Étude des matériaux à base d'oxyde de tungstène photochromique (WO3-x) : Synthèse, caractérisations et élaboration de systèmes organiques-inorganiques hybrides (0D, 1D, 2D) pour des applications optiques

Abstract

L'incorporation d'oxyde de tungstène X-chromiques WO3-x dans une matrice polymère est le sujet principal de cette thèse. Cela représente une contribution significative à la recherche en cours sur les matériaux "X-chrome" à l'ICMCB. Dans la première partie de cette thèse, nous étudions la mise en œuvre de différentes techniques pour développer le photochromisme de l'oxyde de tungstène WO3-x nanostructuré. La première méthode consiste à ajuster la sous-stœchiométrie en oxygène des nanoparticules préparées à partir d'un processus de peptisation des nanoparticules dans des solutions aqueuses de différentes concentrations de Cr2O72-. Le rapport stœchiométrique W/O a été analysé par plusieurs techniques. Les échantillons les plus réoxydés présentent la meilleure sélectivité (une grande transparence visible mais une grande absorptivité proche infrarouge) pour l'utilisation de ces composés en tant que filtres solaires, c'est-à-dire avec le meilleur contraste entre la transmission visible et proche infrarouge. Les films minces préparés par trempage se révèlent efficaces pour la photo-détection UV même à une densité de puissance très faible (9,2 W/m2) d'illumination UV. La deuxième méthode est le dopage structurel par le cuivre (Cu). La cinétique de décoloration est considérablement améliorée en raison de l'augmentation des lacunes d'oxygène dans le WO3-x après le dopage au cuivre, ce qui pourrait à son tour étendre la capacité de captage de lumière de ce composé à la région visible et proche infrarouge.Dans la deuxième partie, nous présentons la fabrication de films composites WO3-x/PVA en tant que revêtements photochromiques intelligents sur un substrat en verre selon deux méthodes : le moulage par solvant (SC) et le trempage (DC). Après avoir analysé attentivement la relation entre les caractéristiques des films SC et DC et les performances optiques, nous avons conclu que la méthode SC offre des films de meilleurs candidats pour une application post-optique en termes de réduction de la diffusion, d'amélioration du contraste visible/infrarouge et d'efficacité photochromique accrue. Les fenêtres photochromiques intelligentes SC proposées ici sont tout aussi efficaces tout en étant plus abordables que les panneaux électrochromiques ou les films minces thermochromiques à base de VO2 pour réduire la température intérieure de la maison (près de 20°C) lors d'une irradiation solaire, démontrant ainsi leur grand potentiel en tant que matériaux intelligents et économiques en énergie.Dans la dernière partie, nous étudions pour la première fois l'intégration du WO3-x nanostructuré à l'intérieur de fibres polymères. Nous discutons l'incorporation directe de nanoparticules de WO3-x dans une matrice de fibres optiques plastiques (POF) en polyméthacrylate de méthyle par polymérisation radicalaire en masse. La préforme dopée fabriquée présente un comportement photochromique irréversible. De manière surprenante, la fibre unique se révèle efficacement photochromique grâce à une dégradation du signal de transmission lors de l'irradiation UV. Il a été prouvé que le WO3-x joue un double rôle en tant que centres d'absorption intrinsèques et extrinsèques, entraînant ainsi des pertes de transmission plus élevées. Néanmoins, l'étude de coloration de la fibre unique dopée a révélé une réponse rapide à la dose d'UV en fonction du temps d'irradiation. Les systèmes proposés (fibres plastiques dopées) ont démontré leur grand potentiel en tant que matériaux inorganiques/organiques novateurs dans le domaine des capteurs photochromiques fibrés. De plus, nous proposons la conception d'une fibre optique plastique cœur/gaine. La gaine est composée du WO3-x nanostructuré avec une coeur commerciale en polyéther sulfone (PES). Pour finir, nous avons étudié l'impact environnemental de nos produits d’une échelle du laboratoire à une échelle industrielle en utilisant la méthode d'évaluation du cycle de vie.