Etude de nanocomposites hybrides en vue d'application dans les microsystèmes : de la synthèse des nanoparticules à l'élaboration de films minces piézoélectriques, Study of hybrid nanocomposites for application in microsystems: from nanoparticles synthesis to piezoelectric thin films elaboration

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THESE
Présentée pour l’obtention du titre de
Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy 1
en Physique
Étude de nanocomposites hybrides en vue
d'application dans les microsystèmes:
de la synthèse des nanoparticules à l'élaboration de
films minces piézoélectriques.
par Julien ESCHBACH
Soutenue le 24 juin 2009
U.F.R. : S.T.M.P.
E.D. : EMMA
D.F.D. : Plasmas, Optique, optoElectronique et Micro-nanosystèmes
Membres du jury :
Président du jury M. Yves FORT Professeur, Universités, Henri Poincaré, Nancy 1
Rapporteurs : M. Rolf PELSTER Professeur, Universität des Saarlandes, Saarbrücken
M. François BAUER Piezotech, S.A.
Examinateurs : M. Jan-Kristian KRÜGER Professeur, Université du Luxembourg
M. Yannick MUGNIER Maître de Conférences, Université de Savoie
Directeur de thèse M. Didier ROUXEL Maître de Conférences, Université Henri Poincaré,
Nancy 1
Co-directeur de thèse M. Brice VINCENT Maître de Conférences, Université Henri Poincaré,
Nancy 1
Institut Jean Lamour Département Physique de la Matière et des Matériaux UMR 7198
Ex- Laboratoire de Physique des Milieux Ionisés et Applications
Faculté des Sciences, Université Henri PoincaréRemerciements
Cette thèse été le commencement d'une nouvelle thématique au sein de l'équipe MNS du
LPMIA, devenue aujourd'hui l'équipe 105 de l'IJL. J'ai eu la chance de participer au
commencement de cette nouvelle aventure. Ce projet est né d'une collaboration, en a engendré
plusieurs autres, mais les liens qui ont été créés sont autant scientifiques qu'amicaux. Les
acteurs qui y ont pris part sont nombreux, et je tiens tout particulièrement à les remercier.
Je commencerai par remercier MM. Bernard Weber et Jamal Bougdira, les deux directeurs
successifs du LPMIA qui m'ont accueilli au sein du laboratoire, ainsi que M. Patrick Alnot et
M. Omar Elmazria pour leur accueil au sein de l'équipe Micro et Nano Systèmes.
Un grand merci à Laurent Bouvot pour sa patience et sa disponibilité pour les travaux en
salle blanche, et à Laurent LeBrizoual pour son travail en salle blanche également, ainsi que
pour les simulations numériques. De manière générale, je salue ici toutes et tous mes
collègues d'équipe et du laboratoire pour leur bonne humeur et les discussions que nous avons
pu avoir, qu'elles soient d'ordre scientifiques ou plus triviales, mais toujours enrichissantes.
Je remercie aussi MM. Jean-Georges Mussot et Dominique Mulot pour tout ce qu'il ont
réalisé pour moi à l'atelier, et dans les temps les plus brefs possibles.
Merci aussi à Martine Gaulier pour sa gentillesse, sa disponibilité et sa diligence.
Je remercie également Gouthi Medjahdi, toujours disponible pour les analyses DRX, et pour
sa patience à essayer d'identifier des structures cristallographiques parfois improbables.
Un grand merci à Jaafar Ghanbaja pour les magnifiques images MET, son talent devant son
microscope, et pour sa convivialité. Ceux qui lui prêtent un mauvais caractère se trompent.
Merci aussi à Alain Kohler pour les images MEB, et son talent à faire de superbes clichés.
Au registre des collaborations, je commencerai par remercier Brigitte Vigolo du LCSM avec
qui j'ai eu beaucoup de plaisir à travailler. Merci à elle pour sa disponibilité et pour avoir
partagé son savoir faire et ses connaissances.
Je remercie le Professeur Patrice Bourson de nous avoir laisser un accès libre au spectromètre
Raman au LMOPS à Metz, et d'avoir partagé son expertise et son enthousiasme. Je le
remercie également de la grande confiance qu'il a bien voulu témoigné envers les travaux
réalisé par notre groupe sur les nanocomposites.Merci à Rachid Rajhouadj du LEMTA et à Vincent Jondot et François Mangin pour leurs
simulations sur nos composites.
Merci aussi à Richard Kouitat pour sa collaboration à l'étude des propriétés tribologiques des
nanocomposites, ainsi qu'à Jean-Pierre Arnould pour les tests d'usures.
J'adresse de profonds remerciements à Yannick Mugnier, Roland LeDantec et Christine Galez
du SYMME à Annecy pour s'être liés à ce projet, pour le temps passé à synthétiser des
poudres de iodate de fer pour mes expériences, pour les caractérisations des poudres de
niobate de lithium, et pour les nombreux échanges que nous avons eu, aboutissant au projet
NANO-POP.
Je remercie également le Professeur Yves Fort pour son accueil très chaleureux au sein de son
laboratoire. Que soit remercié ici toutes les autres personnes du SOR-SRSMC pour la chaleur
de leur accueil (et de leur café), pour leur infinie patience envers un physicien étranger aux
choses de la chimie, pour leur grande disponibilité, et leur très bonne humeur. Merci en
particulier à Yves Fort, Emmanuel Lamouroux, Frédéric Louerat, ainsi qu'à tous les post-docs
qui ont pris part à ce projet: Stéphane Menuel, Virginie Monnier, et enfin, Maëlenn Auffray
pour son travail à Saarbrucken et à Nancy, sa cervelle de canut, mais pas pour son canapé.
J'adresse un remerciement très spécial à François Bauer pour toute la confiance qu'il m'a
accordée en m'accueillant au sein de Piézotech, et en me donnant un accès libre à ses
équipements et son savoir-faire. Je le remercie également pour sa disponibilité, et le temps
précieux qu'il m'a consacré, malgré son emploi du temps chargé et ses contraintes de chef
d'entreprise. Je remercie également Mme Bauer et M. Ria pour leur disponibilité et leur
accueil.
Ce travail sur les nanocomposites est né d'une collaboration au sein du Laboratoire Européen
de Recherche Sarre-Lorraine-Luxembourg. Rien n'aurait été possible sans l'enthousiasme du
Professeur Jan-Kristian Krüger, son expertise de la spectrométrie Brillouin et des matériaux
nanocomposites. Je le remercie aussi pour les fructueuses discussions que nous avons eu, à
Saarbrucken et à Luxembourg. Je remercie aussi Ravi Bactavatchalou et Jörg Baller pour nos
échanges sur le Brillouin et les nanocomposites. J'adresse également un grand merci à Roland
Sanctuary qui m'a donné l'occasion d'enseigner à l'Université du Luxembourg durant ma
thèse.Je remercie tous ceux qui ont participé à un moment ou à un autre ce projet au cours de leur
stage de M2 au sein du LPMIA: Muhammad Ibrahim, Thierry Aubert et Matthieu
Thomassey.
Merci à tous ceux que j'ai pu oublier, étudiants, enseignants, techniciens et chercheurs qui
m'ont apporté aide, soutien et conseils précieux.
Je remercie l'association Phi-sciences et ses membres de faire exister un tel lieu de rencontre
sur le campus où des étudiants, doctorants et enseignants de différentes disciplines peuvent se
rencontrer et discuter dans un cadre informel et convivial. De tels lieux font beaucoup pour
attirer des étudiants vers la recherche et les laboratoires, et faire d'un campus un campus
vivant et non un ensemble de salles de cours.
Enfin, j'adresse mes remerciements les plus sincères à mes deux encadrants.
Je remercie du fond du cœur Brice Vincent pour tous ses encouragements, pour son soutien
moral, ses conseils et sa totale disponibilité. Nous avons passés de nombreux moments
ensemble, dans le cadre professionnel et en dehors, pendant lesquels nous avons tissés des
liens amicaux, que se soit devant le Brillouin, les cartes ou un verre. Merci Brice pour tout ce
que tu as fais pour moi au cours de ces années de thèse.
Merci enfin à Didier Rouxel, mon directeur de thèse. Je le remercie d'avoir cru