Propriétés Electro-mécaniques des Nanotubes de Carbone

With aims of modeling mechanical properties of carbon nanotubes in electric fields, we begin with molecular dynamics simulations using the AIREBO potential to investigate non-linear elastic behaviors and deformation of torsion of nanotubes. By the comparison between our results and those in the literature, we demonstrate the precision and the efficiency of this potential in large-scale atomic simulations.In a second step, we calculate the distribution of electric charges and dipoles in carbon nanotubes in presence of electrostatic fields, for which an atomic charge-dipole model is developed with a Gaussian convolution. We compare our theoretical results concerning the distribution of net electric charges in nanotubes with those from electrostatic force microscopy experiments. Quantitative agreement is achieved between theoretical predictions and experimental results.Finally, we combine the methods used in both previous parts to simulate deformations of nanotubes in electric fields. This topic is of great interest for the application of carbon nanotubes in nanoelectronics and nanoelectromechanical systems. The interplays between external fields, tube geometries and electrostatic deformations are clearly demonstrated in this thesis.Le but de cette thèse était de modéliser la réponse mécanique de nanotubes de carbone à des champs électriques. Nous avons commencé par utiliser le potentiel AIREBO dans des simulations de dynamique moléculaire afin d'étudier l'élasticité non-linéaire et la limite de déformation en torsion de divers nanotubes, en fonction de leur longueur, rayon et chiralité. Nous trouvons notamment que le module d'Young effectif des tubes décroît d'autant plus vite que la chiralité est faible. D'autre part, nous montrons que la limite de l'énergie stockable par atome lors de la torsion d'un tube est d'autant plus grande que le diamètre est petit.Nous modélisons ensuite, de façon atomistique, la distribution surfacique de charge électrique sur des nanotubes de carbone possédant une charge nette. Nous retrouvons notamment l'effet de pointe classique avec un très bon accord quantitatif avec des résultats expérimentaux obtenus par microscopie à force électrostatique.Par combinaison des méthodes utilisées dans les études précédentes, nous simulons la déflection de nanotubes semi-conducteurs et métalliques par un champ électrique extérieur, dans une configuration de type interrupteur moléculaire. L'effet des caractéristiques géométriques des tubes et du champ sur cette déflection ont été systématiquement étudiés.En outre, nous avons vu que des simulations de dynamique moléculaire avec le potentiel AIREBO permettent de retrouver quantitativement les énergies expérimentales d'adsorption du benzène, du naphtalène et d'anthracène sur le graphite. Ce type de simulation nous permet d'avancer sur la voie de la compréhension de la sélectivité de l'adsorption de certaines molécules surfactantes à plusieurs cycles benzéniques sur des nanotubes de chiralité donnée