Etude des Propriétés Optiques des Nanostructures Métal Composite

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR
ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
THESE
Présentée devant
L’UNIVERSITE ABOU BEKR BELKAID TLEMCEN
FACULTE DES SCIENCES
DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
Par
SENOUDI Assia Rachida
Pour obtenir le grade de
DOCTEUR
Spécialité : Physique des matériaux
Etude des Propriétés Optiques des Nanostructures Métal
Composite par la Méthode des Eléments Finis
Soutenue en 2010
Jury : Madame et Messieurs
BENMOUNA Mustapha Professeur - Université de Tlemcen Président
HAMDACHE Fatéma Professeur - USTO Oran Examinateur
KAMECHE Mostéfa Professeur - USTO MB Oran Examinateur
BOUHAFS Bachir Professeur - Université de Sidi Belabbés Examinateur
BOUSSAID Abdelhak Maître de conférence - Université de Tlemcen Examinateur
INAL Mokhtar Professeur - Université de Tlemcen Directeur de thèse

A la mémoire de mes parents,
A mes sœurs et frères,
A mes neveux et nièces,
A ma famille.

REMERCIEMENTS
Le présent travail a été effectué au sein de l’université Abou Bekr Belkaid, Faculté des
Sciences Tlemcen. Sa réalisation a été accompagnée d’événements inoubliables. Je tiens à
remercier toutes les personnes, qui au hasard de ces événements ont contribué à ouvrir des
perspectives pour mes travaux.
J’adresse mes sincères remerciements à mon directeur de Thèse monsieur le professeur
MOKHTAR INAL du laboratoire de physique théorique de l’université Abou Bekr Belkaid de
Tlemcen, pour sa patience et son intérêt continuel au bon déroulement de ce travail.
Je tiens à remercier monsieur le professeur MUSTAPHA BENMOUNA de l’UAB de
Tlemcen, pour avoir bien voulu présider le jury. Sa présence apportera certainement d’autres
horizons à mes travaux et recherches.
Mme HAMDACHE FATEMA, Professeur de l’université des Sciences et technologies d’Oran
(USTO), a bien voulu faire parti du jury et eu la grande gentillesse d’examiner le travail présent,
qu’elle accepte mes sincères remerciements.
Je tiens aussi à présenter mes remerciements à monsieur le professeur MOSTEFA
KAMECHE de l’université des Sciences et technologies d’Oran (USTO), pour avoir bien
voulu accepter de faire parti du jury et d’examiner cette thèse.
Mes remerciements vont aussi au Professeur BOUHAFS BACHIR, de l’université de Sidi
Belabbés (USTB), qui a accepté de participer au jury et d’examiner la présente thèse, qu’il
accepte mes sincères remerciements.
Monsieur le Docteur ABDELHAK BOUSSAID de l’UAB de Tlemcen qui a accepté
d’examiner ce travail, a été d’un grand soutien pour moi, je lui suis très reconnaissante pour
tous les précieux conseils, son encouragement, sa disponibilité et sa grande qualité humaine. Je
lui présente mes remerciements et ma gratitude.
Il m’est très agréable de remercier, monsieur le professeur Mabrouk BENHAMOU de
l’université BEN M’SIK Maroc, notre collaboration a été fructueuse.
The great thanks and my recognition go to Mister professor MICHAEL
BOCKSTALLER of Carnegie Mellon of USA, who during these years did not cease directing
me and putting me in the right way, the belief which it had in me was in much in the realization
of this work.
Il me tient à cœur également d’exprimer ici ma profonde amitié au Pr. Ilhem Faiza
HAKEM. Durant toutes ces années, elle était présente à mes cotés, subissant mes périodes de
découragement avec beaucoup de gentillesse. Il n’y a pas de mots pour la remercier pour tout
ce qu’elle a fait.

Je n’oublierais pas les personnes qui au hasard du parcours ont ouvert pour moi
certaines portes, parmi elles le Dr. Guillaume BACHELIER du laboratoire de spectrométrie
ionique et moléculaire LASIM CNRS, qui m’a inspiré dans la conception informatique.
Je n’oublie pas mon amie Farah LALLAM à qui je souhaite beaucoup de courage et surtout
une route sans entraves.

Sommaire
Introduction générale 1
Chapitre 1 : Propriétés optiques des métaux nobles 
1. Introduction………………………………………………………….......... 8
2. Présentation des métaux nobles massifs ………………………………... 10
2.1 Propriétés électroniques ………………………………………………….. 10
2.2 Propriétés optiques des métaux nobles ………………………………….. 13
2.2.1 Constantes optiques ………………………………………………. 13
2.2.2 Fonction diélectrique ……………………………………… 14
2.2.2.a Contribution des transitions intrabande : Modèle de Drude
Classique …………………………………………………………………..
15
2.2.2.b Contribution des transitions interbandes …………………… 18
2.2.3 Fonction diélectrique mesurée ……………………………….. 18
2.2.4 Fonction diélectrique totale ………………………………….. 22
3. Métal à l’échelle nanométrique……………………………………… 23
3.1 Confinement diélectrique …………………………………………………… 25
3.2 Effet Spill out ……………………………………………………………….. 27
3.3 Rôle de l’interface ………………………………………………………….. 28
3.4 Fonction diélectrique d’un nano métal ……………………………………… 28
3.4.1 Modèle de Drude phénoménologique ………………………….….. 29
3.4.2 Modèle de Drude Lorentz ………………………………………….. 31
3.4.3 Modèle de Drude à points critiques ………………………………….. 32
Chapitre 2 : Propriétés optiques d’une sphère métallique en matrice diélectrique 
1. Introduction ………………………………………………………………. 39
2. Théorie exact de Mie …………………………………………………… 40
2.1 Principe de la méthode ……………………………………………… 41
2.2 Expressions des sections optiques ……………………………………. 44
3. Modèle dipolaire simple …………………………………………………. 47
3.1 Champ interne ……………………………………………………….. 47
3.2 Polarisabilité et susceptibilité diélectrique ……………………………… 48
3.3 Correction électrodynamique ……………………………………………. 50