Thèse soutenue

Optimisation des matériaux cellulosiques pour des applications en radiofréquences et térahertz
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Auteur / Autrice : Cyril Guers
Direction : Tân-Phu Vuong
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Optique et radiofréquence
Date : Soutenance le 11/06/2019
Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale électronique, électrotechnique, automatique, traitement du signal (Grenoble ; 199.-....)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de microélectronique, électromagnétisme et photonique - Laboratoire d'hyperfréquences et de caractérisation (Grenoble)
Jury : Président / Présidente : Ke Wu
Examinateurs / Examinatrices : Frédéric Garet, Romain Peretti
Rapporteurs / Rapporteuses : Patrick Mounaix, Philippe Le Thuc

Résumé

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Ce travail de thèse se concentre sur l’optimisation des matériaux cellulosiques (papiers, carton et matériaux à base de cellulose). Nous cherchons à améliorer ces matériaux dans le cadre d’applications hautes fréquences : radiofréquences et térahertz. Actuellement les propriétés diélectriques des matériaux cellulosiques, et notamment leurs pertes diélectriques, sont très élevées. Cela se traduit par une limitation importante de l’efficacité et des rendements des applications dans notre domaine d’étude. Dans ce travail nous commençons par étudier individuellement les propriétés et les paramètres diélectriques des différents constituants des matériaux cellulosiques. En utilisant des techniques de mesures radiofréquences comme la cavité résonante et térahertz comme la spectroscopie THz dans le domaine temporel, nous nous intéressons à l’impact de ces différents constituants sur les pertes des papiers. Grâce à ces connaissances nous présentons alors des méthodes et techniques permettant d’optimiser les papiers en réduisant leurs pertes. Enfin nous discutons des effets de la transposition de ces techniques sur une ligne de production industrielle et proposons des solutions transverses à l’exploitation des propriétés des papiers dans leurs états actuels. Durant ce travail, nous montrons notamment l’effet important de la densité des papiers sur les pertes et nous présentons entre autres des études sur la cristallinité, la longueur et l’orientation des fibres. Deux études plus poussées étudient l’impact des charges et de l’humidité sur les propriétés diélectriques des papiers. Nous montrons surtout que les charges sont très intéressantes pour réduire les pertes des matériaux cellulosiques et nous soulignons l’importance de l’humidité sur les pertes mesurées. Dans ces études nous présentons deux modèles de milieux effectifs pour étudier les papiers chargés et les papiers humides. Ces modèles prédictifs permettent de prédire l’évolution des propriétés des papiers en fonction du taux de charge et d’humidité. Grâce à ces résultats nous déterminons, en térahertz, les paramètres de l’eau liée à la cellulose, paramètres jusqu’alors inconnus.