Assemblage dirigé de nano-objets, Directed assembly of nano-objects

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L ’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L ’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par l'Institut National des Sciences Appliquées de Toulouse
Discipline ou spécialité : Nanophysique


Présentée et soutenue par Aline CERF
Le 17 septembre 2010

Titre : Assemblage dirigé de nano-objets

JURY

M. Azzedine BOUSSEKSOU, Président
M. Zev BRYANT, Examinateur
M. Serge MONNERET, Examinateur
M. Victor MUNOZ, Examinateur
Mme. Clivia SOTOMAYOR, Examinateur



Ecole doctorale : Sciences de la Matière
Unité de recherche : Laboratoire d'Analyse et d'Architecture des Systèmes (LAAS-CNRS)
Directeur(s) de Thèse : M. Christophe VIEU
Rapporteurs : M. Jean-Pierre AIME
Mme. Anne-Marie HAGHIRI-GOSNET










« Les idées ne sont pas faites pour être pensées mais vécues »
André Malraux, La condition humaine.

« I am enough of an artist to draw freely upon my imagination. Imagination is more
important than knowledge. For knowledge is limited, whereas imagination embraces the
entire world, stimulating progress, giving birth to evolution ».--Albert Einstein








A mi madre y a mi padre




























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Remerciements


Je tiens à profiter de cette page blanche pour remercier en tout premier lieu mon directeur de
thèse, Christophe Vieu, une personne aux qualités immenses, une personne hors du commun
tant d’un point de vue scientifique qu’humain. Ces trois années de thèse ont été, grâce à lui,
une période de ma vie extrêmement enrichissante. J’ai énormément appris auprès de lui et je
lui en serai toujours reconnaissante. Grâce à lui, j’ai trouvé ma voie. Sa passion pour la
science et la recherche, sa créativité débordante, sa curiosité scientifique qu’il nous
communique au jour-le-jour sont la flamme qu’il dépose en nous et qui nous fait aimer ce
métier où rien n’est impossible ; même à notre échelle, nous pouvons contribuer et apporter
des briques aux progrès de la science dans des domaines essentiels tels que celui de la santé.
Je le remercie profondément pour la confiance qu’il ma témoignée.

Je souhaite remercier le groupe NanoBioSystèmes, les anciennes générations que j’ai vu
partir, Jean-Christophe, Jérôme, et les nouvelles qui prennent leurs marques seulement mais
qui me manqueront cruellement également. Un grand merci à Christophe, Chil, Christel,
Franck, pour leur soutien tout au long de ces trois années et leur amitié. Une mention spéciale
s’adresse à mes collègues de bureau pour leur joie et bonne humeur. Je garderai toujours un
très bon souvenir de ces trois années passées avec eux.
Tous les permanents, thésards, post-docs qui sont plus que des collègues de travail pour moi ;
Tous et chacun d’eux sont désormais inscrits dans mon cœur et j’espère ne jamais les perdre
de vue.
Un grand merci aux services du LAAS, à toutes les personnes que l’on côtoie dans cette
enceinte et qui font du LAAS un endroit si chaleureux et convivial que l’on a du mal à quitter.

Mes remerciements les plus sincères vont au service TEAM pour leur aide précieuse et leurs
conseils, à Xavier pour sa gentillesse, disponibilité et remarquable ingéniosité. Merci aux
autres laboratoires, le LCC, le LISPB, le CEMES, l’IPBS, la plateforme biopuces, pour leur
accueil, merci en particulier à Gabor, Lionel, Adilia, Marie-Ange, Emmanuelle, Véronique,
Guillaume, Merci à eux.

















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Table des matières

Chapitre 1 Introductif .......................................................................................................................................... 9

I. Etat de l’art des techniques « non conventionnelles » d’assemblage de solutions colloïdales........................... 12
I. A. Auto-assemblage ....................................................................................................................................... 12
I. A. 1. Assemblage par évaporation ............................................................................................................. 12
I. A. 2. Assemblage par voie chimique. ........................................................................................................ 13
I. A. 3. Assemblage électrostatique .................... 14
I. A. 4. Assemblage par guidage magnétique ou électrique ......................................................................... 14
I. A. 5. Assemblage par forces capillaires ..................................................................................................... 15
I. B. Assemblage assisté par un support ............................................................................................................ 16
I. B. 1. Supports organiques/inorganiques .................................................................................................... 17
I. B. 2. Assemblage capillaire dirigé par motifs chimiques ........................................................................... 17
I. B. 3. Assemblage dirigé par contraste de charge ....................................................................................... 19
I. B. 4. Assemblage capillaire dirigé par motifs topographiques .................................................................. 19
I. C. La lithographie par champ proche ............................................................................................................. 22
I. D. Bilan .......................................................................................................................................................... 24
II. Positionnement des travaux .............................................................................................................................. 24
III. Références ....................................................................................................................................................... 26

Chapitre 2: Aspects technologiques de l'intégration de nano-objets sur une surface structurée……….37


I. Première méthodologie : le contraste chimique ............................................................................................ 38
I. A. La fonctionnalisation chimique de surface ............................................................................................... 38
I. B. Une technique de lithographie douce : le microcontact printing ............................................................... 41
I. B. 1. Le moule ........................................................................................................................................... 42
I. B. 2. Le timbre ........................................................................................................................................... 44
I. B. 3. L’encre .............................................................................................................................................. 44
I. C. Protocoles expérimentaux de fonctionnalisation de surface utilisés ......................................................... 45
I. D. Double fonctionnalisation du substrat ....................................................................................................... 47
II. Deuxième méthodologie : l’assemblage capillaire dirigé par structuration topographique de surface .... 52
II. A. Notions sur l’assemblage capillaire dirigé ............................................................................................... 52
II. A. 1. Introduction sur la capillarité : la tension superficielle et la force capillaire ................................... 53
II. A. 2. Mouillage total et partiel .................................................................................................................. 55
II. A. 3. Effet de la température ..................................................................................................................... 56
II. A. 4. Effet de la concentration des solutés ................................................................................................ 56
II. A. 5 Les flux dans les systèmes colloïdaux .............................................................................................. 57
II. B. Présentation de la plateforme expérim