• Langue : Anglais
• Discipline : Micro-nanosystèmes et capteurs
• Identifiant : 2026ULILN001
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 20/01/2026

Résumé en langue originale

En 2022, près de 62 millions de tonnes de déchets électroniques ont été produites à l'échelle mondiale, un chiffre en constante augmentation. Cette situation critique invite à repenser la manière dont les circuits électroniques sont conçus, la rigidité des dispositifs actuels les rendant rapidement obsolètes et difficilement recyclables.Dans la nature, les organismes sessiles tels que les plantes ou les champignons poussent en fonction de leur environnement. Le cerveau, performant et économe en énergie, forme des connexions en permanence. Cette flexibilité structurelle apparaît comme une ressource avantageuse pour faire des circuits plus intelligents. Dans cette optique, la croissance dendritique est un mécanisme original et peu coûteux conduisant à des structures ramifiées analogues à celles des plantes. Bien connue chez les métaux, elle peut être mise en oeuvre de manière contrôlée avec des polymères conducteurs comme le PEDOT.Ce travail étudie le mécanisme de croissance des dendrites de polymère conducteur (CPDs), en particulier l'influence de facteurs tels que la température, la viscosité du milieu et la nature du contre-ion sur leur morphologie. Des parallèles sont faits avec les dendrites métalliques, offrant une perspective nouvelle sur celle des CPDs. Jusqu'alors exclusivement observées en régime alternatif, il est montré que les CPDs croissent aussi sous tension constante. De plus, des tourbillons électroconvectifs sont observés pendant la croissance. Ces tourbillons prennent une importance particulière dans un montage à deux plaques parallèles, où les signaux de tension donnant habituellement des dendrites donnent des motifs plats. Ces motifs sont explorés afin d'en comprendre l'origine, rapidement reliée à l'électroconvection. Il apparaît plus difficile, dans cette configuration à deux plaques, de faire croître des dendrites en raison des forts flux convectifs agitant la solution. Une modification de la géométrie des plaques a cependant permis de débloquer leur croissance et d'étudier la transition entre motifs et dendrites.Pour finir, les CPDs sont étudiées en tant que composants capacitifs en régime petits signaux au moyen de la spectroscopie d'impédance électrochimique. Un bilan des différentes relaxations électrochimiques existant dans le système est établi. À l'état non connecté, les dendrites se comportent comme un circuit à éléments à phase constante, dont les coefficients de dispersion α semblent corrélés à la morphologie. Ce résultat est confirmé dans le domaine temporel. Enfin, la croissance de dendrite activée par un capteur polymère est étudiée, démontrant la possibilité d'utiliser ces structures pour encoder dans le matériau un historique d'expositions à des espèces volatiles.

Résumé traduit

In 2022, nearly 62 million tonnes of electronic waste were generated worldwide, a figure that continues to rise. This critical situation calls for a rethinking of how electronic circuits are designed, as the rigidity of current devices makes them rapidly obsolete and difficult to recycle.In nature, sessile organisms such as plants or fungi grow depending on their environment. The brain, highly efficient and energy-saving, continuously forms new connections. Such structural flexibility appears as an advantageous resource for designing more intelligent circuits. In this context, dendritic growth offers an original and low-cost mechanism for forming branched structures analogous to those of plants. Well known in metals, it can also be implemented in a controlled manner with conducting polymers such as PEDOT.This work investigates the growth mechanism of conducting polymer dendrites (CPDs), in particular the influence of factors such as temperature, solution viscosity, and the nature of the counter-ion on their morphology. Parallels are drawn with metallic dendrites, offering a new perspective on CPD growth. Previously observed only under alternating current, it is shown that CPDs can also grow under constant voltage. Electroconvective vortices are observed during growth, playing a significant role in a two-parallel-plate setup, where voltage signals that usually produce dendrites generate planar patterns instead. These patterns are analyzed to determine their origin, which is quickly linked to electroconvection. In this two-plate configuration, dendrite growth is more difficult due to strong convective flows in the solution. However, a modification of the plate geometry enabled dendrite formation and the study of the transition between planar patterns and dendrites.Finally, CPDs are investigated as capacitive components in the small-signal regime using electrochemical impedance spectroscopy. The various electrochemical relaxations present in the system are characterized. In the unconnected state, CPDs behave like constant phase element circuits, with dispersion coefficients α appearing correlated with their morphology. This result is confirmed in the time domain. Finally, dendrite growth activated by a polymer sensor is studied, demonstrating the possibility of using these structures to encode a history of exposure to volatile species in the material.