Thiwanka AREPOLAGE : "Contrôle des flux thermiques à l'aide de métamatériaux et d'autres techniques"

Résumé : Cette thèse explore des méthodes avancées pour contrôler le flux thermique dans les métamatériaux thermiques et améliorer la performance des capteurs, tout en développant des solutions innovantes dans les circuits photoniques intégrés (PICs) et les applications associées. La recherche est divisée en deux principaux projets. Le premier projet développe des dispositifs pour concentrer la chaleur en utilisant des métamatériaux thermiques. Les conceptions existantes dans la littérature ne prenaient en compte que la conductivité thermique (K) sans considérer le produit densité-capacité thermique (ρC). L'analyse a montré que, bien que ces dispositifs fonctionnent bien en conditions stationnaires, ils présentent des limites dans les situations dépendant du temps. Pour y remédier, deux nouveaux concentrateurs thermiques ont été créés, prenant en compte à la fois K et ρC. Ces dispositifs ont été testés par simulation. L'un d'entre eux a été fabriqué par impression 3D métallique et testé expérimentalement. Les résultats ont confirmé que ces nouvelles conceptions contrôlent efficacement le flux thermique comme prévu. Le deuxième projet s'est concentré sur l'amélioration des performances des capteurs dans les PICs en gérant la chaleur. La première partie de ce projet a utilisé des tranchées et des radiateurs pour contrôler la chaleur issue de l'excitation plasmonique dans des nanodisques, réduisant les augmentations de température indésirables détectées par des nanofils. Ce projet a été testé expérimentalement. La deuxième partie a appliqué une méthode similaire aux détecteurs photothermiques à plasmons de surface (SPD) intégrés à des guides d'ondes en dioxyde de titane (TiO2). Des tranchées et des radiateurs ont été utilisés pour réduire les transferts de chaleur indésirables provenant de composants voisins, améliorant ainsi la précision des mesures. Les deux projets apportent de nouvelles solutions pour gérer la chaleur dans des systèmes à l'échelle nanométrique, montrant que la combinaison de simulations et de techniques de fabrication avancées permet de contrôler efficacement le comportement thermique dans des environnements complexes.

Composition du jury :

Sébastien EUPHRASIE Maître de conférences Université Bourgogne Franche-Comté Directeur de thèse

Aymeric  LERAY Docteur Université Bourgogne Franche-Comté CoDirecteur de thèse

Aurélien CRUT Maîtresse de conférences Université Claude Bernard Lyon 1 Rapporteur

Fernando GUEVARA VASQUEZ Professeur The University of Utah Rapporteur

Myriam  ZERRAD Ingénieur de recherche Aix-Marseille Université Examinateur

Alexandre  BOUHELIER Directeur de recherche Université Bourgogne Franche-Comté Examinateur

Abdelkrim TALBI Professeure des universités Ecole Centrale de Lille Examinateur

Nicolas MARTIN Professeur des universités Université Bourgogne Franche-Comté Examinateur

Localisation : salle Amphithéâtre Jean-Jacques Gagnepain - 15B, avenue des Montboucons 25000 BESANCON