De la réalisation de transistors à effet de champ à nanotubes de carbone par fonctionnalisation chimique spécifique à la mesure optoélectronique d’un bio-hybride nanotubes/protéines photosynthétiques

Le travail presente dans cette these concerne la realisation et l'etude d'un bio-hybride nanotubes/proteines photosynthetiques pour des applications en optoelectronique et potentiellement en photovoltaique. En effet, les proteines photosynthetiques sont des supers colorants dont les proprietes optoelectroniques ont ete optimisees par la nature. Nous avons donc decide de verifier la viabilite de l'integration de ces proteines dans un dispositif electronique en utilisant les nanotubes de carbone comme nano-sonde des proprietes de la proteine. Au cours de nos travaux, le probleme de la fabrication de transistors a effet de champ a base de nanotubes de carbone performants s'est pose. Pour resoudre ce probleme, nous avons opte pour la fonctionnalisation chimique specifique par un diazonium qui rassemble tous les pre-requis pour une potentielle application a grande echelle. En effet, la fonctionnalisation des nanotubes par un diazonium est selective envers les nanotubes metalliques mais pas suffisamment pour pouvoir realiser des separations. Il etait donc necessaire d'augmenter cette selectivite et pour cela, nous avons decide d'etudier le mecanisme du couplage nanotube-diazonium qui etait jusque la encore meconnu. A l'aide d'une etude cinetique complete, nous avons montre que la reaction passe par un mecanisme radicalaire en chaine. Parallelement, nous avons identifie les intermediaires radicalaires en les detectant soit directement par resonance de spin electronique soit indirectement par piegeage de radicaux. Et surtout, cette these determine enfin l'origine precise de la selectivite de cette reaction et donne les voies possibles d'amelioration. Grâce a l'expertise acquise lors de la comprehension du mecanisme, nous avons ameliore la selectivite de cette reaction en utilisant une base de Lewis. En effet, l'ajout d'une base de Lewis permet de former un diazoester qui augmente significativement la selectivite envers les nanotubes metalliques. Nous avons ensuite realise grâce a cette technique une grande quantite de transistors a effet de champ a base de nanotubes avec de bonnes modulations. De plus, cette methode innovante a ete protegee par un brevet. Enfin, concernant la photosensibilisation des nanotubes de carbone par une proteine photosynthetique, le photosysteme I, des resultats prometteurs ont ete obtenus. En effet, nous avons vu que la creation photo-induite d'un moment dipolaire dans la proteine modifie les caracteristiques electriques du transistor a effet de champ. Les performances de la proteine, optimisees par la nature, permettent accroitre la sensibilite optique d'un tel dispositif. Mais surtout, cette these montre que, malgre l'apparente fragilite de la proteine, il est possible d'integrer une proteine photosynthetique a un dispositif electronique. En effet, meme dans des conditions non optimales, l'effet optoelectronique c'est-a-dire l'activite de la proteine est un phenomene robuste dans le temps. Enfin, cette these ouvre la voie a l'integration de proteines photosynthetiques dans des dispositifs electroniques ou photovoltaiques.