Jury :

Rapporteurs :
Prof. Shinsuke INAGI, Professeur (Institute of Science Tokyo)
Dr. Giorgio MATTANA, Maître de conférence (Université Paris Cité, ITODYS)

Examiners :
Dr. Enrique H. BALAGUERA, Professeur associé (Universidad Rey Juan Carlos)
Prof. Eric CATTAN, Professeur (Université de Valenciennes, IEMN)
Dr. Laurette TUCKERMAN, Directrice de recherche CNRS (ESPCI Paris)

Thesis supervisor :
Dr. Sébastien PECQUEUR, Chargé de recherche CNRS (Université de Lille, IEMN)

Summary:

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 non faradique 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.