Thèse soutenue

Caractérisation thermophysique multiéchelles par radiométrie photothermique basses et hautes fréquences

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Auteur / Autrice : Georges Hamaoui
Direction : Mihai ChirtocNicolas Horny
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : SI - Sciences de l’Ingénieur
Date : Soutenance le 18/10/2018
Etablissement(s) : Reims
Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Sciences du Numérique et de l’Ingénieur (Reims, Marne)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Groupe de Recherche en Sciences Pour l’Ingénieur (GRESPI) EA 4694 (Reims, Marne)
Jury : Président / Présidente : Olivier Bourgeois
Examinateurs / Examinatrices : Mihai Chirtoc, Nicolas Horny, Marilena Tomut, Jean-François Robillard, Alexandre Semerok
Rapporteurs / Rapporteuses : Olivier Bourgeois, Sebastian Volz

Résumé

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Les problèmes liés au réchauffement climatique, conséquences de la production d'énergie et de la pollution, rendent ce thème de recherche un des plus importants du moment. La course pour trouver de nouveaux matériaux pour mettre au point des applications innovantes est à son apogée, et de grands progrès voient le jour dans chaque domaine de recherche. Par exemple, les chercheurs en physique se concentrent sur la fabrication de matériaux ou de couples de matériaux avec des propriétés électriques/thermiques supérieures pour améliorer les systèmes électroniques aux échelles nano- et micro- métriques. Certains de ces éléments sont formés de couches simples, de multicouches ou de membranes. Ainsi, des techniques expérimentales appropriées sont essentielles pour mesurer les propriétés thermophysiques de ces nouveaux composants. Dans cette thèse, la caractérisation thermique de diverses sortes de matériaux est réalisée en utilisant une technique de radiométrie photothermique (PTR). PTR est une méthode sans contact dans laquelle la réponse thermique de matériaux induite par rayonnement est mesurée. Deux types de configurations ont été utilisées, la première avec une modulation dans le domaine fréquentiel jusqu'à 10 MHz et l’autre avec une modulation hybride fréquence/spatial jusqu'à 2 MHz avec ~ 30 µm de résolution. Avec ces méthodes, il est possible d'extraire indépendamment des paramètres thermophysiques comme la diffusivité thermique, l’effusivité thermique ou la résistance de Kapitza. Ces deux configurations sont utilisées pour caractériser thermiquement des combinaisons particulières de matériaux comme des nanocomposites, des couches minces organiques, des matériaux irradiés, des matériaux à changement de phase ou les résistances thermiques à l’interfaces métal/semiconducteur. Les résultats obtenus donnent de nouvelles pistes de recherche sur le transport thermique et la gestion de la chaleur à l’échelle nanométrique.