(ε,σ,μ) et élaboration des matériaux composites pour application à la

1
République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Ferhat Abbas – Sétif -1-
Faculté de Technologie
Département d’Electronique
Laboratoire d'Instrumentation Scientifique "LIS"
Thèse intitulée:
«Caractérisation électromagnétique () et élaboration
des matériaux composites pour application à la
miniaturisation des composants électroniques»
Présentée par:
Mr. LALLA KHALFA
Pour l’obtention du diplôme de Docteur es Science
Option: Instrumentation
Soutenue le 30 Avril 2015 devant le jury composé de:
Pr Ferhat Hamida Abdelhak
Pr. Université de Sétif 1
Président
Pr. Bouzit Nacerdine
Pr. Université de Sétif 1
Rapporteur
Dr. Bourouba Nacerdine
MCCA Université de Sétif 1
Co-Rapporteur
Pr Chikouche Djamel
Pr.. Université de M'Sila
Examinateur
Dr Aidel Salih
MCCA Université de BBA
Examinateur
Dr Ait Kaki Abdelaziz
MCCA Université de Oum El Bouaki
Examinateur
Pr. Juan Pablo Martínez
Jiménez
Pr Université Zaragoza Espagne
Invité
Pr Juan Carlos Martín
Pr Université Zaragoza Espagne
Invité
2014-2015

2
Remerciements
Je voudrais à travers ces quelques lignes exprimer toute ma
reconnaissance au Professeur Nacerdine Bouzit et au Docteur Nacerdine
Bourouba de l’Université de Sétif pour m’avoir proposé ce sujet et m’avoir
encadré tout au long de ce travail. Qu’ils trouvent ici l’expression de mes vifs
remerciements
La plus grande partie de ce travail a été effectué au Laboratoire de
Physique Appliquée de l’Université de Saragosse (Espagne) sous la direction de
feu le Professeur José-Maria FORNIES-MARQUINA pour lequel j’exprime ici ma
profonde gratitude pour ces précieux conseils et ses chaleureux accueils à
chaque stage. Je garderai à jamais un ardent souvenir de l’affectueuse amitié
de ce Grand Monsieur. Mes remerciements vont également au Professeur
Juan Pablo Martínez Jiménez pour avoir accepté avec bon cœur de poursuivre
dans la voie du Professeur Fornies. Je remercie Pr 
. Merci à la Directrice de la Faculté des
S
réservé.
Je tiens à remercier le professeur Ferhat Hamida Abdelhak de l’Université
Ferhat Abbas de Sétif, le Professeur CHIKOUCHE Djamel de l’Université de
M’Sila, le Docteur Aidel Salih de l’Universite de Bordj Bou Arréridj et le Docteur
Ait Kaki AbdelMalek de l’Université d’Oum El Bouaki pour avoir bien voulu
accepter de juger mon travail.
Je remercie également le Docteur Benhamouda Abdallah et Monsieur
Bouchaour Mounir pour leur précieuse aide.
Je remercie mes parents et mon épouse auxquels je dédie ce travail.
Mes remerciements vont aussi à toutes les personnes qui m’ont aidé de
près ou de loin.

3
Sommaire
INTRODUCTION GENERALE ............................................................................ 6
INTRODUCTION GENERALE ............................................................................ 7
CHAPITRE I ............................................................................ 9
LES MATERIAUX DIELECTRIQUES ............................................................................ 9
Les matériaux diélectriques [1,2] ....................................................................................... 10
1.1 Définition : .................................................................................................................... 10
1.2 La polarisation [1,2,3,4,5] ............................................................................................ 11
1.3 Les Dipôles ................................................................................................................... 11
1.4 Création d'une polarisation ......................................................................................... 12
1.5 Effet d'un champ électrique dans un milieu diélectrique ........................................... 12
1.5.1 Le champ électrique local [3,5,6] ................................................................... 13
1.5.2 Les Mécanismes de la Polarisation .................................................................... 14
1.6 Susceptibilité électrique .............................................................................................. 17
1.6.1 Calcul de la susceptibilité électrique .................................................................. 18
1.6.2 La relation entre la permittivité et la susceptibilité électrique ......................... 19
1.6.3 La relation de Clausius-Mossotti .................................................................... 20
1.7 Modélisation fréquentielle de la permittivité diélectrique ........................................ 20
1.7.1 L'équation de Debye [2] ..................................................................................... 20
1.8 CONCLUSION ............................................................................................................... 22
CHAPITRE II ...........................................................................23
METHODES DE CARACTERISATION ...........................................................................23
DES MATERIAUX DIELECTRIQUES ...........................................................................23
2.1 Introduction ................................................................................................................. 24
2.2 La propagation des ondes électromagnétiques [12,14,15,16] ................................... 24
2.2.1 L'approche électrique......................................................................................... 25
2.2.2 L'Approche électromagnétique. .................................................................... 28
2.3 La Réflectométrie en Domaine Temporel ................................................................... 31
2.4 Principales Méthodes Utilisées en Spectroscopie Temporelle. [1,16] ........................ 34
2.4.1 Expression générale du coefficient de réflexion (démarche optique). [27] ...... 34
2.4.2. La Méthode De La Première Réflexion [24, 25, 26]. .......................................... 36
2.4.3 Les Méthodes de Multi réflexions. ..................................................................... 40
2.4.4 Choix de la Méthode la mieux adaptée à notre travail...................................... 52

4
2.5 Modélisation Mathématique: Lois de Mélange[1,2] ............................................. 53
2.5.1 Introduction : .................................................................................................. 53
2.5.2 Le modèle de Rayleigh [39] ( .............................................................................. 54
2.5.3 Le modèle de Bottcher [40]37) .......................................................................... 54
2.5.4 La loi de Wiener [41]37 ...................................................................................... 54
2.5.5 La loi de Lichtencker-Rother [42]37 ................................................................... 56
2.5.6 La Loi de Birchak [43]41) .................................................................................... 56
2.5.7 La loi de Bruggemen [44]37 ............................................................................... 56
2.5.8 La loi de Hanai [45]37 ......................................................................................... 57
2.5.9 La Loi de Maxwell-Garnet [46]37 ....................................................................... 57
2.6 CONCLUSION ......................................................................................................... 57
CHAPITRE III ...........................................................................59
DISPOSITIF ...........................................................................59
ET RESULTATS EXPERIMENTAUX ...........................................................................59
3.1 Introduction ................................................................................................................. 60
3.2 Matériaux utilisés ........................................................................................................ 60
3.2.1 Les Titanates ................................................................................................... 60
3.2.2 Les Oxydes ...................................................................................................... 63
3.3 Procédé de Préparation .............................................................................................. 65
3.3.1 Détermination des fractions volumiques ....................................................... 65
3.3.2 Mode de préparation ..................................................................................... 66
3.4 Procédé de Mesure par Réflectométrie Temporelle .................................................. 70
3.4.1 Banc de Mesure .................................................................................................. 70
3.4.2 Procédé Expérimental de Mesure par TDR ........................................................ 73
3.4.2.1 Traitement des signaux TDR ........................................................................... 74
3.5 RESULTATS EXPERIMENTAUX ................................................................................ 81
3.5.1 Introduction ................................................................................................ 81
3.5.2 Effet des Oxydes sur le Titanate de Barium ................................................ 81
3.5.3 Effet des Oxydes sur le Titanate de Calcium ............................................... 83
3.5.4 Effet Des Oxydes sur le Titanate de Magnésium .......................................... 84
3.6 Effet des oxydes sur la conductivité du composite ternaire ................................. 86
3.7 Processus de Modélisation .................................................................................... 87
3.8 Etude Comparative entre les Résultats Expérimentaux et les .............................. 91
Résultats Théoriques .......................................................................................................... 91

5
3.9 Coefficients de perte diélectrique dans les mélanges ternaires ........................... 94
3.9.1 Coefficient de perte pour le mélange à base de titanate de barium ............. 94
3.9.2 Coefficient de perte pour le mélange à base de titanate de calcium. ........... 97
3.9.3 Coefficient de perte pour le mélange à base de titanate de magnésium ...... 99
3.10 Conclusion ............................................................................................................ 102
CONCLUSION GENERALE. ......................................................................... 104
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES ......................................................................... 106
ANNEXE ........................................ Erreur ! Signet non défini.