phase vapeur de couches minces pour de nombreuses applications. La demande croissante de composants électroniques et de matériaux nanostructurés a fait de gls{ald} l'un des processus de fabrication clés du marché des nanotechnologies.Dans ce travail, nous présentons de nouveaux matériaux nanostructurés pouvant être utilisés comme transducteurs dans des dispositifs à biocapteurs. Ces matériaux ont été préparés en combinant gls{ald} avec des techniques "top-down" et "bottom-up" telles que la lithographie par nanosphère (gls{nsl}), le dépôt physique en phase vapeur (gls{pvd}), la gravure chimie assistée par des métaux (gls{mace}) et électrodéposition.En tant que premier candidat prometteur, des nanofils de silicium (gls{sinws}) recouverts de ZnO par gls{ald} ont été fabriqués. Ces structures 3D sont très attractives pour les applications de biocapteurs optiques en raison de leur activité intense de photoluminescence (gls{pl}) à température ambiante. Dans une première approche, ces nanostructures coe ur/coquille ont été entièrement caractérisées et testées en tant que capteurs possibles pour la détection du peroxyde d’hydrogène, qui est un produit de réaction courant de plusieurs oxydoréductases.De plus, des nanostructures creuses en ZnO semblables à des oursins recouvertes de Au ont été préparées avec une taille contrôlée en combinant NSL, gls{ald}, électrodéposition et évaporation par faisceau d'électrons (gls{ebeam}). L’influence de l’épaisseur du film Au sur les capacités de diffusion Raman (gls{sers}) améliorées en surface des substrats a été étudiée. Les structures optimisées ont été utilisées pour détecter des molécules de thiophénol avec une limite de détection (gls{lod}) de SI{e-8}{Molar}. De plus, l'adénine peut être détectée avec une concentration aussi basse que SI{e-6}{Molar}. L'excellente uniformité et la répétabilité lot par lot des substrats en font d'excellents candidats pour une détection et une biocapture SERS fiables.En outre, un groupe diversifié de nouveaux matériaux présentant des caractéristiques attrayantes qui peuvent être facilement appliqués à la détection, à la catalyse et à la plasmonique est présenté. Des nanoparticules bimétalliques de Pd/Au supportées sur gls{sinws} avec gls{ald} et un remplacement galvanique ont été fabriquées. De plus, des structures ZnO creuses de type urchin avec ZIF-8 par électrodéposition ont été fabriquées pour de possibles applications SERS
Atomic layer deposition (gls{ald}) has emerged as an essential vapor deposition technique of thin films for countless applications. The rising demand for electronic components and nanostructured materials has established gls{ald} as one of the key fabrication processes in the nanotechnology market.In this work, novel nanostructured materials that can be used as transducers in biosensor devices are presented. These materials have been prepared by a combination of gls{ald} with top-down and bottom-up techniques such as nanosphere lithography (gls{nsl}), physical vapor deposition (gls{pvd}), metal-assisted chemical etching (gls{mace}), and electrodeposition.As a first promising candidate, silicon nanowires (gls{sinws}) covered with ZnO by gls{ald} were fabricated. These 3D structures are quite attractive for optical biosensing applications thanks to their intense photoluminescence (gls{pl}) activity at room temperature. As a first approach, these core/shell nanostructures were fully characterized and tested as possible sensors for the detection of hydrogen peroxide, which is a common reaction product of several oxidoreductases.In addition, Au-covered hollow urchin-like ZnO nanostructures were prepared with controlled size by combining NSL, gls{ald}, electrodeposition, and electron beam (gls{ebeam}) evaporation. The influence of the Au film thickness on the surface-enhanced Raman scattering (gls{sers}) capabilities of the substrates was investigated. The optimized structures were used to detect thiophenol molecules with a limit of detection (gls{lod}) of SI{e-8}{Molar}. Additionally, adenine can be detected with a concentration as low as SI{e-6}{Molar}. The excellent uniformity and batch-to-batch repeatability of the substrates makes them excellent candidates for reliable SERS sensing and biosensing.Moreover, a miscellaneous group of novel materials with enticing features that can be readily applied in sensing, catalysis, and plasmonics is presented. Bimetallic Pd/Au nanoparticles supported on gls{sinws} with gls{ald} and galvanic replacement were fabricated. Furthermore, hollow urchin-like ZnO structures with ZIF-8 via electrodeposition were fabricated for possible SERS applications

Ce projet contribue à développer la prochaine génération de nano-emballages en utilisant une approche plus sûre et éco-conçue avec des avantages directs à la fois pour l'environnement et la sécurité des consommateurs. Les emballages alimentaires constituent l’un des principaux secteurs d’applications des nanotechnologies avec des enjeux environnementaux prometteurs de substitution des pétro-plastiques par des bio-plastiques et de réduction des pertes et gaspillages alimentaires grâce à des emballages plus performants, de type actifs et intelligents. Dans le cas de matériaux nano-composites (matrice polymérique contenant des nano-particules) destinés au contact alimentaire, le risque majeur en terme de santé humaine est lié à leur impact sur la migration de composés indésirables de l’emballage vers l’aliment (stabilisants UV, antioxydants, plastifiants, etc) qui peuvent avoir des effets néfastes en fonction des doses et durées d’exposition. Ces interactions contenant/contenu sont soumises à une réglementation européenne dont l’objectif est la protection de la santé du consommateur en fixant des limites de migration spécifique pour tous les composés supposés entrer dans la composition des matériaux plastiques dédiés au contact alimentaire. Dans le cas des nanomatériaux, la présence de nanoparticules est susceptible de modifier les interactions entre le polymère et les additifs et par voie de conséquence leurs propriétés de transfert. Ainsi, la formalisation des phénomènes de migration de l’emballage vers l’aliment établie sur des matériaux plastiques ne contenant pas de nanoparticules ne peut pas être directement transposée au nano-matériaux. De plus la présence de ces nanoparticules peut profondément modifier l’éco-toxicité environnementale du système matrice- nanoparticule -additif.La présente étude vise à comprendre et contrôler l’impact des structures nanocomposites (matrice polymérique contenant des nano-particules) sur les propriétés de transport (diffusivité et solubilité) des nanoparticules et des additifs chimiques en condition d’usage. À cet égard, il est nécessaire de combler le déficit de connaissances dans a caractérisation de la structure 3D, des propriétés physico-chimique et des interactions aux interfaces entre nanoparticules et matrice dans les nanomatériaux. Devant la complexité du système étudié, la modélisation est indispensable pour représenter (simplifier sans pour autant perdre trop de connaissances) la structure 3D des nanomatériaux et simuler, reproduire puis prédire, l’évolution de leurs propriétés de transfert en fonction des paramètres structurels et en condition d’usage. La modélisation des transferts est également indispensable pour, dans une approche d’ingénierie inverse, éco-concevoir et dimensionner à façon des nano-emballages sûrs pour l’Homme et l’Environnement. Dans cette optique une démarche de modélisation multi-échelle des relations structure/propriétés de transfert de masse a été mise en place sur des matériaux nanocomposites ciblés choisis pour leur pertinence dans le domaine de l’emballage alimentaire
The market of nanotechnologies is dominated by the food packaging area which amounts more than 20% of the total nanotechnologies market in 2015. However, the wide-scale use of nanomaterials raises important questions about environmental and safety issues that could hinder their development. In the case of plastics intended to be in contact with food, the risk of contamination concerns not only the nanoparticles but also all the chemical additives added during the material processing. The presence of nanoparticles is susceptible to modify the interactions between polymer and the additives with a possible change in their transport properties and therefore the food contamination.The present work aims at identifying the relationship between the structural characteristic and the transport properties (diffusivity and solubility) of nanoparticles and chemical additives incorporated in nanocomposites. In this regard, it is necessary to fill the gap of knowledge in 3D nanostructure characterization and a multi-scale modeling of mass transfer properties of nanocomposites in real usage conditions.In this way, polyethylene and nanoclay were selected based on the best compromise between real potential applications and the scientific knowledge previously published and eventually the nanocomposites were synthesized with LLDPE, Cloisite20 and a compatibilizer by melt intercalation method.The nanocomposite structure was characterized using TEM, X-ray nanotomography, TGA and XRD then submitted to migration tests undertaken in contact with different food simulants which represent various types of food (aqueous, acid, alcoholic) following the recommendation of the European regulation on the food contact material. To evaluate the positive or adverse effects of the nanomaterials on the contamination of the food by chemical additives which are usually incorporated with the plastic packaging, the virgin polymer and nanocomposite material were spiked with a mixture of the additives exhibiting various volatility, polarity and molecular weight. Then, the transport properties (i.e inertia) of nanocomposite structure was distinctively investigated on kinetic (apparent diffusion coefficient) and thermodynamic (partition coefficient) considerations.The results indicated that nanoclay addition in plastic materials favorably reduced the migration of additives by modifying both their diffusivity in the polymer and their partition between the polymer and the food simulant. However, while the partition coefficient of additives increases in nanocomposite in comparison to pure LLDPE for the samples in contact with all types of food simulants, the reduction of diffusion coefficient is significantly dependent on the nature of the food simulant in contact. Hence, it can be concluded that the major role in the migration of additives is not played by the imposed tortuosity path, but by the factors such as the affinity between the base polymer and simulants as well as the effects of simulants on swelling and crystallinity of the samples. Moreover, the effect of additive-related parameters and the structural parameters were assessed and put in perspective with their impact on the transport properties of nanostructures. Integrating the results of characterization and transfer properties led to an improved understanding of the influence of structure of nanocomposites on their mass transfer properties and therefore on the suitability of using them as food contact materials

Alors qu’un nombre non négligeable de produits contenant des nanomatériaux est déjà présent sur les marchés, nous manquons de recul tant en ce qui concerne les risques pour la santé et l’environnement que les bénéfices qu’ils peuvent apporter à la société sur le long terme. La présente thèse aborde la question suivante : quel régime règlementaire est en mesure de procurer le plus haut niveau de protection contre les risques avérés ou suspectés des nanotechnologies tout en soutenant simultanément la compétitivité et l'innovation ? Bien que l’Union européenne et les Etats-Unis se soient efforcés de trouver des solutions nuancées en fonction des besoins, des capacités, des enjeux inhérents à chaque secteur concerné et de leurs traditions juridiques respectives, l’on ne peut que constater l’émergence d’une réglementation des nanotechnologies à géométrie variable
While a significant number of products containing nanomaterials is already in widespread use, we have little understanding of risks and benefits they can bring to the society in the long term. The objective of this PhD thesis is to answer the following question: which regulatory framework can ensure a high level of protection against real or suspected risks of nanotechnologies while promoting competitiveness and innovation ? Although the European Union and the United States have attempted to find nuanced solutions according to the needs, capacities and challenges, which are proper to each sector concerned and their respective legal traditions, the emerging regulatory framework for nanotechnologies is characterised by a high degree of fragmentation

L’incertitude est présente dans toute innovation. Dans le domaine des nanotechnologies, l’incertitude qui entoure les risques sanitaires et environnementaux dont ces technologies pourraient être porteuses est si importante que la question de leur succès se pose.En partie du fait du manque de données cohérentes, il n’existe qu’une littérature empirique limitée sur les déterminants de la diffusion des nanotechnologies. Dans le cadre d’un programme de recherche sur les nanotechnologies, cette thèse a pour but d’investiguer les déterminants de l’adoption d’innovations dans une situation d’incertitude sur les risques environnementaux et sanitaires. Dans cette optique, nos travaux visent dans un premier temps à fournir une meilleure compréhension de la diffusion d’un produit qui est présent sur le marché depuis longtemps. Nous avons choisi une substance chimique très utilisée, le bisphénol A (BPA). Différentes méthodes économétriques sont appliquées afin de mieux comprendre la relation entre la consommation, la croissance économique, les nouvelles connaissances scientifiques concernant le risque et d’autres variables utilisant les données relatives au BPA. Les résultats illustrent un ensemble de facteurs qui influencent la consommation de BPA au niveau international.Dans un second temps, nous montrons dans quelle mesure cette étude permet d’éclairer la réflexion initiée sur la diffusion des nanotechnologies, notamment le nano-argent.Le comportement des différents acteurs en réponse à la production de connaissances scientifiques nouvelles sur les risques est étudié, ce qui nous permet d’aboutir à une compréhension approfondie de “développement nanoresponsable”
Uncertainty is immanent in every innovation. Uncertainty about environmental and health risks that surround nanotechnology raises the questions of innovation success. Due in part to a lack of consistent data, there is limited empirical literature on determinants of the diffusion of nanotechnology. As part of a research program on nanotechnology, this research aims to investigate determinants of uptake of innovation in a situation of uncertainty about environmental and health risks. With this goal, as a first step, this work seeks to provide better understanding of the diffusion of a product that has been on the market for a long time. We have chosen a chemical, bisphenol A (BPA), because of the lack of historical data on nanomaterials. As a second step, we compare the results of the BPA study to nanosilver. We apply different econometric methods to gain insights into the relationship between consumption, economic growth, new scientific knowledge about risk and other variables using the data on BPA. The results illustrate a set of factors that influences the consumption of BPA at international level. The comparative study between BPA and nanosilver helps to refine the interpretation of main results and to obtain additional insights into the determinants of uptake of nanosilver. An explanatory analysis sheds light on the actions that different stakeholders undertake in response to new scientific knowledge about risk and deepens our understanding of “nanoresponsible development”.Keywords: Innovation, diffusion of innovation, product life cycle, nanotechnology, bisphenol A, risk, uncertainty, environment, health, precautionary principle, Safer by Design, responsible development

Ce travail de thèse porte sur la conception de l'interconnexion entre les nombreux composants IP (Intellectual Property) d'un système électronique sur puce (SoC pour System on Chip).
Notre étude repose sur une solution émergente qui est celle des réseaux sur puce (NoC pour Network-on-chip), celle-ci est inspirée des réseaux de communication entre ordinateurs.
Un NoC offre de nombreuses possibilités et un large espace de conception. La maîtrise des choix des paramètres d'un NoC vis à vis des contraintes d'une application n'est pas triviale et nécessite de la méthode.
Cette thèse propose un flot de conception afin de déterminer ces paramètres automatiquement.
Le problème de l'horloge dans les circuits de grande taille, ainsi que l'aspect sécurité sont également traités.
Ce travail a conduit au développement de l'outil µSpider, qui est un environnement de conception composé d'outils de décisions et d'un générateur de code (VHDL synthétisable).
Ce travail a été validé avec des applications dans les domaines du traitement du signal, de l'image et des télécommunications.

Ces travaux de thèse visent à aborder la fiabilité des composants RF-MEMS (commutateurs en particulier) pendant la phase de conception en utilisant différents approches de procédés de fabrication. Ça veut dire que l'intérêt est focalisé en comment éliminer ou diminuer pendant la conception les effets des mécanismes de défaillance plus importants au lieu d'étudier la physique des mécanismes. La détection des différents mécanismes de défaillance est analysée en utilisant les performances RF du dispositif et le développement d'un circuit équivalent. Cette nouvelle approche permet à l'utilisateur final savoir comment les performances vont évoluer pendant le cycle de vie. La classification des procédés de fabrication a été faite en utilisant le Technology Readiness Level du procédé qui évalue le niveau de maturité de la technologie. L'analyse de différentes approches de R&D est décrite en mettant l'accent sur les différences entre les niveaux dans la classification TRL. Cette thèse montre quelle est la stratégie optimale pour aborder la fiabilité en démarrant avec un procédé très flexible (LAAS-CNRS comme exemple de baisse TRL), en continuant avec une approche composant (CEA-Leti comme moyenne TRL) et en finissant avec un procédé standard co-intégré CMOS-MEMS (IHP comme haute TRL) dont les modifications sont impossibles.

La nanotechnologie est un domaine en voie d'expansion qui a attiré l'attention de la recherche en raison de ses applications potentielles illimitées. La technologie des ondes millimétriques est un autre domaine intéressant qui joue un rôle de premier plan dans le développement des systèmes de communications sans fil. La combinaison de ces deux champs de recherche avancée, donne naissance à l'innovation du Dispositif Ratchet qui est une nouvelle application qui représente un vrai défi. Ce dispositif est de taille nanométrique et son concept d'opération consiste à générer une tension DC lorsque le dispositif, basé sur le gaz d'électron bidimensionnel, est rayonné par l'énergie des micro-ondes. L'objectif de cette thèse est d'essayer d'améliorer la réponse du dispositif, ce qui ouvre de nouvelles perspectives dans la fabrication de générateurs de courant et des détecteurs de champ à haute fréquence et dans l'échelle nanométrique. Malheureusement, les Dispositifs Ratchet actuels, basés sur des hétérostructures de semiconducteurs, réalisés jusqu'à présent fonctionnent à basse température pour assurer une grande mobilité électronique. Cette condition nécessite l'utilisation d'un setup expérimental complexe qui a un grand impact sur la tension induite et sur la reproductibilité du phénomène Ratchet observé. Dans ce contexte, le travail effectué dans le cadre de cette thèse a abordé ce problème en deux parties. La première partie concerne l'analyse électromagnétique du setup expérimental. Ceci a été réalisé par la mise en oeuvre des simulations électromagnétiques intenses. D'autre part, différentes solutions ont été proposées afin d'optimiser le setup et ainsi améliorer la tension Ratchet produite. Outre l'étude électromagnétique, certaines mesures de modulation ont été réalisées pour tester la faisabilité du Dispositif Ratchet comme un démodulateur d'amplitude. La deuxième partie de cette thèse traite l'étude de la matière qui compose le Dispositif Ratchet. Récemment, le graphène commence à envahir le monde scientifique et technologique avec ses fascinantes propriétés électroniques, tels que sa mobilité d'électrons élevée à température ambiante, où les matériaux conventionnels sont en train de confronter des obstacles. En conséquence, l'idée de fabriquer un Dispositif Ratchet à base de graphène au lieu des hétérojonctions de semiconducteurs, a été introduite. Plusieurs modèles de conception, caractérisation et mesures RF ont été accomplis en vue d'obtenir un Dispositif Ratchet fiable approprié pour de nombreuses applications pratiques à la température ambiante, dans la gamme de fréquences micro-ondes et pourraient s'étendre à la bande térahertz

Certains domaines d'applications tels que l'aérospatial, l'automobile ou le forage de haute profondeur peuvent nécessiter la visualisation de certains paramètres physiques dans des environnements hostiles. Les capteurs microélectroniques basés sur le silicium y atteignent souvent leurs limites, qui sont qualifiées de conditions " sévères ". Ce travail se base principalement sur l'étude de solutions de capteurs mécaniques fonctionnant en conditions sévères. Le principe de ces capteurs repose sur l'exploitation de transistors de mesures HEMT à base de nitrures III-V (III-N), à la fois piézoélectriques et semiconducteurs, qui reste stable en conditions sévères. La compréhension des interactions entre physique des semiconducteurs et physique des matériaux ainsi que la caractérisation de structures possibles pour la détection mécanique représentent les principaux enjeux de ce sujet de thèse. La modélisation mécanique analytique et numérique des structures étudiées a permis d'appréhender le comportement de structures piézoélectriques multicouches. Le couplage de ce modèle électromécanique avec un modèle électronique du capteur a permis d'établir la faisabilité du principe de détection ainsi que la linéarité de la réponse du capteur. La caractérisation des prototypes réalisés en cours de thèse ont corroboré la linéarité du capteur tout en faisant apparaître l'influence de nombreux effets parasites réduisant sa sensibilité à savoir les effets de résistance parasites et de piézorésistances variables.

Notre projet vise la conception d’un biocapteur ultra-sensible à base de bactéries pour la détection de métaux lourds (contrôle environnemental). Ces travaux concernent le développement de systèmes impédimétriques et à ondes acoustiques de Love, associés à une puce microfluidique et fonctionnalisés par des bactéries Escherichia coli immobilisées sur une multicouche de polyélectrolytes déposés par la méthode « Layer by Layer » . L’ étude fondamentale des interactions physiques-chimiques-biologiques mises en jeu lors des étapes de fonctionnalisation du capteur, et de son application à la détection de cadmium et de mercure, est également abordée, à travers le suivi en temps réel par le capteur acoustique, ainsi que par microscopie à force atomique en milieu sec ou liquide.Des seuils de détection inférieurs à 10-12M en quelques minutes ont été observés
Our works aim the study of an ultra-sensitive bacteria-based biosensor for the detection of heavy metals (environmental control). They include the development of impedimetric and of Love acoustic wave devices, both associated with a microfluidic chip and functionalized with Escherichia coli immobilized on a polyelectrolyte multilayer deposited by the method "Layer by Layer." The theoretical study of physico-chemical interactions and biological phenomena involved during the steps of functionalization of the sensor surface, and during its application to the detection of cadmium and mercury, is also addressed through the real-time monitoring by the acoustic sensor and by atomic force microscopy in air or liquid medium. Detection threshold better than10-12M within only a few minutes have been observed

À l'heure où les préoccupations climatiques sont plus que jamais d'actualité, les problématiques du contrôle, de la gestion et de l'économie de l'énergie prennent une importance considérable dans notre société. Dans le secteur avionique, cela peut se traduire par une nécessité de réduction du poids des aéronefs afin d'économiser le kérosène consommé durant le vol, résultant au final à une réduction drastique d'émission de CO². En adéquation avec les problématiques d'économie d'énergie l'avion plus électrique crée depuis quelques années un nouvel engouement dans le monde aéronautique pour l'actionnement tout électrique. La refonte des systèmes actuels (hydrauliques, mécaniques, pneumatiques) vers des systèmes plus électriques permet de plus de diminuer les coûts de maintenance des équipements et d'augmenter la fiabilité globale des systèmes, en s'affranchissant par exemple des problèmes fluidiques liés à l'hydraulique. Plusieurs projets ont été fédérés autour de ce nouvel élan dont le projet ModErNe dans le cadre duquel les travaux présentés tout au long de ce mémoire de thèse ont été réalisés. La mise en place dans un aéronef de nouveaux dispositifs électroniques de puissance nécessite une parfaite connaissance du comportement des composants notamment sous environnement thermique extrême. Cela permet de dimensionner des systèmes haute puissance et haute température optimisés et sécurisés. La technologie SiC n'étant pas suffisamment mature au lancement du projet ModErNe, celui-ci a eu pour postulat l'utilisation de composants IGBT silicium. L'un des objectifs principaux de ces travaux est alors l'étude par la caractérisation du comportement des IGBT dans une gamme de température allant au-delà de celle établie par les fondeurs (-55°C à +175°C). Ces travaux décrivent ainsi la conception, la réalisation et la mise en place d'un banc de caractérisation électrique en température, de véhicules de test et la procédure de tests utilisée. Un second objectif essentiel de ces travaux se situe au niveau du prototypage virtuel. La modélisation et l'analyse des systèmes sont aujourd'hui incontournables afin d'éviter au maximum les défaillances qui peuvent mettre en danger des fonctions élaborées comme celles liées à la sécurité. Dans ces travaux de thèse nous modélisons le dispositif choisi afin de déterminer par simulation son comportement électrique sous l'influence de conditions de fonctionnement environnementales thermiques sévères. À l'aide d'une analogie électrique l'Équation de Diffusion Ambipolaire est résolu analytiquement pour fournir un modèle (1D) précis et complet de composants de puissance. Une confrontation simulation/ données constructeurs/ mesures expérimentales ouvre une discussion sur l'identification de l'Injection Enhanced effect : un phénomène physique permettant d'améliorer considérablement les performances statiques des composants IGBT, et présent dans certains IGBT selon une configuration structurelle particulière.