THESE UNIVERSITE ABOU-BEKR BELKAID-TLEMCEN

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE l’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
UNIVERSITE ABOU-BEKR BELKAID-TLEMCEN
THESE
Présentée à :
FACULTE DES SCIENCES-DEPARTEMENT DE PHYSIQUE
Pour L’obtention du diplôme de :
DOCTORAT EN SCIENCES
Spécialités : Physique des nanomatériaux
Par :
Mr BOUMIA LAKHDAR
Sur le thème
LES PROPRIETES PHYSIQUES ET MECANIQUES
DES NANOTUBES EN CARBONE
Soutenue publiquement 2016/2017 à Tlemcen devant le jury composé de :
Mr G.MERAD Professeur Université de Tlemcen Président
Mr A.Benzair Professeur Université de Sidi Bel Abbes Directeur de thèse
Mr A.Houari Professeur Université de Tlemcen Examinateur
Mr B.Lasri Professeur Université de Saida Examinateur
Mr M.Doui-Aici Professeur Université de Sidi Bel Abbes Examinateur
Laboratoire d’Etude et Prédiction de Matériaux, Unité de Recherche Matériaux et Energies
Renouvelables(LEPM), Université Abou-Bekr Belkaid B.P119, 13000 Tlemcen, Algérie

Dédicace
Je dédie ce travail de thèse de doctorat à :
Ma chère mère et l’âme de mon cher père
Ma chère femme et mon fils Madani Louay
Mes enseignants depuis l’école primaire
Tous mes amis (es) surtout mon ami et frère Dr Benouis Mimoun.

Remerciements
Je remercie d’abord Monsieur le Directeur du « laboratoire d’étude et prédiction de matériaux, unité
de recherche matériaux et énergies renouvelables » de l’université de Tlemcen, le Professeur MERAD
Ghouti qui m’a ouvert son laboratoire pour me faciliter le travail de ma thèse dans de bon conditions
et sans aucun obstacle pendant toutes les années de sa préparation ainsi que tous les membres de jury
Professeur HOUARI Ahmed de l’université de Tlemcen ,Professeur LASRI Boumediene de l’université
de Saida, sans oublier de remercier le professeur DOUI-AICI Mohamed de l’université de Sidi Bel
Abbes.
Je remercie mon Directeur de thèse, Professeur BENZAIR Abdelnour pour l’intérêt continu porté à
mon travail, pour ses conseils avisés et d’avoir dirigé mon travail. Je lui exprime mon plus vif
respect de m’avoir accordé sa confiance ainsi qu’une autonomie précieuse à la réalisation de ce
travail.
Un grand remerciement à Monsieur le Pr Tounsi qui m’a beaucoup aidé et tous les membres du
« laboratoire matériaux et hydrologie, université de Sidi Bel Abbes, faculté de technologie », sans
oublier de citer le Pr Adda Bedia Al Abbes et mon ami et frère Dr Heireche.
Merci à ma famille qui m’a soutenu tout au long de mon parcours.
Enfin, je ne peux pas oublier de remercier l‘université de Tlemcen et à travers elle, la ville des
sciences et scientifiques depuis des siècles « Tlemcen ».

Sommaire
Remerciements
Dédicace
Liste des figures
Liste des tableaux
Résumé.
Introduction Générale……………………………………….…………………………………………………………………….…1
Chapitre I : Généralités sur les nanotubes de carbone
I.1 Introduction…………………………………………………………………………………………………………………….…3
I.2 Les différentes formes traditionnelles du carbone……………………………………………………………..4
I.2.1 Le Diamant…………………………………………………………………………………………………………………4
I.2.2 Le graphite…………………………………………………………………………………………………………….….4
I.2.3 Les autres types de carbone dans la nature…………………………………………………………….…5
I.3 Les nouvelles formes de carbone……………………………………………………. ……………………………….5
I.3.1 Les fullerènes et dérivés……………………………………………………………………………………………5
I.3.2 Les nanotubes multifeuillets (MWNT)……………………………………………………………………….7
I.3.3 Les nanotubes monofeuillets ou monoparois…………………………………………………………...9
I.4 Un résumé sur les différentes structures possibles des nanotubes………………………………..…10
I.4.1 Hybridation du carbone et liaisons moléculaires…………………………………………………….10
I.4.2 Structures du nanotube de carbone……………………………………………………………………....12
I.5 Les propriétés des nanotubes de carbone……………………………………………………………………....16
I.5.1 Les propriétés physiques…………………………………………………………………………………………16
I.5.1.1 Les propriétés mécaniques………………………………………………………………………………….16
I.5.1.2 Les propriétés thermiques…………………………………………………..................................17
I.5.1.3 Les propriétés électroniques……………………………………………………………………………..…17
I.5.1.4 Propriétés optiques………………………………………………………………………………………….….18
I.6 Propriétés supraconductrices.............................................................................................20
I.7 Propriétés de capillarité………………………………………………………………………………………………..20
I.8 Propriétés de forme……………………………………………………………………………………………………...20
I.9 Anisotropie des nanotubes et alignement………………..……..……………..….20
Conclusion………………………………………......………………………………………………………….………25
3
4
4
4
5
5
5
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CHAPITRE II : LES METHODES DE FABRICATION DES NANOTUBES DE CARBONE
II.1 Les méthodes de production des nanotubes de carbone……………………………………………………..26
II. Introduction………………………………………………………………………………………………………………
II.1.1 Procédés « haute température »……………………………………………………………………………….26
II.1.1.a Principe de la synthèse par arc électrique……………………………………………….….26
II.1.1.b Principe de la synthèse par ablation laser……………………………………………….…..27
II.1.1.c Mécanismes de croissance…………………………………………………………………………..28
II.2 Possibilités et limites des procédés dits « haute température »…………………………………………29
II.3 Procédés « basse température »………………………………………………………………………………………...30
II.4 Risques et préventions…………………………………………………………………………30.
II.4.1 Risques………………………………………………………………………….30
II.4.2 Préventions………………………………………………………………….…………..32
II.5 Applications…………………………………………………………………..…………..33
II.6 conclusion……………………………………………………………………………………..36
CHAPITRE III. METHODES AB INITIO
III.1 Introduction…………………………………………………………………………...........................................37
III.2 Formalisme de la mécanique quantique non relativiste....................................................37.
III.2.1 Equations de Schrödinger ..................................................................……................37
III.2.2 Minimisation de l’énergie.......................................................................................39
III.2.3 Approche usuelle……………………………………………………………………………………………..…40
III.2.4 Des fonctions d’ondes à la fonctionnelle de densité…………………………………………..40
III.3 La DFT en tant que théorie à N corps…………......................................................................41
III.3.1 Les théorèmes de Hohenberg-Kohn……………………………………………………………………41
III.4 La DFT en tant que théorie effective à un corps..............................................................42
III.4.1 La DFT en pratique………………………………………………………………………………………………....42
III.5 Avantages et inconvénients de la méthode LMTO……………………………………………………...42
III.6 les calculs pour les structures possibles des NTC mono, bi et triple-parois………………….45
III.7 Dynamique moléculaire…………………………………………………………………………………………..…51
III.7.1 Forces (et potentiels/énergies)………………………………………………………………………..52
III.7.2 Simulation numérique…………………………...............................................................53
III.7.3 Les équations du mouvement…………………………………………………………………………..54
III.7.4 Le contrôle de la température…………………………………….….……56
III.8 méthode de Monte carlo………………………….………………….………..57
III.9 Conclusion………………………………………………………………………………………………………………...58
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