Etude des propriétés photoniques de diatomées

Les travaux présentés dans ce manuscrit portent sur l’étude des propriétés photoniques de quatre espèces de diatomées du genre Coscinodiscus : C. wailesii, C. specie, C. radiatus et C. radiatus-cf. Les diatomées sont des micro-algues unicellulaires constituées d’une cellule unique encapsulée dans une matrice inorganique de silice poreuse appelée frustule. Nous avons effectué des cultures de ces espèces, puis extrait les frustules afin de les caractériser, tant du point de vue de leur composition que de leur morphologie, par microscopie électronique et tomographie RX. Le frustule est constitué de trois couches de silice (le foramen, le cribrum et le cribellum) présentant une structure poreuse hiérarchique, s’étendant du micromètre au nanomètre, et formant ainsi une matrice tridimensionnelle complexe pouvant présenter des propriétés photoniques. Le foramen et le cribrum présentent des réseaux de pores de périodicité importante dont les dimensions caractéristiques (taille des pores, pas du réseau…) sont de l’ordre de grandeur des ondes lumineuses. Les propriétés optiques des frustules ont alors été étudiées expérimentalement par imagerie spectrale et théoriquement par simulations numériques par la méthode des éléments finis. Nous avons ensuite mis en évidence un effet de concentration de la lumière visible transmise sur l’axe de la diatomée à quelques dizaines de micromètres derrière le frustule. Cet effet s’avère dépendre de la longueur d’onde incidente ainsi que de l’orientation du frustule. Finalement, nous avons montré, par approche théorique et simulations numériques, que cet effet de concentration de la lumière le long de l’axe est majoritairement dû au foramen et que les autres couches n’ont qu’un effet marginal. Une telle micro et nano-structuration complexe de la matière est actuellement inaccessible à l’échelle industrielle. Cette structure présente cependant des effets de concentration et de filtration des ondes lumineuses d’un grand intérêt dans de nombreux domaines (photovoltaïque, cosmétique, peinture…) et on peut donc envisager raisonnablement une utilisation directe des diatomées.

PDF de la thèse accessible sur : https://theses.hal.science/tel-02454223