LABORATOIRE D'ENERGETIQUE SOLAIRE ET MATERIAUX

DE L'ECOLE NORMALE SUPERIEURE DE MARRAKECH



Responsable Mohammed FLIYOU 

 A- EQUIPE D'ENERGETIQUE SOLAIRE
	Membres permanents :
	 M. KOUHILA        PES (Coordonnateur de l'équipe)
	 M. RHAZI          PES 
	 A. JAMALI         Professeur assistant
	 A. IDLIMAM        Professeur assistant
	 M. AGHFIR         Professeur assistant
	 A. LAMHARRAR      Professeur assistant

 B- L'EQUIPE DE PHYSICO-CHIMIE DES MATERIAUX
	Membres permanents :
	 M. LAKRAIMI       PES (Coordonnateur de l'équipe)
	 L. BENAZIZ        PES
	 F. BERREKHIS      PES

 C- EQUIPE DES NANOSTRUCTURES
	Membres permanents :
	 M.FLIYOU          PES (Coordonnateur de l'équipe)
	 A.KOUMINA         Professeur assistant
	 M.ARFAOUI         Professeur assistant
	 My.Y.AZHARI       Professeur assistant (Agrégé titulaire de Doctorat d'Etat)
	 R.HEYD            Professeur assistant (Agrégé titulaire de Doctorat Française)

A- EQUIPE D'ENERGETIQUE SOLAIRE

1. Présentation

	L'Equipe d'Energétique Solaire créé en 1984 et restructuré 2001, est une unité de recherche au sein  Laboratoire d'Energétique Solaire et Matériaux (L.E.S.M)  du Département de Physique de l'E.N.S de Marrakech. Ses activités principales concernent l'étude expérimentale et numérique des systèmes solaires à conversion thermique. Le principal thème de recherche développé est lié à la problématique du séchage solaire au Maroc  en vue de la valorisation et de la préservation des plantes aromatiques et médicinales. Les axes de recherche développés s'inscrivent dans le programme national de recherche sur les énergies renouvelables adapté aux besoins des secteurs demandeurs d'énergie tels que : l'agro-alimentaire, l'agriculture et l'industrie pharmaceutique. 

2. Axes de recherche 

	Ces axes s'inscrivent dans la problématique nationale de préservation et de valorisation du patrimoine marocain en plantes médicinales par séchage solaire convectif.

 "	Etude expérimentale et modélisation des isothermes de sorption et des  cinétiques de séchage solaire par convection forcée des plantes aromatiques et médicinales.
 "	Etude de la composition chimique des plantes fraîches et séchées.
 "	Etude de l'évolution de la qualité (couleur et sucres) des plantes médicinales lors d'un séchage solaire.
 "	Etude de la cinétique d'extraction des huiles essentielles des plantes aromatiques et médicinales.

3. Appareillage et Equipement 

 "	Appareillage pour l'acquisition du rayonnement solaire et des données météorologiques.
 "	Séchoir solaire convectif indirect pour le séchage  des plantes médicinales et aromatiques 
 "	Banc de détermination  des isothermes d'adsorption et de désorption par la méthode gravimétrique.
 "	Spectrophotomètre pour le dosage des principes actifs des produits frais et séchés.
 "	Dispositif complet d'extraction des huiles essentielles (Alambic de 10 Kg).

4. PARTICIPATION A DES PROJETS DE RECHERCHE

 ¢	Projet FIS à l'Ecole Normale Supérieure de Marrakech : réf. G/1311-2. (94-97)
	Titre du projet : Construction d'une étuve de séchage pour la détermination des vitesses de séchage

 ¢	Partenaire du Projet PROTARS I à la Faculté des Sciences et Techniques Guéliz (2000): N° P2T2/06
	Titre du projet : Séchage des produits agro-alimentaires et forestiers. Application aux plantes aromatiques et médicinales : simulation, diagnostic in situ et optimisation du procédé.

 ¢	Partenaire du Projet PROTARS II à la Faculté des Sciences Semlalia : N° P22/12 (2002)
	Titre du projet : Utilisation de l'énergie solaire pour le séchage de plantes médicinales et aromatiques. Conception et dimensionnement de séchoirs solaires appropriés en vue de la valorisation de ces ressources naturelles pour une meilleure conservation et une qualité optimale.

 ¢	Projet PROTARS III à l'ENS de Marrakech N° D12/34 (2004-2006)
	Titre du projet : Séchage solaire convectif et contrôle qualité des plantes aromatiques et médicinales de la pharmacopée traditionnelle pour une préservation optimale du patrimoine herboristique marocain destiné à une thérapeutique et à une cosmétique plus rationnelles.

 ¢	Projet Maroc-Tunisie 2005-2006 à l'Ecole Normale Supérieure de Marrakech (Réf. 04/MT/17)
	Titre du projet : Amélioration et régulation d'un séchoir solaire convecif approprié en vue de la valorisation des plantes médicinales et aromatiques pour une meilleure conservation et une qualité optimale.

	
B-L'EQUIPE DE PHYSICO-CHIMIE DES MATERIAUX

TITRE DE L'AXE DE RECHERCHE : Utilisation des argiles anioniques pour la fixation de polluants organiques et inorganiques. Etude comparative des matériaux et leur intérêt dans l'environnement						

I- PRESENTATION DE  L' AXE DE RECHERCHE 

 I.1. Description (état de l'art et problématique)

Le projet que nous développons fait suite a un travail mené dans le cadre d'une collaboration entre les partenaires marocains et leurs homologues français à savoir le laboratoire des matériaux inorganiques de l'université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand. Cette étude s'intègre dans un axe de recherche de ces équipes qui concerne l'application des argiles anioniques [Hydroxydes Doubles Lamellaires (HDL)] dans le domaine de l'environnement.
Les composés lamellaires (HDL), de par leur structure singulière et les multiples possibilités qui sont offertes pour faire varier leur composition chimique, ont fait l'objet de nombreux travaux. Leurs applications se manifestent dans la littérature par divers brevets et publications couvrant des domaines aussi variés que l'industrie pharmaceutique, la fabrication des polymères, la catalyse et l'électrochimie du solide (conduction protonique).
L'implication des argiles anioniques (HDL) dans le domaine de l'environnement peut être envisagée dans deux directions:
 -	les HDL peuvent être utilisés pour le piégeage de polluants chimiques organiques ou inorganiques,
 -	les HDL peuvent agir comme support ou catalyseur pour la dégradation de polluants chimiques.
Par le biais de ce travail, nous essayons de valoriser les propriétés des HDL dans le piégeage d'anions ou de molécules toxiques. En effet, avec une structure lamellaire, des capacités d'échange parmi les plus fortes chez les échangeurs ioniques, et une surface hydroxylée très réactive favorisant la chimisorption, les argiles anioniques sont des matériaux très intéressants pour l'adsorption et l'intercalation d'anions ou de molécules écologiquement indésirables. De plus, le greffage des oxo-anions par traitement thermique modéré ou la transformation en oxydes insolubles par décomposition thermique à plus haute température permet l'immobilisation complète des polluants concernés. Le recyclage des matériaux par calcination-reconstruction devrait favoriser l'accumulation des composés toxiques. Aussi, leur composition chimique leur procure des propriétés de matériaux inertes et non toxiques et par conséquent des propriétés écologiques intéressantes.
Pour apporter une contribution à la compréhension des phénomènes physico-chimiques qui déterminent la rétention des polluants par les HDL, nous sommes penchés plus particulièrement sur l'étude des possibilités d'élimination de quelques espèces chimiques polluantes de l'eau. Parmi ces espèces, on trouve celles utilisées dans les tanneries de Marrakech comme les chromates, bichromates ou dans l'agriculture de la région comme les pesticides (2,4-D; 2,4,5-T…), ou dans l'industrie comme les colorants (indigo carmine …)etc.	Les composés HDL présentent des caractéristiques spécifiques liées à leur structure lamellaire et leur capacité d'échange anionique très élevée, celles-ci les meilleursécminéraux
Les travaux que nous avons réalisés jusqu'ici dans le cadre de ce thème sont prometteurs 
Ils nous permettent de confirmer qu'il est possible :
 "	de synthétiser des matériaux de façon reproductible avec contrôle de leurs caractéristiques physico-chimiques (surface cristalline, microstructure, composition chimique, charge de surface,…)
 "	de choisir des matériaux avec des métaux qui présente un faible coût et des anions facilement échangeables.
 "	de contribuer à la proposition de solutions concrètes pour la protection de l'eau contre la pollution d'origine agricole ou industrielle à travers l'utilisation de matériaux simples et recyclables.
L'aboutissement de ce projet à ses fins à travers une étude approfondie de la sélectivité des polluants de types variés avec l'utilisation des argiles anioniques comme matériaux dépolluants, permettra de contribuer aux efforts de recherche déployés dans ce domaine et d'illustrer l'intérêt tant scientifique, économique qu'écologique que présentent ces matériaux.

 I.2. Objectifs

	a- Préparation de ces matériaux par des techniques de chimie douce, peu onéreuses, pour permettre de s'affranchir des contraintes d'approvisionnement (existent comme minéraux naturels mais peu abondants) et donner une grande latitude quant au choix de leur composition chimique (variétés des cations métalliques et d'anions interlamellaires).
	b- Choisir une méthode qui permet le contrôle de la composition du milieu réactionnel pour l'obtention de phases homogènes et qui assure de surcroît une bonne reproductibilité des synthèses ainsi qu'une bonne cristallinité des produits finaux qui peuvent être facilement caractérisés par DRX.
	c- Dégager l'ensemble des facteurs qui conditionnent les propriétés morphologiques, texturales et structurales du solide formé.
	d- Vérifier les propriétés d'échange anionique qui peuvent être mises à profit pour le piégeage de polluants organiques ou inorganiques.
	e- Dégager les facteurs qui jouent un rôle prépondérant dans les propriétés d'échange anionique et analyser par conséquent les modifications structurales et texturales résultantes.
	f- Exploiter les isothermes d'adsorption et de désorption pour déterminer la capacité de rétention des polluants par de tels matériaux et optimiser les conditions de rétention.
	g- Étudier la stabilité thermique des HDL pour déterminer la température limite de conservation de la structure lamellaire du matériau et de mettre en évidence les modifications structurales pour étudier la possibilité de donner des réactions de reconstruction de phases HDL après les procédés de calcination (régénération).
	h- Utiliser les argiles anioniques calcinées dans le processus de purification des eaux usées.
	i- Examiner l'influence des régénérations répétées de rétention, par échange avec des anions carbonate et calcination, sur la capacité de rétention et sur la structure cristalline de l'HDL utilisé.
	j- Mener une étude comparative de la rétention par les matériaux utilisés et une étude de la sélectivité par examen de la rétention de plusieurs types de polluants, présents dans un même mélange.
	k- Mener une étude comparative entre différents supports (HDL, charbon actif…), ceci permettra la conception de matériaux convenables pour la dépollution.

 I.3. Méthodologie

La réalisation de ce projet nécessite une bonne connaissance des modèles de synthèse qui jouent un rôle capital dans la réactivité des argiles anioniques (HDL). Dans ce cadre les méthodes de préparation ont été développées par les partenaires intervenants dans ce projet à savoir :
  "	Le montage de préparation de synthèse des HDL par coprécipitation à pH constant qui nécessite une burette automatique et un pH-mètre mené d'un régulateur.
  "	La séparation et la caractérisation des produits préparés nécessitent l'utilisation d'une centrifugeuse, d'un four et de différentes techniques : Rayons X, Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier, Microscopie électronique à balayage, Spectrométrie de masse, Thermogravimétrie, Méthode BET, Porosimétrie, Spectrophotométrie UV,….

Par ailleurs, l'étude de la rétention de polluants consiste à préciser le rôle des paramètres qui interviennent dans l'interaction de molécules de polluants avec les divers supports préparés (HDL). Pour cela, les caractéristiques physico-chimiques du système support-polluant ainsi que celles de la solution seront prises comme variables expérimentales (surface cristalline, morphologie, taille des cristallites, composition chimique, charge de surface, densité de charge du feuillet, nature de l'anion interfoliaire, pH, …). Dans ce cadre, les conditions de rétention et de désorption des différents supports vis-à-vis d'espèces polluantes seront optimisées en vue de l'application de ces matériaux comme dépolluants de l'eau. 
La détermination par DRX de l'espacement apparent des feuillets en fonction des quantités fixées, suivie par spectroscopie IR, apporte des précisions sur la localisation des polluants dans les espaces interfoliaires et/ou sur les surfaces externes des HDL.

L'élaboration de ce projet est le fruit d'une collaboration fructueuse, déjà existante, d'un grand nombre de chercheurs scientifiques expérimentés dans les domaines de l'étude des matériaux et leur application dans les procédés de dépollution (Equipe de Physico-Chimie des Matériaux - Ecole Normale Supérieure de Marrakech), (Equipe d'analyse des micropolluants organiques - Faculté des Sciences -Université Chouaib Doukkali - El Jadida).
Ce projet consolidera les rapports entre les équipes par le moyen des réunions et discussions entre eux sur l'état d'avancement des travaux de recherche, par le co-encadrement de thèse de doctorat et/ou DESA. Il permettra aux laboratoires partenaires du projet de s'équiper en matériels scientifiques complémentaires de manière rationnelle et de publier les travaux de recherche réalisés en commun. Ce projet impliquera également nos partenaires étrangers (Laboratoire des Matériaux Inorganiques de l'université Blaise Pascal de Clermont-Ferrand en France).

II- IMPACTS ET RETOMBEES EVENTUELS
 II.1. Impacts et retombées scientifiques

De l'intérêt croissant qu'ont actuellement les pouvoirs publics et les industriels à préserver les différents écosystèmes (atmosphère, eaux de mer, nappes phréatiques…), découlent différentes études plus orientées vers l'environnement et la dépollution, et ce afin de minimiser le rejet de produits susceptibles de mettre en danger ces écosystèmes. D'autre part, les nappes phréatiques sont constamment polluées autant par la multitude de produits utilisés dans les divers traitements agricoles (pesticides, agents fertilisants…) que par la décomposition de matières organiques naturelles (humus). Cette prise de conscience écologique est aussi partagée par la communauté scientifique, ceci est reflété par de nombreux travaux de recherche sur des matériaux stables capables de piéger efficacement le maximum de ces polluants tout en étant eux-mêmes sans danger pour l'environnement.

L'intérêt accordé à ces matériaux tant par les chercheurs que par les industriels est si grand qu'il est devenu actuellement possible de distinguer un champ scientifique propre à la chimie des HDL qui se sont élaborés à travers l'accumulation des études relatives à leurs préparations, à la caractérisation de leurs propriétés physico-chimiques et à leur capacité à fixer des espèces chimiques (macromolécules et petites organiques, ions anioniques simples,…).
L'axe de recherche proposé concerne les propriétés de rétention des HDL dont les applications concernent divers domaines en particulier le domaine de l'environnement. Il a pour but de préciser les mécanismes qui gouvernent la fixation de polluants tels les pesticides, les colorants, les détergents, les chromates, les nitrates, les phosphates, les arsenates ou les vanadates, par les différents solides préparés. Il présente un impact scientifique réel avec des applications dans le domaine de dépollution de l'eau et de l'environnement.

 II. 2. Impact socio-économique : contexte et valorisation attendue (le cas échéant)
Suite aux résultats des travaux réalisés jusqu'ici, il nous est possible de confirmer que les retombées socio-économiques de ce projet seraient fort intéressantes si toutefois le programme que nous entreprenons sera mené à terme. Cela permettrait entre autres de contribuer à la résolution des problèmes liés à l'environnement par :
  "	la sensibilisation du milieu économique de l'importance des domaines d'application des argiles anioniques (HDL) surtout pour le piégeage d'anions inorganiques simples comme les chromates, les nitrates, les phosphates, les arsenates ou les vanadates. Les HDL ont déjà montré aussi leur efficacité pour la dépollution des eaux naturelles tout en adsorbant des molécules organiques ou des éléments radioactifs sous forme anionique.
  "	le choix d'un procédé utilisant les HDL pour la rétention de contaminants de l'industrie de textiles, par l'intermédiaire de l'élimination de colorants et d'organotoxines, pour arriver à réaliser des économies importantes sur les eaux de lavage.
  "	le greffage des oxo-anions par traitement thermique modéré ou la transformation en oxydes insolubles par décomposition thermique à plus haute température permet l'immobilisation complète des polluants concernés. De plus, le recyclage des matériaux par calcination-reconstruction devrait favoriser l'accumulation des composés toxiques.
  "	la conception et la réalisation de matériaux convenables pour lutter contre la pollution.

III- MOYENS MATERIELS (Ecole Normale Supérieure de Marrakech)

  - CPV
  - Spectromètres UV-Visible,
  - Machine à glace
  - Polarographe
  - Rotavapor
  - Lampe UV
  - appareil de point de fusion Buchi, Banc de Koffler
  - balance de précision,
  - Verrerie de laboratoire et petits matériels ( agitateurs magnétiques, balance de précision, lampe UV, collecteur de fraction, pompe à vide, évaporateur rotatif,…….


C- EQUIPE  DES  NANOSTRUCTURES

AXES DE RECHERCHE

1. L'ELECTROLUMINESCENCE SOUS AVALANCHE
 1.1. Description (état de l'art et problématique).

	Les télécommunications optiques constituent l'un des axes de développement, de recherches modernes et d'actualité. Leur développement est lié à l'intégration sur un même dispositif de l'ensemble : émetteur, récepteur et l'électronique de commande.
Depuis longtemps, le Silicium a été mis à l'écart des applications en optoélectronique à cause de son gap indirect qui rend son rendement optique très faible comparé à celui des matériaux III-V à gap direct tels que l'Arséniure de Gallium (GaAs) et le Phosphure d'Indium (InP). Malgré le bon rendement optique de ces derniers matériaux, leur intégration sur un même substrat de Si pose de grands problèmes technologiques (désaccord de maille) pour la réalisation des circuits (VLSI). Donc le Si, malgré son inefficacité d'émission est le matériau le mieux placé pour répondre à ces besoins, vu son coût moins élevé et sa technologie bien maîtrisée. En plus, la grande majorité des  fonctions électroniques (circuits intégrés) est réalisée à partir du Si.
	Récemment, et avec l'évolution des technologies de la microélectronique, en particulier la miniaturisation des dispositifs et l'intégration à très grande échelle, la communauté scientifique a repris l'étude des émissions de lumière sous champ électrique fort à partir du Si. En effet, plusieurs travaux ont montré que l'électroluminescence (EL) sous avalanche peut-être un moyen efficace d'activer une émission visible dans le Si et dont l'intensité serait séduisant pour qu'elle soit utilisée comme une source de lumière dans les systèmes de télécommunication optique.
	Cette émission sous avalanche, même observée vers les années 1950, a commencé à être mieux comprise et peut donc être contrôlable. Nous avons en effet travaillé sur ce sujet depuis quatre ans et nous avons pu interpréter ces phénomènes d'El dans le Si et dans le GaAs. Notre mérite est d'avoir pour la première fois rendu compte de l'absorption importante de la lumière émise, dans le matériau lui même (phénomène d'auto absorption). Nous pouvons alors prétendre légitimement, pouvoir modifier ces phénomènes d'auto absorption par le contrôle de la profondeur de la jonction pour favoriser une émission importante dans le visible utile pour des applications en optoélectronique.
	Un autre aspect que nous pensons développer est l'utilisation de l'EL. Comme moyen de contrôle non destructif de la qualité des composants réalisés. En effet, il a été démontré que les phénomènes d'émission (Photoluminescence, Electroluminescence) sont très sensibles à la qualité des surfaces et des interfaces. Un moyen simple de contrôler, un wafer contenant des jonctions p-n, destinées à la réalisation de diodes ou de transistors, serait de faire une cartographie in - situ de leur signal d'EL. L'analyse de ce signal peut donc nous renseigner sur la qualité de la couche.
	Un autre paramètre technologique qu'on pourra facilement contrôler est la profondeur de la jonction. En effet, comme nous l'avons déjà publié, notre modèle permet d'estimer avec une bonne précision la profondeur des jonctions, qui jusqu'à aujourd'hui est  calculée à partir de modèles purement mathématiques.
	Ce projet constitue donc une possibilité pour les industriels d'intégrer un dispositif de mesure d'El, par ailleurs bon marché et simple, dans leurs chaînes de production.
Un autre aspect que nous souhaitons aussi aborder en parallèle avec les mesures et la modélisation des phénomènes d'émission sous champ fort, est la simulation des composants optoélectroniques et  de leur fonctionnement même en milieu agressif, en utilisant des logiciels industriels puissants. Ainsi nous pourrons suivre l'évolution des différents paramètres technologiques (profondeur de jonction, dopage, oxydation, … etc) et de voir leur effet sur les caractéristiques de nos composants. Nous pourrons aussi nous intéresser, en particulier, aux problèmes des irradiations sur les composants ce qui sera très utile pour prévoir et déterminer le fonctionnement des cellules solaires.
	En résumé, ce projet concernera l'étude de la luminescence sous champ électrique fort (électroluminescence) des dispositifs électroniques et optoélectroniques.
	Son but sera double :
	1- Voir si avec la réduction de la dimensionalité et la miniaturisation des composants on peut reprendre le silicium (Si) malgré son gap indirect comme émetteur de lumière, ou alors comment utiliser d'autres semi-conducteurs à gap direct tels que l'arséniure de gallium (GaAs) ou le phosphure d'indium (InP) pour une optique en combinant la micro-électronique du Si et les propriétés optiques de ces matériaux.
	2- Proposer l'électroluminescence (EL) comme moyen très sensible pour contrôler la qualité des composants électroniques et optoélectroniques au fur et à  mesure de leurs développements et la possibilité de l'intégrer dans une chaîne industrielle.
Ces deux objectifs seront réalisés à l'aide des modélisations et simulations (    80%) réalisées au Maroc et à l'aide de mesures expérimentales (   20%) effectuées dans  d'autres laboratoires étrangers notamment français.


2. BOITES QUANTIQUES SEMICONDUCTRICES POUR COMPOSANTS OPTOELECTRONIQUES
 2.1. Contexte du projet
	L'évolution actuelle de la microélectronique conduit naturellement vers une réduction des dimensions des composants. Les transistors doivent être de plus en plus petits et de plus en plus nombreux sur une même puce. Cette loi de tendance, que l'on connaît sous l'appellation "  loi de Moore " en microélectronique sur  Si, mais qui s'applique aussi en micro et optoélectronique III-V contraint. La mise en œuvre des matériaux et des dispositifs a été aux limites de la technologie. D'ici ne dizaine d'années, malgré un  développement " important des technologies de la microélectronique, il ne sera plus possible de se contenter d'une simple "  miniaturisation " des composants actuels. Des phénomènes nouveaux liés à la granularité de l'électricité, au nombre fini d'impuretés présentes à proximité des dispositifs, au transfert balistique des électrons deviendront primordiaux et devront être pris en compte. Ce constat justifie l'effort qui est fait actuellement dans les laboratoires de recherche et de développement vers la réalisation de composants aux dimensions submicroniques  voire nanométriques et la caractérisation des propriétés structurales, physiques et électroniques de ces composants.
	Différentes approches ont été proposées  dans la littérature scientifique. On peut les classer en deux catégories : les méthodes basées sur la fabrication d'objets nanométriques "artificiels ", à l'unité et reposant sur un développement extrême des procédés technologiques (donc très coûteux et non intégrable industriellement) et les techniques qui cherchent à exploiter des mécanismes de croissance " naturels " qui provoquent la séparation d'un matériau en une multitude de petits morceaux de dimensions nanométriques. De nombreuses recherches sont en cours qui explorent ces différentes voies. Sans vouloir faire une revue exhaustive, qui serait bien trop longue pour ce document, il semble que la croissance auto-organisée soit l'une des solutions les plus intéressantes actuellement.
	En effet, cette méthode s'appuie sur le fait que, dans certaines conditions, un dépôt très mince ne "  mouille " plus son support mais se sépare en un grand nombre de  " gouttelettes " dont la taille peut être de l'ordre de 3 à 30 nm, comme, par analogie, la condensation de l'eau sur une  lame de verre.
	La première observation de ces phénomènes remonte à 1985, pour des dépôts de InAs/GaAs. Ces observations ont depuis été étendues à de nombreux systèmes tels que InGaAs/GaAs,InAs/InP,GaN/AIN ainsi qu'à des semi-conducteurs II-VI CdSe/ZnSe et au système SiGe/Si. De ces premières études, il ressort qu'il est possible de réaliser des nanostructures auto organisées avec les semi-conducteurs IV-IV,III-V ou II-VI lorsqu'ils sont déposés en état de contrainte en compression sur leur support .Il est également rapidement apparu que la difficulté résidait dans le contrôle précis des tailles et de la densité des nano objets. Dans l'état actuel des recherches, il semble essentiel de relier les processus d'auto organisation à des paramètres physiques tels que l'état de contrainte, le mouillage sur le support, la température de dépôt.

	L'application à des composants électroniques suppose que le savoir faire acquis en croissance auto-organisée des nanostructures dans les structures contraintes puisse être transféré pour des dispositifs de la microélectronique ou de l'optoélectronique.
	Un travail de conception de structure à base de nonostructures est nécessaire à partir des propriétés physiques et électriques préalablement mesurées. Actuellement un effort international très important est mené pour développer des dispositifs constitués soit d'un plan d'îlots soit d'un empilement de plans de boîtes ou fils quantiques . Il est très important d'analyser les effets de couplage (latérale et vertical) et de confinement induits par ces nanostructures.

 2.2. La croissance auto-organisée

	Le  mécanisme de formation d'îlots est compris dans ses grandes lignes. Lors de la croissance épitaxique d'un film d'InAs, par exemple, sur GaAs la couche est fortement contrainte en compression puisque son paramètre de maille dans le plan  de croissance s'adapte à celui du  substrat. L'énergie élastique de compression croît donc avec l'épaisseur du film. Si le système reste parfaitement bidimensionnel, au delà d'une certaine épaisseur dite critique, l'énergie élastique est partiellement relaxée par l'apparition de dislocations de désaccord paramétrique qui se localisent à l'interface. Il existe cependant une autre façon de relaxer l'énergie de la couche par disparition du caractère bidimensionnel. En effet si la couche se fractionne en îlots plus épais mais de moindre étendue, chaque îlot est bordé par une surface libre qui autorise une certaine déformation et donc une réduction de l'énergie de contrainte élastique. Les simulations théoriques montrent en effet que pour un îlot dont l'épaisseur est égale à la dimension latérale la relaxation est complète.
	La relaxation élastique des contraintes par les faces latérales libres des îlots est donc le moteur du développement du mode de croissance 3D des couches contraintes. Ce mode de relaxation intervient généralement pour des valeurs de désaccord de maille supérieur à 2% pour lesquels le mode de croissance 3D précède la relaxation plastique par des dislocations. Après encapsulation ces îlots pourront être respectivement assimilés à des nanostructures de type boîtes et fils quantiques.

	Depuis la mise en évidence initiale de ces phénomènes dans le système InAs/GaAs des travaux ont montré que les îlots se formaient bien au dépens de la couche contrainte déposée et que plus la densité d'îlots était élevée, plus leur taille était petite, plus la distribution était régulière et plus la taille des îlots était elle-même régulière. Pour InGaAs sur un substrat GaAs, la taille et la séparation des îlots peuvent être contrôlées indépendamment dans la gamme mésoscopique sans perte d'uniformité de forme et de taille en ajustant la composition et l'épaisseur de la couche d'InGaAs. Des orientations spécifiques du substrat, telle que (311)B conduisent à une organisation et une homogénéité des îlots bien meilleures 2. La qualité cristalline des îlots réalisés se traduit par d'excellentes qualités optiques. Un ensemble d'îlots génère un groupe de raies très fines dont la position spectrale individuelle traduit la taille et la forme de l'îlot. A partir de ces constatations il est désormais acquis que la technique d'auto organisation est une méthode de préparation d'objets nanométriques simple et peu coûteuse, qui produit des îlots de grande qualité cristalline et potentiellement adaptés à l'exploitation de leurs propriétés optoélectroniques. N. Kirstaedter et al  ont récemment confirmé que des lasers à boîtes quantiques fabriqués par EJM par cette voie auto -organisée dans le système InAs possédaient de faibles courants de seuil.

Les deux méthodes les plus employées pour auto-organiser la croissance des îlots 3D des couches contraintes sont la croissance sur des surfaces vicinales  et la croissance sur des surfaces à fort indice de type (11n). En effet, les îlots 3D se développent préférentiellement à proximité de corrugations de surface telles que les marches des surfaces vicinales ou les pyramides qui se forment lors du facettage des surfaces à haut indice. La hauteur des bords de marche des surfaces vicinales et la formation des pyramides des surfaces (11n) sont la conséquence d'un mécanisme d'accumulation de marches (stepbunching). Ce mécanisme est à l'origine de modifications locales de la surface qui deviennent autant de sites de nucléation privilégiés pour les îlots 3D. L'auto organisation de ces îlots 3D passe donc par une auto organisation de ces corrugations de surface telles qu'un espacement régulier des marches des surfaces vicinales ou que des tailles régulières des pyramides des surfaces (11 n).

 2.3. Réalisation de composants optoélectroniques
	La préparation et l'étude de structures nanométriques sont d'une importance capitale pour les développements futurs de l'électronique et de l'optoélectronique. Les boîtes quantiques promettent des développements intéressants dans le domaine de l'optoélectronique. La réduction de densité d'états associée à la réduction de dimension doit amener une réduction de seuil des  lasers, comparable à celle qui avait été observée en passant du laser de type SCH au laser à puits quantique. Les matériaux de type III-V qui seront étudiés pour leurs propriétés électroniques et optiques, peuvent donc s'avérer des candidats utiles pour la réalisation de nouveaux composants optoélectroniques performants.

3. Etats polaroniques dans les nanostructures  (contrôle de la distribution spatiale des centres donneurs dans ces nanostructures)

Le travail de recherche consiste principalement à élaborer des models théoriques simulant des résultats expérimentaux faits sur des matériaux de dimensions réduites.
L'objectif est d'améliorer les propriétés physiques des ces matériaux pour leurs utilisation dans l'élaboration des dispositifs opto-électroniques et d'autres instrumentations micro-électronique.

La mésophysique consiste à étudier les propriétés essentiellement quantiques dans des échantillons de taille "nanométriques". Cette branche des sciences physiques  représente un champ de recherche très ouvert dont les enjeux, à la fois, fondamentaux sur la compréhension des mécanismes de base et appliqués dans le domaine de la microélectronique et de l'optoélectronique sont considérables.
La révolution faite par les structures à faibles dimensions dans la physique des semiconducteurs laisse les spécialistes faire entendre que l'usage de ces systèmes est un élément technologique clé dans la fabrication des dispositifs fonctionnels. Il en est de même dans le développement de la prochaine génération des circuits intégrés électroniques et photoniques requis par la société d'information.
Les techniques modernes de croissance des semi-conducteurs telles que l'épitaxie par jets moléculaires, utilisant des conditions de vide très poussé, ont conduit à une grande variété des structures semi-conductrices comme les puits quantiques et les microcavités,  les super-réseaux, les fils, les disques et les boîtes quantiques. Ces structures composées essentiellement de semi-conducteurs de type III-V, II-VI et I-VII engendrent des propriétés électroniques, optiques et de dynamique de réseaux trop variantes de celles éventuellement trouvées dans les composés massifs. Ces nouvelles propriétés dues aux dimensions restreintes ouvrent plusieurs perspectives concernant des applications au niveau des composants et plus spécialement dans les communications optiques et aussi la performance des lasers.
L'identification des propriétés intrinsèques ou extrinsèques de ces systèmes de basses dimensionalité plus particulièrement l'interaction à une échelle de temps ultra brève entre les porteurs, les phonons, les excitons et les photons fait actuellement l'objet de très nombreuses études. Dans ce cadre nous avons présenté une étude détaillée des effets de confinement et polaronique sur le spectre énergétique d'une impureté donneur peu profonde localisée dans une nanostructure à base de semiconducteurs polaires. Le modèle théorique établi est basé sur la technique variationnelle de Lee-Low-Pines adaptée au caractère quasi-unidimensionnel du
système tout en considérant la validité de l'approximation de la masse effective et du continuum diélectrique. Le couplage porteur de charge-phonons (phonon longitudinal optique et phonon optique de surface) affecte sensiblement les états d'impureté au fur et à mesure que la dimension du système est réduite. Nous avons aussi examiné l'effet magnétopolaronique sur les états de l'impureté tout en faisant le bon choix de la fonction d'onde électronique qui est valable quelle que soit l'intensité du champ magnétique. Un résultat important a été obtenu concernant la preuve que l'énergie de liaison de l'impureté est insensible au champ magnétique lorsque l'impureté est placée à la surface de la nanostructure ce qui pourrait rendre possible le contrôle de la distribution spatiale des centres donneurs dans ces nanostructures.
Les propriétés de l'exciton dans les nanostructures sont à la fois d'un grand intérêt théorique, se manifestant dans la compétition entre un potentiel de confinement à un corps et un potentiel Coulombien à deux corps, et pratique grâce à l'augmentation de l'énergie de liaison des excitons et leur stabilisation à température ambiante. Pour cette raison, nous avons présenté une extension du modèle théorique à l'étude des états excitoniques interagissant avec les phonons optiques confinés sous l'effet d'un champ magnétique extérieur. Les résultats obtenus montrent que le spectre excitonique est affecté par l'effet de confinement, l'effet des phonons LO confinés et la hauteur de la barrière de potentiel. La fonction enveloppe choisie nous a permis d'examiner les différents cas limites, Nous avons montré également qu'il existe un rayon et une hauteur de la boîte pour lesquels l'energie de
liaison est maximale. En dessous de ce rayon et cette hauteur, l'énergie de liaison décroît rapidement en raison de la pénétration de la fonction d'onde excitonique par effet tunel dans le matériau barrière. La correction polaronique, apportée par le phonons LO confinés à l'énergie de liaison de l'exciton, a été déterminée.
En relation avec les propriétés optiques, nous avons déterminés l'intensité de la photoluminescence intégrée en utilisant le modèle d'Arrhenius. Cette intensité est sensible à la dimension de la boîte, à la hauteur de la barrière de potentiel, à la température et aux modes de phonons.
La stabilité de l'exciton était à l'origine de nos préoccupations. Une forte sensibilité des états polaro-excitoniques à la variation de la température et la pression hydrostatique a été mise en évidence. Les énergies de l'état fondamentale, de la sous bande et de liaison de l'exciton ont été largement discutées, pour parvenir à prouver que la correction polaronique diminue avec l'augmentation de la température. Ceci nous a amené à évoquer à travers ces énergies une possible détection des raies excitoniques à température ambiante. Ce résultat est d'une grande importance scientifique et technologique, puisqu'il permet d'opérer à des ordres de températures bien appropriés et même de profiter des propriétés des excitons dans ces ordres et des conditions à choisir.
Nos résultats ont été présentés dans plusieurs conférences et publiés dans des revues spécialisées.
Dans le but d'explorer les propriétés magnéto-optiques de ces systèmes, nous avons étendu notre modèle théorique au problème d'un gaz d'électrons quasibidimensionnel. Nous avons calculé le temps de relaxation dans des puits quantiques à base de CdMgTe CdTe / et CdMgTe CdMnTe/. Différents mécanismes d'interactions ont été considérés. i. e., le couplage entre l'électron et les phonons optiques (confinés et interface) et les phonons acoustiques (piézoélectrique et potentiel de déformation).L'interaction de l'électron avec les centres d'impuretés est incluse. Nous distinguons des impuretés magnétiques et non-magnétiques. L'effet écran (Screening effect) est pris en compte. Nos résultats montrent que pour des champs magnétiques inférieurs à B=15T, le temps de relaxation présente une variation signifiante en fonction du champ magnétique. Cette variation est due à la complémentarité des différents mécanismes d'interactions. 
La présence des impuretés magnétiques dans un puits quantique à base de CdMgTe CdMnTe/ a un effet remarquable sur le spectre cyclotronique : ils induisent un élargissement des pics d'absorption.. Nos résultats sont en bon accord avec les résultats expérimentaux. A l'heure actuelle la compréhension des propriétés physiques des nanostructures à base des semi-conducteurs magnétiques dilués reste en effet très incomplète, et de nombreuses questions sont ouvertes sur le plan théorique et expérimental. Nous poursuivons donc l'étude de ces propriétés.


4. Description Nanocomposites
Le domaine des nano-technologies est un axe de recherche en plein essor qui représente une source potentielle d'applications technologiques, médicales, scientifiques, ... 
Equipe des Nanostructures  du Le laboratoire  d'Energétique Solaire et Matériaux (L.E.S.M) de l'École Normale Supérieure de Marrakech entend participer activement à ce secteur de recherche prometteur et en pleine expansion. En développant ainsi tout particulièrement des activités de recherche et des projets de coopération scientifique dans le domaine des nanomatériaux et des nanocomposites

 4.1. Nanocomposites à base de nanotubes
  Le laboratoire développe plusieurs projets de recherche sur les nanotubes et leur implication dans les propriétés physiques (mécaniques, thermiques, optiques et magnétiques) de divers nanocomposites.
 
 4.1.1. Nanocomposites biocompatibles
  On se propose d'étudier et de modéliser les propriétés physiques de nouveaux matériaux hybrides biocompatibles aux retombées prometteuses dans le domaine de la biophysique. 
Ces matériaux hybrides à base de polymères biocompatibles (PVA) et de nanotubes de carbone fonctionnalisés (par une protéine) ou non, ont déjà fait l'objet de caractérisations mécaniques au CRMD d'Orléans (France). 
Une collaboration avec ce laboratoire est fortement envisagée pour réaliser, au Maroc, la caractérisation des propriétés thermiques, électriques et optiques de ces matériaux nouveaux. Une opportunité intéressante pour la recherche en biophysique au Maroc.
Il est également envisagé d'étudier les propriétés magnétiques des ces matériaux en incluant dans ces nanocomposites des nanoparticules magnétiques produites au CRMD. Nous envisageons de nous joindre à ce projet en étudiant la conséquence, sur les propriétés magnétiques de ces nanocomposites, de l'introduction de catalyseurs magnétiques dès la synthèse des nanotubes de carbone.
 
 4.1.2. Nanocomposites à base de BNNT
  D'autres structures hétérogènes polymères-nanotubes attirent notre attention, ainsi les nanotubes à base de nitrure de bore (BNNT) sont des structures prometteuses qui méritent certainement l'intérêt de la communauté scientifique.
Peu d'études aussi bien théoriques qu'expérimentales ont  été menées sur les propriétés physico-chimiques des nanocomposites contenant des BNNT en proportions variables. 
Notre laboratoire espère participer à l'effort de recherche naissant dans ce type de composites à base de BNNT.


5. Nanomatériaux : points quantiques et fils quantiques
 5.1. Thermoélectricité à basse dimensionnalité
 Les propriétés de transport des structures à basse dimensionnalité sont gouvernées par les lois de la mécanique quantique. Ainsi le pouvoir thermoélectrique de nanofils de bismuth (quelques nm de diamètre) se trouve fortement augmenté par rapport à la très faible valeur obtenue pour le bismuth massif.
L'effet du confinement sur les propriétés de transport dans les structures 2D ou 1D peut encore être renforcé dans les situations de super-réseau ou de points quantiques.
On se propose de participer, au laboratoire, à l'effort de recherche naissant sur l'étude expérimentale et la modélisation des propriétés de transport des points quantiques et des super-réseaux. Les perspectives offertes par ces axes de recherche dans le domaine de la thermoélectricité et magnéto-calorique semblent très prometteuses.

 5.2. Propriétés magnétiques de nanoparticules encapsulées et confinées
  La déposition électro-chimique de nanoparticules de métal  à travers des membranes nano-poreuse permet la fabrication de nanostructures (nano-fils, nanotubes, nano-particules encapsulées,...) aux propriétés physiques innovantes, tout particulièrement dans le domaine de la magnéto-résistance et des propriétés de transport.
Le laboratoire espère participer à cet effort de recherche en collaboration avec le CRMD d'Orléans qui a élaboré et stabilisé des nanoparticules de bismuth métal de 4 nm dans de la silice mésoporeuse.