Matériaux photoniques auto-assemblés / Joshua Ricouvier ; sous la direction de Patrick Tabeling

Date :

Type : Livre / Book

Type : Thèse / Thesis

Langue / Language : français / French

Tabeling, Patrick (19..-....) (Directeur de thèse / thesis advisor)

Buguin, Axel (19..-....) (Président du jury de soutenance / praeses)

Dollet, Benjamin (1979-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Berthier, Ludovic (1973-....) (Rapporteur de la thèse / thesis reporter)

Scheffold, Frank (19..-....) (Membre du jury / opponent)

Université de Recherche Paris Sciences et Lettres (Organisme de soutenance / degree-grantor)

École doctorale Sciences mécaniques, acoustique, électronique et robotique de Paris (Ecole doctorale associée à la thèse / doctoral school)

Gulliver (Paris) (Laboratoire associé à la thèse / thesis associated laboratory)

Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (Autre partenaire associé à la thèse / thesis associated third party)

Résumé / Abstract : Les matériaux avec une bande interdite complète ont de nombreuses applications pour l'industrie (guide d'onde sans perte, reflecteurs parfaits, pigments ultra robustes). Ils restent néanmoins difficiles à fabriquer. Ces dernières années, il a été découvert que certains matériaux auto-assemblés sont eux aussi susceptibles de posséder une bande interdite photonique complète.Deux approches afin de déterminer leur structure ont été élaborées pendant cette thèse. La première est d'arranger dans l'espace de manière contrôlée des blocs élémentaires réalisés grâce à la microfluidique et la deuxième est l'étude des assemblages désordonnées de gouttes, le désordre étant controlé par la bidispersivité des gouttes. Elles sont susceptibles de posséder certaines propriétés des cristaux, comme des fluctuations de densité qui disparaissent aux grandes longueurs d'onde : l'hyperuniformité. J'ai créé ces assemblages directement dans une puce microfluidique et ai simulé les propagations d'ondes électromagnétiques au sein du matériau. Il apparaît alors que certains paramètres (déformabilité, bidispersivité) jouent un rôle crucial pour auto-assembler des matériaux transparents. Dans la limite des mousse sèches, ce matériau après optimisation ouvre une bande interdite photonique complète.J'ai aussi étudié deux dispositifs de génération de gouttes. Cela m'a permis d'explorer les transitions entre les différents régimes hydrodynamique de formation des gouttes.

Résumé / Abstract : Materials with a complete photonic bandgap have various promising applications for industry (loss-less wave guides, perfect reflectors, ultra robust dyes…) but are unfortunately difficult to fabricate. During the last few years, it has been discovered that self-assembled materials might also exhibit large complete photonic bandgap.Two approaches have been elaborated in order to determine their structure. The first one is to arrange building blocks in a well controlled manner. These clusters of droplets are fabricated in a microfluidic device. A second important part of my research investigates disordered droplet assemblies. Using these bidisperse assemblies, I create hyperuniform structures with vanishing long range density fluctuations. These systems possess properties of crystals, such as long-range order, in addition to characteristics of disordered systems such as a statistically isotropic structure. I create jammed assemblies directly in a microfluidic chip and simulate electromagnetic wave propagation inside the obtained material. It appears that varying certain conditions (deformability, bidispersity), self-assembled systems can be optimized to become highly transparent. Moreover, in the dry foam limit, this material exhibits a complete photonic bandgap after few optimizations.I have also carried out research on various droplet generation devices. This allows me to explore transitions between various hydrodynamical regimes of droplet formation.