L’électronique organique, visant la conception de dispositifs innovants et performants, exploite les propriétés des semi-conducteurs organiques (SCOs) en s’appuyant sur des études de type structure-propriétés approfondies. Au cours de cette thèse, deux familles de SCOs ont été étudiées dans des contextes distincts mais complémentaires : les nano-anneaux et les hydrocarbures purs (PHCs). Dans une première partie consacrée aux nano-anneaux de type donneur-accepteur, des structures π-conjuguées contraintes et originales, une solide relation structure-propriétés est établie. L’étude de nano-anneaux présentant différentes tailles et agencements, synthétisés grâce à une approche modulaire, a mis en évidence l’impact de ces deux paramètres sur leurs propriétés, ouvrant la voie à leurs applications potentielles en EO. La seconde partie s’appuie sur ce type de relation structure-propriétés, déjà bien établie, pour développer de nouvelles matrices hôtes de type PHCs, constitués uniquement d’atomes de carbone et d’hydrogène, pour accroître la stabilité et la performance des diodes organiques électroluminescentes bleues. Ainsi, des matrices hôtes dérivées du spirobifluorène (SBF), un fragment se démarquant des autres PHCs par le contrôle précis des propriétés qu’il permet, ont été conçus et ont conduit à des dispositifs bleus à la fois stables et hautement performants. Les deux parties de ce manuscrit sont représentatives de la recherche en électronique organique : l’une, fondamentale, visant à établir une relation structure propriété, et l’autre, appliquée, consacrée à repousser les performances des dispositifs actuels.

Les batteries lithium-métal tout-solide flexibles (ASSLMBs) offrent un fort potentiel pour l’alimentation de dispositifs portables, mais leur développement reste limité du fait de trois obstacles majeurs : une mise en forme difficile des électrolytes sulfureux sous forme de séparateurs minces, le transport ionique et électronique insuffisant dans les cathodes, ainsi que la croissance indésirable des dendrites de lithium à l’anode. Afin de surmonter ces verrous, nous avons développé des stratégies spécifiques et étudié leur efficacité de manière systématique. Un sol de Li3PS4 a été synthétisé puis transformé en films par spin-coating et pulvérisation ; grâce à un frittage assisté par solvant, une densification sans pression à 250 °C a permis d’obtenir des couches homogènes ultraminces (1–2,5 μm) présentant une conductivité ionique d’environ 10⁻⁵ S cm⁻¹, confirmée par des tests de dépôt de lithium. Parallèlement, des cathodes composites flexibles à base de Li2S ont été réalisées par pulvérisation, où les nanoparticules de Li3PS4 jouent le rôle de liants iono-conducteurs et les nanotubes de carbone forment des réseaux de conduction mixte, assurant une meilleure percolation électronique et limitant les contraintes mécaniques au cours du cyclage. Ces cathodes ont permis d’atteindre une capacité spécifique stable de 840 mAh gLi2S −1 sur 300 cycles à 0,1 C. De plus, l’introduction d’une interphase hybride Li–Ag/PEO à l’interface anode/électrolyte a amélioré le contact, favorisé un dépôt homogène du lithium et a permis d’absorber les contraintes induites par l’électrodéposition. Grâce à ces avancées combinées, des cellules Li–Li2S flexibles ont montré un fonctionnement stable pendant 110 cycles sans pression externe, avec une capacité spécifique conservée de 720 mAh gLi2S −1 . Ce travail met en évidence l’apport synergique d’électrolytes ultraminces, de cathodes flexibles et d’anodes sans dendrites, ouvrant de nouvelles perspectives pour la conception de batteries lithium tout-solide à base de sulfures sous forme de films minces.

La chimie des carbocations stabilisés a été largement étudiée. En revanche, la réactivité des carbocations aliphatiques tertiaires non stabilisés avec des réactifs organométalliques demeure sous explorée. Afin de combler cette lacune, des réactions de type Friedel-Crafts entre chlorures d’alkyle tertiaires et alcynes silylés ont été réexaminées. L’optimisation des paramètres de réaction a conduit à un élargissement notable du champ d’application précédemment rapporté, avec une tolérance accrue vis-à-vis de nombreux groupes fonctionnels et, pour la première fois, l’exploration de réactions de couplage cationiques sp-sp3 diastéréosélectives. Deux approches complémentaires ont par ailleurs été établies pour la synthèse de chlorures d’alcényles de configuration E : le couplage catalysé par InCl3 de chlorures tertiaires avec des alcynes silylés, ainsi que les réactions promues par FeCl3 entre alcools tertiaires et alcynes terminaux. Les chlorures d’alcényles obtenus constituent des intermédiaires polyvalents, capables de subir diverses transformations ultérieures, telles que des réactions d’élimination, de couplage de Suzuki ou d’halogénation. En parallèle, des avancées significatives dans la synthèse des alcynones ont permis de surmonter les limitations associées à la méthode classique de Birkofer, grâce à l’utilisation de FeCl3 catalytique en présence d’anhydride acétique servant à la fois d’agent d’acylation et de solvant. Cette approche a permis de réaliser des transformations efficaces, douces et plus respectueuses de l’environnement.

Ces travaux ont été consacrés à l’approfondissement de l’étude des sulfures d’uranium binaires et ternaires, afin de mieux comprendre leurs propriétés physiques. Les spectroscopies des rayons X à haute résolution (HERFD-XANES, RXES, RIXS) ont permis de déterminer la valence de l’uranium, avec une prédominance de l’état U⁴⁺ mais aussi la confirmation de valences mixtes U³⁺/U⁴⁺, et de confirmer le caractère plus covalent de la liaison U-S que celui de la liaison U-O. L’étude a ensuite été étendue aux sulfures ternaires U₈TMS₁₇, AN₂FeS₅, UTMS₃ et UₙCu₂S₃ₙ₊₁ (n = 3, 6) (TM = Sc - Ni et Ba ; AN = Th et U), révélant dans certains cas la stabilisation d’une valence mixte U³⁺/U⁴⁺ en présence de TM³⁺. La caractérisation de la chaleur spécifique et de la résistivité électrique de ces matériaux a pour la première fois été rendue possible grâce à la densification par frittage SPS, ce qui a permis de compléter les mesures magnétiques. Ces résultats mettent en évidence une diversité de comportements magnétiques, allant du paramagnétisme de Curie-Weiss à des ordres coopératifs ou ferrimagnétiques complexes.

Les techniques de séparation à membranes sont très répandues dans divers secteurs d’application, principalement grâce à la variété considérable de matériaux membranaires, structures de membranes et configurations de modules disponibles. Pour assurer une séparation optimale, les propriétés d’une membrane doivent être choisies avec soin. Il existe de nombreuses techniques de caractérisation qui permettent de les étudier de manière poussée. En particulier, le calcul du potentiel zêta aide à comprendre ou prédire les performances de séparation. Dans le cas des membranes, ce paramètre est classiquement déterminé à partir de la mesure tangentielle du courant ou du potentiel d’écoulement. Cependant, des phénomènes parasites peuvent perturber cette mesure : c’est notamment le cas du phénomène dit de fuite électrocinétique. Cette thèse cherche à transformer la vision de la fuite électrocinétique, considérée jusqu’à présent comme un phénomène parasite indésirable, afin de démontrer que des informations utiles peuvent en être extraites. Des mesures tangentielles (courant et potentiel d’écoulement, résistance électrique) ont été mises en œuvre pour mettre à profit la fuite électrocinétique dans le cas de la fonctionnalisation de surface de membranes polymères par des polyélectrolytes, de la dégradation d’un matériau membranaire et du mouillage de membranes hydrophobes. La plus-value de l'analyse de la fuite électrocinétique a ainsi été démontrée avec succès au travers de l'accès au potentiel zêta à l'intérieur des pores et de la mise en évidence de phénomènes physiques se produisant à l’intérieur de la matrice poreuse d’une membrane.

La demande constante de miniaturisation et d'amélioration de la gestion thermique en nanoélectronique a attiré l'attention sur les jonctions moléculaires, où le transport est dicté par la mécanique quantique. Depuis le concept pionnier d'Aviram et Ratner d'une diode moléculaire, l'intérêt pour les jonctions moléculaires s'est accru, stimulé par la capacité d'ajuster finement les structures moléculaires et les propriétés électroniques pour diverses applications telles que les conducteurs à l'échelle moléculaire et les convertisseurs de chaleur en électricité. La présence d'atomes de métaux de transition dans les systèmes moléculaires organométalliques peut rapprocher les orbitales frontières du niveau de Fermi et induire une interférence quantique (IQ), ce qui permet d'obtenir des fils moléculaires hautement conducteurs aux propriétés thermoélectriques accrues. Dans ce travail, par la conception moléculaire de différents systèmes organométalliques, nous explorons l'interférence quantique pour le transport électronique dans le régime de réponse linéaire afin d'augmenter de manière significative le coefficient Seebeck. Les simulations QuantumATK sont réalisées en utilisant le cadre DFT-NEGF. Une comparaison avec les résultats expérimentaux obtenus par les collaborateurs du projet HotElo est également fournie.

Les gammes spectrales du proche et du moyen infrarouge représentent deux domaines clés du spectre électromagnétique, en plein essor technologique. Le proche infrarouge (NIR/SWIR) est particulièrement intéressant pour l’imagerie active, car il permet une observation fiable même en conditions de faible luminosité ou d’obscurité totale, un atout majeur pour les secteurs de la sécurité et de la défense. Toutefois, l’imagerie active nécessite des sources lumineuses à la fois puissantes et à forte luminance, ce que les sources actuelles ne parviennent pas toujours à satisfaire pleinement. Les concentrateurs de lumière offrent une solution particulière permettant la redirection de l’émission spontanée dans une direction préférentielle, répondant ainsi aux contraintes de puissance et de luminance requises par l’imagerie active. Dans cette optique, les verres de chalcogénures dopés aux ions de terres rares se positionnent idéalement. Un deuxième axe majeur de cette thèse concerne le développement de sources moyen infrarouge intégrées sur silicium, également à base de verres de chalcogénures dopés aux ions de terres rares. L’une des applications clés de cette technonlogie concerne les capteurs moyen infrarouge qui permettent un accès direct aux bandes d’absorption fondamentales, ce qui rend possible la détection de faibles concentrations de diverses substances avec une grande spécificité et une interférence minimale. Les plateformes photoniques sur silicium comptent parmi les technologies les plus largement utilisées en photonique intégrée. Les approches actuellement développées pour cette intégration atteignent leurs limites dans le moyen infrarouge. Ainsi, l’intégration des verres de chalcogénures dopés terres rares sur silicium permettrait de relever les défis actuels liés aux sources moyen infrarouge intégrées, en raison de leur large transparence dans le moyen infrarouge et de leur faible énergie de phonon.

Cette thèse investigue le potentiel de l'auto-assemblage de nanoparticules d'or (AuNPs) par l'effet Ouzo afin de concevoir des nanorésonateurs plasmoniques aux interactions optiques optimisées. Les structures obtenues, des nanocoques sphériques d'AuNPs, présentent une interaction amplifiée avec les composantes électrique et magnétique de la lumière, ouvrant ainsi des perspectives pour la conception de métamatériaux et métasurfaces fonctionnelles. L'objectif central de cette étude est d'élaborer des architectures de résonateurs optiques exprimant du magnétisme optique, via une méthode d'assemblage colloïdale simple. Après une analyse approfondie des émulsions Ouzo formulées avec différentes conditions (mélange par vortex ou par mélangeurs rapides) et trajectoires de mélange, différentes stratégies d'échange de ligands et de formulation des nanocoques ont été examinées. La thèse se concentre sur l’étude des paramètres moléculaires du système ouzo et des nanoparticules d’or ainsi que sur le procédé pour la fabrication de nanocapsules hybrides d'or-polymère. Finalement, les propriétés optiques des nanocoques sont étudiées par diffusion statique de lumière polarisée. Les résultats mettent en évidence l'importance des paramètres expérimentaux dans la formulation et la stabilisation des nanocoques et suggèrent des voies d'amélioration pour leur structuration et leur assemblage en métasurfaces. Des perspectives sont également envisagées, notamment l'extension de l'effet Ouzo à des concentrations plus élevées pour des applications en formulation pharmaceutique, ainsi que le développement de stratégies de stabilisation mécanique des nanocoques pour leur intégration dans des dispositifs photoniques avancés.

Dans le contexte actuel du développement de dispositifs de mémoire optique à haute densité, les matériaux combinant bonnes propriétés mésogènes, activité en optique non-linéaire et réactivité photo-induite présentent un potentiel considérable. Ce travail de thèse s’inscrit dans cette thématique en explorant de explorant de nouveaux systèmes à base de cristaux liquides photoactifs visant le contrôle spatio-temporel des propriétés optique non-linéaire, telle que la génération de seconde harmonique. Ces matériaux permettent notamment d’envisager des dispositifs de stockage d’information en trois dimensions, basés sur une écriture réversible par absorption à deux photons (2PA) et une lecture non destructive par microscopie SHG. L’approche développée repose sur la conception de chromophores multipolaires intégrant des cœurs bipyrimidine ou pyrimidine fonctionnalisés par des unités pro-mésogènes et des entités photodimérisables. L’étude des propriétés thermiques, d’optique linéaire et non-linéaire, ainsi que des processus de photodimérisation des différents composés ciblés a permis d’identifier les relations structure/propriété clés pour atteindre les objectifs du projet. Enfin, cette étude a permis de mieux comprendre les mécanismes impliqués dans la modulation de la réponse SHG au sein de matrices cristal liquide pour concevoir des matériaux de nouvelle génération adaptés au stockage optique 3D.

Les lichens produisent des métabolites originaux qui sont d’un grand intérêt pharmacologique et taxonomique. Toutefois, leur composition chimique reste encore à explorer, en particulier en ce qui concerne les familles de composés autres que les phénols. La chromatographie sur couche mince constitue la méthode d’analyse la plus couramment utilisée, et des systèmes chromatographiques développés dans les années 1970 sont toujours employés aujourd’hui en lichénochimie. Ce travail de thèse s’inscrit dans une démarche de continuité et de modernisation de ces approches analytiques, en mobilisant la chromatographie sur couche mince à haute performance (HPTLC). À partir de séries de standards lichéniques (phénols et terpénoïdes), des protocoles ont été développés pour optimiser leur migration et leur caractérisation. Une base de données fondée sur le comportement HPTLC en mode gradient a été établie pour 142 standards lichéniques phénoliques, ainsi qu’une base de données en mode isocratique pour 49 standards terpéniques. La reproductibilité apportée par la semi-automatisation, le suivi de protocoles définis et la combinaison de diverses caractéristiques et mesures (valeurs de Rf, couleurs avant et après révélation, profils UV pour les phénols) assurent une meilleure identification des composés. Des protocoles d’extraction adaptés (broyeur-extracteur, ultrasons) ont aussi été mis au point pour le profilage d’extraits lichéniques. Pour les composés terpéniques, une semi-quantification a été réalisée à partir de révélations à l’acide phosphomolybdique. Ces méthodes ont été appliquées au profilage d’extraits lichéniques dans une visée chimiotaxonomique, et des essais de bioautographie sur plaque HPTLC ont montré la faisabilité d’un protocole simple permettant de mettre en évidence les activités antimicrobiennes associées à des composés lichéniques séparés sur ces plaques.