Etude de films nanocomposites LiIO3/Laponite pour l'optique guidée et l'optique non linéaire

Cette étude se place dans le contexte de réalisation de nouveaux matériaux à bas coût pour l'optique non linéaire. Pour cela, nous avons développé une approche nanocomposite, basée sur la fabrication de films Laponite/LilO3. Ces films sont réalisés à l'aide d'une technologie issue du procédé sol-gel puis recuits pour cristalliser LilO3, matériau optiquement non linéaire, et ils présentent de bonnes potentialités en raison d'une concentration en nanocristaux actifs importante. De plus, la possibilité d'orienter les nanocristaux pendant la cristallisation par l'application d'un champ électrique permet d'obtenir un matériau présentant des propriétés optiques non linéaires comparables à celles des matériaux usuels de ce domaine. Nous avons tout d'abord affine le modèle de structure des films en mettant en évidence l'absence d'intercalation du LilO3 dans l'espace interplaquette. Par la suite, nous avons optimisé le processus de dépôt des films. Nous avons, en particulier, amélioré sa reproductibilité en déterminant les principaux paramètres intervenant durant le process. Nous sommes ainsi parvenus à définir un ensemble de critères permettant la réalisation de films nanocomposites aux propriétés optiques linéaires et non linéaires satisfaisantes. Nous nous sommes attachés à caractériser et modéliser les propriétés optiques linéaires et non linéaires des films. Nous avons cherché à établir le lien entre ces propriétés et la structure des films, et nous avons observé l'influence de la distribution d'orientation des nanocristaux d'iodate de lithium au sein de la matrice de Laponite sur les propriétés optiques non linéaires et pour le guidage. Cette étude, au caractère plus fondamental, a permis de construire des modèles adaptés à ce type de matériaux composites permettant d'interpréter les résultats expérimentaux et de prévoir les indices de réfraction et les propriétés optiques non linéaires de ce type de matériau.This study takes place in the context of new low-cost materials development for non-linear optics. Thus, we have developed a nanocomposite approach based on Laponite/ LilO3 films. These films were realized with a derivating sol-gel technology and annealed to induce LilO3 crystallisation, an optically nonlinear material, and shown good potentials due to the high concentration of nanocrystals. Moreover, the possibility of controlling the nanocrystal orientation using an electric field during the annealing process allows to obtain a material with non-linear optical properties comparable to usual materials in this domain. During this work, we first refined the structure model of composite films by highlighting the absence of LilO3 intercallation between Laponite sheets. Thereafter, we optimized the process of film coating. In particular, we have improved its reproducibility by determining the main parameters involved in the process : pH, viscosity, annealing temperature, Corona electric field. In addition, we showed that aging, which is an important limitation of this process, can be slowed by a protective film coating. Finally, we could define a set of criteria to realize nanocomposite coatings with efficient optical properties. In the second part, we characterized and modelized linear and non linear optical properties of nanocomposite Laponite/ LilO3 films. We linked these properties to the structure of the films, and we observed the influence of the orientation distribution of the nanocrystals in the Laponite matrix on the waveguiding and non linear optical properties. Thus suitable models for composite materials are proposed. They allow the interpretation of experimental results and the evaluation of refraction indices and of non linear optical properties for such materials.CHAMBERY -BU Bourget (730512101) / SudocSudocFranceF

High electric field measurement and ice detection using a safe probe near power

International audienc

LiIO3: growth and properties for optical and photoluminescent applications

International audienc

Low-frequency relaxation phenomena in a-LiIO3: the nature and role of defects

International audienc

Design and optimization of low frequency electric field sensor using Pockels effect

International audienc

Nanocristaux optiquement non linéaires pour des applications en imagerie biologique (synthèse et caractérisations d'iodate de fer en microémulsions)

Le développement de nanomatériaux à propriétés optiques et fonctionnalisés pour un marquage spécifique est en plein essor dans le domaine de l'imagerie biologique. Parmi les agents de contraste exogènes déjà utilisés, les marqueurs fluorescents tels que les nanocristaux semi-conducteurs (CdSe/ZnS, ) et les molécules organiques naturelles (GFP, ) ou synthétiques (fluorescéine, ) souffrent respectivement de clignotements (blinking) et de photo-blanchiment (bleaching) c'est-à-dire d'une faible tenue au rayonnement lumineux incident. Récemment, la microscopie de Génération de Second Harmonique (GSH) à partir de structures non-centrosymétriques de certains matériaux ou molécules optiquement non linéaires (ONL), s'est révélée un outil particulièrement prometteur. Les inconvénients du clignotement et du photo-blanchiment sont en effet absents pour le processus non linéaire de GSH. De plus, le principe de fonctionnement des marqueurs ONL repose sur un processus non résonant, contrairement aux marqueurs fluorescents, ce qui est un avantage décisif pour le choix de la longueur d'onde d'excitation des nanosondes. Pour des illuminations dans le proche infrarouge, cela permet de limiter l'énergie déposée dans le milieu biologique, d'augmenter la profondeur d'imagerie et enfin de bien séparer spectralement les signaux des marqueurs ONL de l'auto-fluorescence naturelle de certains échantillons. Notre objectif, dans ce contexte, était la synthèse et la caractérisation de nouvelles nanosondes ONL de forme sphérique et de taille inférieure à 100nm. Le matériau de structure cristalline non centrosymétrique retenu est l'iodate de fer (Fe(IO3)3) car ses éléments chimiques sont peu toxiques et que ses propriétés paramagnétiques peuvent également donner un contraste en imagerie par résonance magnétique (IRM) ce qui est potentiellement intéressant par rapport à d'autres cristaux ONL tels que ZnO, KNbO3, BaTiO3 et KTP. D'un point de vue synthèse, les microémulsions inverses sont bien référencées dans la littérature pour leur rôle de gabarit permettant un bon contrôle de la taille et de la morphologie des nanomatériaux obtenus par co-précipitation. Dans ce travail, les nano-réacteurs ont été préparés à partir des systèmes AOT/alcane/eau et Triton/1-hexanol/cyclohexane/eau. De manière très originale et pratique, le développement d'un banc optique de diffusion Hyper-Rayleigh (HRS) a permis de suivre in-situ et en temps réel les cinétiques de cristallisation des nanoparticules de Fe(IO3)3 en fonction de conditions expérimentales variables. Les mécanismes de croissance et de cristallisation des nano-bâtonnets de Fe(IO3)3 ont été élucidés en combinant d'autres techniques physico-chimiques usuelles comme la diffraction des rayons X, la diffusion dynamique de la lumière et la microscopie électronique en transmission. Nous avons démontré que la température et la nature du tensioactif influencent les forces d'interaction à l'interface organique-inorganique ce qui permet, pour certaines conditions expérimentales, de réduire la taille et la polydispersité des nanocristaux en fin de processus. Toutefois, avant d'envisager l'utilisation de ces derniers en tant que marqueurs optiques spécifiques, il est nécessaire d'encapsuler ces nanocristaux en raison de la faible stabilité du composé aux pH physiologiques. Les premiers essais de stabilisation en microémulsions par une couche de silice ont permis d'obtenir des nanoparticules de taille ~ 10 nm avec une forte réponse ONL. La caractérisation complète et la fonctionnalisation de ces nanostructures ainsi qu'une optimisation des interactions à l'interface particules films de tensioactifs constituent les perspectives de ce travail.The development of functionalized nanomaterials with optical properties for a site-specific labeling or conjugation has undergone a rapid growth in the biological imaging field. Among the exogenous contrast agents which are already used, fluorescent nanocrystals such as semi-conductor (CdSe / ZnS, ...) and natural organic molecules (GFP, ...) or synthetic molecules (fluorescein, ...) suffer from blinking and photobleaching, respectively. Recently, Second Harmonic Generation (SHG) from acentric structures of some Non-Linear Optical (NLO) materials or organic molecules appeared to be particularly promising. Indeed, the major disadvantages of blinking and photobleaching are absent in the SHG process. Additionally, imaging of NLO probes is based on a non-resonant process, contrary to traditional fluorescent probes, which is key in terms of excitation wavelength. Near infrared illumination can limit the energy deposited in the biological tissues, increase the imaging depth and, finally, the SHG signal can be more readily spectrally resolved from the natural auto-fluorescence. The main objectives of this thesis were the synthesis and characterization of new NLO nanoprobes with a spherical shape and a size lower than 100 nm. The non-centrosymmetric material of interest is iron iodate (Fe(IO3)3). Its chemical elements are non toxic and its paramagnetic response may also provide a contrast in Magnetic Resonance Imaging (MRI) which is not the case of the other NLO crystals such as ZnO, KNbO3, BaTiO3 and KTP. From a synthesis point of view, reverse microemulsions are well documented in the literature as good templates for the size and shape control of nanomaterials obtained by a coprecipitation reaction. In this work, nanoreactors were prepared from the AOT/alkane/water and Triton/1-hexanol /cyclohexane/water systems..A very original and convenient setup based on the Hyper-Rayleigh Scattering (HRS) was implemented so that the real-time crystallization kinetics of the growing acentric iron iodate nanocrystals in microemulsions could be measured according to different experimental conditions. We demonstrate that HRS is a fast, valuable and nondestructive alternative to probe in-situ the crystallization and growth dynamics of Fe(IO3)3 nanorods whereas the growth mechanism was elucidated by a combination of Dynamic Light Scattering, X-ray diffraction and Transmission Electron Microscopy experiments. The binding interaction between surfactant molecules and colloidal particles was studied as a function of the synthesis temperature as well as the surfactant nature. In some experimental conditions the size and polydispersity of the final nanorods can be thus reduced. However, the use of iron iodate as specific NLO optical probes is so far restricted due to its low stability at physiological pH. Preliminary encapsulation tests by a thin silica-coating in reverse microemulsions show the presence of ~ 10nm nanocparticles with a strong NLO response. The complete characterization and functionalization of these nanostructures as well as the optimization of the binding interactions at the organic-inorganic interface are the prospects of this workSAVOIE-SCD - Bib.électronique (730659901) / SudocGRENOBLE1/INP-Bib.électronique (384210012) / SudocGRENOBLE2/3-Bib.électronique (384219901) / SudocSudocFranceF

Detection of learners at risk of failure in online professional training

International audienc

Learning Analytics Dashboards for Professional Training - Challenges and Proposal

International audienceExploiting the large quantities of traces left by learners in Virtual Learning Environments (VLE) allows educators, learners and administrators to gain new insights into the learning process. Learning Analytics (LA) aims to leverage data collection, measurement, analysis and reporting data which can help users to improve the learning process. This paper presents the first results of the work we are conducting in a professional learning context to design an effective learning analytics dashboard. We show the particularities and explain the different challenges of our context that have led us to propose models to tackle it. We discuss how these models meet the requirements of our domain, and we finally give an example of indicators, measures and visualization built with educators to help them better understand the learner’s behavior

Tableaux de Bord d’Aide au Suivi pour la Formation Professionnelle en Ligne : Etude d’Indicateurs et Lignes Directrices

National audienceIn this paper, we present an experimental study that aims to evaluate the relevance of six indicators selected from those commonly referenced in the literature, in a context of online professional training. The study was conducted on a set of data including 84 e-learning activities followed by 214 learners. We show that the choice of indicators can be impacted by their context of application and its intrinsic constraints, by the type of training, by the pedagogical scenario, as well as by the objectives of the training. Then, we give some guidelines that come out of our study, and that could facilitate the design of a learning analytics dashboard, in terms of indicators, as part of online professional training.Nous présentons ici une étude expérimentale qui vise à évaluer la pertinence de six indicateurs de l’activité d’apprenants dans un contexte de formation professionnelle en ligne, choisis parmi ceux communément référencés dans la littérature. L'étude a été réalisée sur un échantillon de données incluant 84 activités e-learning suivies par 214 apprenants. Nous démontrons que le choix d’indicateurs de suivi peut être fortement impacté par le contexte d’application et ses contraintes intrinsèques, par le type de formation, par le scénario pédagogique, ainsi que par les objectifs de la formation. Ensuite, nous donnons quelques lignes directrices qui découlent de notre étude, et qui pourraient faciliter la conception d’un tableau de bord d’aide au suivi, en termes d’indicateurs, dans le cadre de la formation professionnelle en ligne

Learning Analytics Dashboards for Professional Training - Challenges and Proposal

International audienceExploiting the large quantities of traces left by learners in Virtual Learning Environments (VLE) allows educators, learners and administrators to gain new insights into the learning process. Learning Analytics (LA) aims to leverage data collection, measurement, analysis and reporting data which can help users to improve the learning process. This paper presents the first results of the work we are conducting in a professional learning context to design an effective learning analytics dashboard. We show the particularities and explain the different challenges of our context that have led us to propose models to tackle it. We discuss how these models meet the requirements of our domain, and we finally give an example of indicators, measures and visualization built with educators to help them better understand the learner’s behavior