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Synth` ese par voie sol-gel et caract´ erisation de mat´ eriaux luminescents na

Synth` ese par voie sol-gel et caract´ erisation de mat´ eriaux luminescents nanostructur´ es applicables dans une nouvelle g´ en´ eration de lampes propres Audrey Caumont-Potdevin To cite this version: Audrey Caumont-Potdevin. Synth` ese par voie sol-gel et caract´ erisation de mat´ eriaux lumi- nescents nanostructur´ es applicables dans une nouvelle g´ en´ eration de lampes propres. Ma- terial chemistry. Universit´ e Blaise Pascal - Clermont-Ferrand II, 2007. French. <NNT : 2007CLF21751>. <tel-00718049> HAL Id: tel-00718049 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00718049 Submitted on 16 Jul 2012 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. N° d’Ordre : D.U. 1751 UNIVERSITE BLAISE PASCAL - CLERMONT FERRAND II ÉCOLE DOCTORALE DES SCIENCES FONDAMENTALES N°532 THESE Présentée pour obtenir le grade de DOCTEUR D’UNIVERSITE Spécialité : Chimie, Sciences des Matériaux par Audrey POTDEVIN-CAUMOND Ingénieur chimiste diplômée de l’E.N.S.C.C.F. Synthèse par voie sol-gel et caractérisation de matériaux luminescents nanostructurés applicables dans une nouvelle génération de lampes propres Soutenue le 5 juin 2007 devant la commission d’examen composée de: Monsieur Michel WONG CHI MAN Directeur de recherche CNRS Rapporteur Monsieur Jean-Luc ADAM Directeur de recherche CNRS Rapporteur Madame Valérie BRIOIS Chargée de recherche CNRS Examinatrice Monsieur Jean-Pierre BOILOT Professeur Président Monsieur Rachid MAHIOU Directeur de recherche CNRS Examinateur Monsieur Damien BOYER Maître de conférences Examinateur Madame Geneviève CHADEYRON Maître de conférences HDR Directrice de thèse Introduction générale............................................................................................................................................. 5 Chapitre 1 : Etude bibliographique................................................................................................................... 9 A Introduction.............................................................................................................................................13 B Présentation de la problématique..........................................................................................................13 C Propriétés de la matrice Y3Al5O12 (YAG)............................................................................................50 D Conclusion................................................................................................................................................98 Chapitre 2 : Synthèse et caractérisation........................................................................................................ 103 A Synthèse par voie sol-gel de A3B5O12 :RE3+ (A= Y, Gd ou Lu ; B= Al ou Ga ; RE= Tb ou Ce) sous forme de poudres et de couches minces..............................................................................110 B Caractérisation des matériaux élaborés par le procédé sol-gel........................................................121 C Conclusion..............................................................................................................................................203 Chapitre 3 : Propriétés optiques.................................................................................................................... 207 A Matrice YAG dopée au terbium..........................................................................................................213 B Matrice YAG dopée au cérium ...........................................................................................................265 C Matrice codopée au terbium et au cérium .........................................................................................282 D Conclusion..............................................................................................................................................288 Chapitre 4 : Phénomène de vieillissement des échantillons élaborés par voie sol-gel .......................... 293 Conclusion générale ........................................................................................................................................... 299 Les remerciements…point final à cette aventure humaine et scientifique qu’est la thèse. Point « final » ? C’est peut-être ce côté « terminus, tout le monde descend » qui m’a poussée à mettre tant de temps à les rédiger, ces fameux remerciements ; je n’avais aucune envie que cette aventure s’arrête en si bon chemin ! Me voici donc au terme de ces trois années (et demie, bébé oblige) à rédiger la partie finalement la plus difficile du manuscrit : vais-je me montrer suffisamment reconnaissante envers ceux qui m’ont accompagnée lors de ce merveilleux voyage, ne vais-je pas faire l’idiotie d’oublier certains de mes compagnons de route ? Procédons par ordre (la rigueur, c’est important pour une scientifique !) : j’ai choisi de commencer par la fin. Je tiens donc à remercier très vivement les membres extérieurs de mon jury qui ont dû supporter mes 5 minutes de dépassement en sus de l’interruption téléphonique d’une personne de l’assistance (je me serais bien cachée dans un trou de souris en voyant que cette personne n’était autre que mon père…) : • Monsieur Michel Wong Chi Man qui s’est largement éloigné de ses domaines de prédilection afin d’être rapporteur de ce travail, • Monsieur Jean-Luc Adam dont les compétences en processus de luminescence m’ont fait craindre les questions les plus difficiles, • Madame Valérie Briois qui n’a cessé, depuis notre rencontre, de porter un grand intérêt à mon travail, • Monsieur Jean-Pierre Boilot qui a accepté de présider le jury et qui m’accueille dorénavant au sein de son équipe dans le cadre de mon post-doctorat. Je me tourne maintenant vers les nombreuses personnes qui ont contribué de près ou de loin à ce travail de thèse : • Je remercierais tout d’abord M. André Hamwi, directeur du Laboratoire des Matériaux Inorganiques (UMR 6002) à l’époque de mon arrivée, pour m‘avoir accueillie. • Bien évidemment, je témoigne une profonde reconnaissance à Rachid (Mahiou ndlr.), responsable de l’équipe Matériaux pour l’Optique dans laquelle j’ai sévi lors de ces années et qui occupe également le poste de directeur de labo. Du fond du cœur, merci Rachid de m’avoir fait confiance en m’acceptant dans le cercle des sol-gellistes. Je me souviendrai longtemps de nos discussions scientifiques (merci pour tes conseils lumineux) mais aussi de notre séjour à Toulouse (vive les pauses posters !), de la « palette » et de nos rendez-vous (scientifiques !) en salle de luminescence. En plus, tu fais beaucoup rire Raphaël (mon fils ndlr.). • Je souhaite également remercier M. Damien Boyer qui a suivi de très près mon travail de thèse. Damien, tu as toujours été disponible quand j’avais besoin de ton aide ; j’ai beaucoup aimé co-diriger les TP de l’Ecole de Chimie avec toi, cela a donné lieu, outre le côté purement pédagogique très enrichissant, à de franches rigolades. J’en profite pour remercier ici Malou de ces coups de gueule affectueux. Comme tu l’as souligné si brillamment lors de ma soutenance Damien, nos nuits passées ensemble à Elettra en Italie resteront un grand souvenir : de vrais synchrotronistes en herbe, surtout lorsque l’alarme sonne à trois heures du matin ! • Valérie (Briois, ndlr.), une deuxième salve de remerciements ne sera pas de trop, tant tu m’as aidée à avancer dans le labyrinthe tortueux de l’absorption X. A tes côtés j’ai beaucoup appris, ton Introduction générale 2 enthousiasme est si communicatif qu’on en redemande, jusqu’au bout de la nuit. Grâce à toi, je suis presque autonome, à moi de m’exercer maintenant ! Merci aussi pour ta patience, pour ta présence à Elettra (riche idée que les jus d’oranges frais à 2 heures du matin ou le petit tour à la « gelateria » à l’heure du goûter !) et pour nous avoir fait connaître Celso Santilli, grâce auquel ce travail de thèse a été enrichi d’études SAXS. Merci à vous deux pour votre disponibilité et vos bonnes idées. J’espère que ces collaborations entamées lors de ma thèse auront longue vie ! • Je tiens également à remercier les personnes du LMI dont les compétences ont été mises en œuvre pour agrémenter ce travail d’études complètes, personnes qui n’ont pas compté leur temps pour m’aider : Fabrice Leroux pour la partie XAFS et RMN des poudres, Marc Dubois pour l’étude RPE, Joël Cellier pour la diffraction des rayons X en température. Un grand merci aussi et un bon courage à Nathalie Gaillard-Caperaa qui a repris le flambeau d’une partie de mes manipes. • D’autres personnes, extérieures au LMI ont également apporté leur pierre à l’édifice et je les en remercie grandement : dans le désordre, je citerai Bruno Combourieu pour une étude RMN prospective sur les solutions d’alcoxydes, Anne-Marie Gélinaud pour les clichés MEB (merci aussi pour ces séances vite passées grâce à nos bavardages), Freddy Benard pour les images AFM, Olivier Marty pour l’étude MET, Grégory Stryganyuk et Bruno Caillier pour les études VUV. Enfin, je garde une pensée émue pour Jacques Mugnier, qui m’a fait profité de son expérience concernant les guides d’ondes et a accepté de réaliser l’étude M-lines sur mes échantillons. • Je souhaitais terminer cette liste de remerciements par la personne sans laquelle je n’aurais pas pu goûter à cette merveilleuse aventure, ma directrice de thèse, Geneviève Chadeyron. Geneviève, les mots me manquent pour te dire à quel point j’ai apprécié ces trois années grâce à toi. Ta bonne humeur, ton dynamisme, tes conseils avisés, nos discussions, scientifiques ou pas, ont été autant de petites choses glanées le long du voyage qui ont largement participé à mon épanouissement en tant que jeune chercheuse. Merci aussi pour ton soutien de tous les instants, pour tes encouragements, au moment où j’aurais pu douter de tout, pour ton calme lors de la phase de rédaction, merci pour tout cela, et j’en oublie sans doute. La thèse n’aurait pas été ce si joli voyage sans les moments de détente auprès de mes collègues, thésards ou permanents. J’espère que chacun trouvera sa place dans ces quelques lignes comme il a trouvé sa place dans ma mémoire : • je n’oublie pas ceux qui sont partis avant moi et avec qui j’ai partagé de bons moments (soirées, matchs de squash, shopping…) : Céline partie surfer sur d’autres vagues, Erwan qui s’est mis à l’allemand, Fadel et son calme légendaire, Samir et son merveilleux couscous, Stéphanie et son goût pour la mode, Elise et son courage, le grand Rachid et sa bienveillance, Stana, ses cours de tchèque et sa gentillesse, Christelle, Farida… uploads/Science et Technologie/ 2007clf21751.pdf