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Ordered mesoporous silica films exhibiting vertically-aligned nanopore channels can be obtained by combining sol-gel chemistry, surfactant physico-chemical properties and electrode polarization, according to an electrochemically induced self-assembly mechanism. The method is based on the application of a cathodic potential likely to organize transient hemi-micelles of cationic surfactant onto the electrode surface and to induce simultaneously a pH increase inducing the polycondensation of silica precursors around the surfactant template at the electrode/solution interface, generating thereby the vertical growth of a mesoporous film.One can also combine this approach with “click chemistry” in order to generate functionalized mesoporous silica films with well-defined properties, giving rise to nanoscale reactors bearing a high number of easily accessible organofunctional groups. The accurate control of orientation and the versatility of the functionalization process open new avenues in applied fields such as sensors, semi-permeable membranes and nanotechnologies., Des films de silice organisés à l’échelle nanométrique et présentant une structure mésoporeuse verticalement orientée peuvent être obtenus en combinant la chimie sol-gel, la physico-chimie des tensioactifs et la polarisation d’électrode, selon un mécanisme d’auto-assemblage induit par électrochimie. La méthode est basée sur une polarisation cathodique conduisant à la formation transitoire d’hémi-micelles de tensioactif cationique à la surface de l’électrode et induisant une montée de pH à l’interface électrode/solution initiant la polycondensation des précurseurs inorganiques autour du porogène, résultant en une croissance orthogonale d’un film mésostructuré.Il est également possible de combiner cette approche avec la « chimie clic » pour générer des films mésoporeux fonctionnalisés à propriétés dédiées, donnant naissance à de véritables nanoréacteurs incorporant un grand nombre de groupements fonctionnels aisément accessibles. Le contrôle de l’orientation et la souplesse de fonctionnalisation ouvrent de nouvelles voies d’application dans des domaines tels que les capteurs, les membranes à perméabilité sélective et les nanotechnologies.

[eng] ROS (Reactive Oxygen Species), such as H2O2, HO● and O2-●, are naturally produced by the metabolism of living beings. However, they can appear in large quantities in the case of certain diseases (Alzheimer's, Parkinson's, sclerosis, cancer). Overproduction of ROS leads to higher cell mortality. Some microorganisms have an Mn-based enzyme capable of catalyzing the disproportionation reaction of H2O2 into O2 and H2O. Several molecules have been synthesized to reproduce this process, however very few of them are active in aqueous environment. Recently, polynuclear synthetic Mn species have been introduced into mesoporous silica to protect them from the environment. Thus, these complexes of Mn are stable and even see their catalytic activity increase. In order to persevere in this way, this thesis presents new compounds of formula [Mn(bpy)(AntCO2)2]n and [{Mn(bpy)(AntCO2)}2(µ-AntCO2)2(µ-OH2)] for MnII (chain and dinuclear respectively) and [Mn4O2(AntCO2)6(bpy)2(ClO4)2] for MnIII (tetranuclear) based on this concept. These compounds have two types of ligands, 2,2'-bipyridine, commonly found for similar compounds and 9-anthracene carboxylate, a fluorescent ligand added for theragnostic purposes. The resolution of the crystal structure of the MnII dinuclear compound shows a compression along the axis on the direction of the monodentate anthracene carboxylate. Moreover, by hydrolysis the one- dimensional system can be converted to the dinuclear compound. In the synthesis of the Mn(III) compound some oxidation of the anthracene is observed and two organic compounds are obtained, an anthraquinone and an ester formed by reaction between the quinone and the carboxylate. The manganese compounds were inserted into silica nanoparticles (NPs), resol (a polyphenol resin) -silica and carbon-silica hybrids in order to allow their vectorization and to study the compatibility of hybrid NPs with this type of system. This work explores the magnetic properties of the complexes and the luminescent properties of the coordination compounds and materials. The Mn(II) compounds show weak antiferromagnetic interaction, and the best way to differentiate these compounds is by EPR spectroscopy: the chain shows a unique band at g~2 while for the dinculear compound the spectrum is more complex, with several features at low fields. Magnetic properties of the Mn(III) compound confirms that it is a tetranuclear with butterfly type geometry with stronger antiferromagnetic interaction between the central ions than between central-terminal ions. The study of the porosity of the materials and the quantification of the presence of manganese inside the materials shows a good incorporation rate of the compounds. However it seems that the compounds are not present homogenously inside the support and that they are broken into smaller units. This is confirmed with the study of the magnetic properties of the hybrid [Mn]@NPs materials. In addition, fluoresecence measurement show that both the support and the compounds are luminescent but that both emission are strongly quenched when the compounds are inside the nanoparticles. The study of the optic properties of the materials show that a large amount of the compounds is released when the loaded silica and carbon-silica nanoparticles are redispersed in ethanol. However, resol-silica nanoparticles seem a lot more efficient to retain the complexes inside and apparently do not need further functionalization to achieve this goal. Finally, some preliminary test of disproportionation of H2O2 catalyzed by the manganese systems show low to moderate activity of Mn compounds in acetonitrile and paves the way for optimizing hybrid systems in aqueous media.

Nanoscience currently represent a growing area of research through the many applications for which they may be associated, particularly in the race for miniaturization of systems. In addition, it was quickly demonstrated that the physico-chemical properties of nanoscale materials are sometimes changed drastically, for example because of quantum effects occurring at sizes as small, but also because of confinement effects .Confinement of molecules or particles at the nanoscale therefore requires the manufacture of host materials with what to call containment sites, that is to say, sites with a size close to that of the system insert. This type of material is now relatively well known, and two families monopolize the interest, ie the mesoporous silica, and also recently used bioactive glasses based on silica having controlled characteristics that are host materials containment can be immersed in complex fluids such as synthetic blood plasma.To do this work several characterization techniques we need to apply, including the spread of X-rays and neutrons, the Scanning Electron Microscopy and Transmission, Infrared spectroscopy Transformed Fourier etc ...Moreover, in recent years, microfluidic systems were used to prepare double emulsions, microcapsules or microparticles, with the particularity to obtain highly monodisperse populations compared to those obtained with more traditional and controlled morphology techniques. In the pharmaceutical field, these capabilities are particularly interesting for the synthesis of controlled release to drugs. They enable polymer monodisperse particles encapsulating why the sudden release effect is decreased and have slower release rates than those observed with conventional manufacturing processes; Les nanosciences représentent, actuellement, un domaine de recherche en pleine expansion grâce aux nombreuses applications auxquelles elles peuvent être associées, et en particulier à la course à la miniaturisation des systèmes. De plus, il a rapidement été montré que les propriétés physico-chimiques des matériaux à l’échelle nanométrique sont modifiées parfois de manière drastique, à cause par exemple des effets quantiques apparaissant à des tailles aussi petites, mais aussi en raison des effets de confinement. Le confinement de molécules ou de particules à l’échelle nanoscopique nécessite donc la fabrication de matériaux hôtes possédant ce qu’il convient d’appeler des sites de confinement, c’est-à-dire des sites possédant une taille voisine de celle du système à insérer. Ce type de matériau est désormais relativement connu, et deux familles monopolisent l’intérêt, à savoir la silice mésoporeuse, aussi et récemment utilisé, les verres bioactifs à base de silice ayant des caractéristiques contrôlées qui constituent des matériaux hôtes de confinement qui peuvent être immergés dans des fluides complexes tel que le plasma sanguin synthétique. Pour réaliser ces travaux on a besoins d’appliquer plusieurs techniques de caractérisations telles que la diffusion des Rayons X et des Neutrons, la Microscopie Electronique à Balayage et à Transmission, la spectroscopie Infrarouge à Transformé de Fourier etc...De plus, ces dernières années, des systèmes microfluidiques ont été utilisés pour élaborer des émulsions doubles, des microcapsules ou des microparticules, avec la particularité d’obtenir des populations très monodisperses par rapport à celles obtenues avec des techniques plus traditionnelles et de morphologie contrôlée. Dans le domaine pharmaceutique, ces capacités sont particulièrement intéressantes pour la synthèse de médicaments à libération contrôlée. Elles permettent d’obtenir des particules monodisperses de polymère encapsulantes pour lesquelles l’effet de relargage brutal est diminué et qui possèdent des vitesses de relargage plus lentes que celles observées avec des procédés de fabrication conventionnels.

The objective of this PhD thesis is to understand the physico-chemical phenomena that govern the structural and porous properties of ordered mesoporous materials templated by polyion electrostatic complex micelles. It is defended that the sensitivity of the structure to the physico-chemical parameters of the system is due to the water content in the electrostatic complex which is in osmotic equilibrium with the synthesis medium. First, double-hydrophilic block copolymers (DHBC) were synthesized by ATRP controlled polymerization. They form polyion complex (PIC) micelles in the presence of oppositely charged polyelectrolytes such as the neomycin and oligochitosan weak bases. PIC micelles, colloidal analogues to coacervates, were characterized on a large range of concentration and their concomitant progressive compression was observed together with their ordering and finally their transition to lamellar phases. The core structure and composition were studied through the analysis of a model coacervate system, which macroscopically separates and results from complexation between neomycin and sodium polyacrylate. The coacervate contains up to 60 wt.% of water and exhibits the structure of a network of interpenetrated polymers. The water content in the coacervate depends on physicochemical conditions such as pH and concentration of the system, but also on the addition of osmolytes such as alcohol, PEG polymers or simple salts. A series of mesoporous materials were prepared and their structural and porous properties were modulated by simply varying the physicochemical conditions of the synthesis medium, with a unique DHBC/polyelectrolyte pair. Correlations between the volume fraction of the complex core of the mesogenic system and the obtained material structure could be established and it was shown that the contribution of water was highly significant. Increasing the water content in the coacervates induces an increase of the pore size in 2D hexagonal structures or favours the transition towards lamellar phases of lower curvature. As a conclusion, the synthesis of mesoporous materials mediated by the use of electrostatic complex micelles proved to be all the more environment-friendly as it uses water as the main porogen.; Ce travail de thèse porte sur la compréhension des phénomènes physico-chimiques régissant les propriétés poreuses et structurales de matériaux mésoporeux structurés par des micelles complexes de polyions (PIC). Nous défendons que la sensibilité de la structure aux conditions physico-chimiques est due à l’eau contenue dans les complexes électrostatiques en équilibre osmotique avec l’ensemble de la solution.Le travail a consisté à synthétiser par ATRP des copolymères double-hydrophiles (DHBC) POE-b-PAA séquencés neutre-acide faible. En présence d’un polyélectrolyte faible basique, tel que la néomycine ou des oligochitosans, ils forment des micelles PIC, analogues colloïdaux des coacervats. Nous avons caractérisé les micelles PIC de structure cœur-couronne sur une large gamme de concentration et observé leur compression progressive concomitante à leur ordonnancement et finalement leur transition vers des phases lamellaires. La composition du cœur a été étudiée grâce à un système modèle coacervat, macroscopiquement séparé, obtenu par mélange de PAA et de néomycine. Le coacervat contient jusqu’à 60% d’eau et présente la structure d’un réseau de polymères neutres enchevêtrés. La quantité d’eau contenue dans le coacervat dépend des conditions physico-chimiques telles que le pH et la concentration mais également de l’ajout d’osmolytes tels que de l’alcool, du PEG ou du sel. Une série de matériaux mésoporeux a été synthétisée et nous avons montré qu’il était possible de modifier les propriétés structurales et poreuses des matériaux en utilisant un système PIC (couple DHBC + polyélectrolyte) unique, en jouant sur la physico-chimie des solutions de synthèse. Nous avons donc mis en relation les fractions volumiques de cœur complexe du système mésogène et la structure des matériaux obtenus et avons montré que la contribution de l’eau était très significative. L’augmentation de la quantité d’eau dans les coacervats induit une augmentation de la taille des pores ou la transition vers des mésostructures lamellaires de courbures plus faibles. Ainsi la synthèse de matériaux mésoporeux structurés par des complexes électrostatiques s’avère d’autant plus respectueuse de l’environnement qu’elle utilise comme agent structurant principal l’eau.

In this work, we have first investigated the effect of both the crystallization conditions and of the hybrid mesophase treatment under ammonia atmosphere on the properties of mesoporous TiO2, for which the preparation was developed previously via a method combining Liquid Crystal Templating (LCT) and EISA mechanisms, using P123 as template. The photocatalysis efficiency of the materials crystallized under oxidizing conditions increases with the calcination temperature thanks to the enhancement of crystallinity and the growth of anatase particles. By contrast, when the crystallization is performed under pure nitrogen the anatase is not favored and the photocatalytic activity is governed by the materials’ specific surface area. We have also shown that during the mesoporous TiO2 synthesis, interactions between ammonia and amorphous titania promote the formation of rutile, which is a drawback for the transformation of amorphous titania into anatase. Consequently, when the treatment under ammonia is prolonged or when it is performed at high NH3 pressure, the activity of the photocatalysts recovered after crystallization under synthetic air decreases. The introduction of a second mesoporosity level enhances the degradation rate. In that case the diffusion and the accessibility of the dye molecules to the active sites are favored. Catalysts for gazole hydrodesulfurization have also been designed by dispersing the active MoS2 phase onto the surface of the mono and dual mesoporous titania. The obtained catalysts have been tested for the hydrodesulfurization of dibenzothiophene (DBT) and 4,6-dimethyldibenzothiophene (46DMDBT), used as model molecules. We highlight that thanks to the intrinsic Brönsted acidity, the CoMoS/mesoporous TiO2 catalysts favor the direct desulfurization route of 46DMDBT, in contrary to the conventional CoMoS/alumina catalyst. The synthesis procedure developed for mesoporous TiO2 has also been adapted for the preparation of mesoporous ZrO2. However, only mesoporous materials with a wormhole-like structure have been obtained. This phenomenon is likely due to the presence of propanol contained in the source of the inorganic precursor. We have also incorporated tin into the zirconia framework. The presence of thin favors the crystallization of ZrO2, Dans ce travail, nous nous sommes tout d’abord intéressés à l’influence du traitement de la mésophase hybride sous ammoniac et des conditions de cristallisation sur les propriétés d’oxydes de titane mésoporeux. Le protocole de synthèse de ces matériaux a été mis au point auparavant au laboratoire à l’aide d’une méthode combinant le mécanisme transcriptif à partir des cristaux liquides du copolymère bloc P123 et la méthode EISA. Une cristallisation sous atmosphère oxydante, augmente le degré de cristallinité et favorise une croissance des particules d’anatase. En conséquence, la photodégradation du méthylorange, utilisé comme molécule modèle est augmentée. Lorsque la cristallisation est réalisée sous azote pur, l’anatase n’est pas favorisée et la photoactivité est alors gouvernée par la surface spécifique des matériaux. Nous avons également montré qu’au cours de la synthèse, l’interaction de NH3 avec le titane amorphe promeut la formation de la structure rutile de TiO2 et défavorise par conséquent la cristallisation sous forme anatase. Par conséquent lorsque le traitement sous ammoniac de la mésophase hybride est prolongé ou lorsqu’ il est réalisé à pression élevée, l’activité photocatalytique des oxydes de titane, obtenus après cristallisation du TiO2 amorphe sous air synthétique, diminue. L’introduction d’un second niveau de mésoporisité permet d’accroitre l’efficacité des photocatalyseurs, car la diffusion et l’accès aux sites actifs des molécules de colorant sont améliorés. Les matériaux à double mésoporisité présentent une activité photocatalytique deux fois et demie supérieure à celle des oxydes de titane mésoporeux monomodaux. Des catalyseurs pour l’hydrodésulfuration des gazoles ont également étés conçus en dispersant la phase active MoS2 à la surface des oxydes de titane mésoporeux mono- et bimodaux. Le dibenzothiophène (DBT) et le 4,6-diméthylbenzodiophène (46DMDBT) ont été utilisées comme molécules modèles. Contrairement au catalyseur conventionnel MoS2/Al2O3, pour lequel l’hydrodésulfuration se produite selon la voie hydrogénante, grâce à la présence de sites acides de Brönsted, les catalyseurs supportés sur TiO2 mésoporeux favorisent la désulfurisation directe du 46DMDBT. Pour terminer, la méthode de synthèse mise au point pour TiO2 a été transposée à l’oxyde de zirconium. Toutefois, dans ce cas seul un arrangement vermiforme des canaux est obtenu. Ce phénomène est probablement lié à la présence du propanol contenu dans la source du précurseur inorganique. L’incorporation d’étain au sein des zircones mésoporeuses a également été réalisée et nous avons mis en évidence que cet élément est favorable à la cristallisation de ZrO2

New materials based on silica oxides (mesoporous silica SBA-15, magnetic core-shell nanoparticles) combined with nucleophilic hybrids of (vacant) polyoxometalates were elaborated for applications in the field of anchored homogeneous catalysis for mild oxidations reactions. The main parameter taken into account was the formation of a covalent bond between the support and the POMs. Two different pathways were followed depending upon the support used for the covalently grafting of POMs. Firstly, Keggin type POMs bearing carboxylic acid functions were grafted onto amino-functionalized SBA-15. Using the same support, other covalent immobilization methods were tried out, such as the use of a cross-linker. Secondly, hybrid nanocatalysts based on magnetic core-shell nanoparticles grafted with POMs were synthesized. All materials were characterized by a wide variety of physicochemical techniques. By HR TEM, the POMs were localized inside the pores of SBA-15 and onto the surface of magnetic core shell NPs, showing an excellent nanostructuration on the surface of both materials. Furthermore, the catalytic activity of the synthesized anchored homogeneous catalysts has been evaluated through the epoxidation of cyclooctene and cyclohenexe with H2O2 in acetonitrile, resulting in fairly good conversions in some cases, compared to the homogeneous systems used in this study. Finally, particular attention was paid to the excellent catalytic behavior of POMs bearing carboxylic acid functions compared to other POMs of the same family. Thus, DFT calculations were performed in order to identify the cause of this enhanced reactivity.; De nouveaux matériaux à base de silice (silice mésoporeuse SBA-15 et nanoparticules coeur-coquille) associés à des hybrides de polyoxométallates lacunaires ont été élaborés pour des applications relavant de la catalyse homogène supportée, lors de réactions d'oxydation douce. Le critère principal a été la formation de liaisons covalentes entre les POMs et les deux types de supports utilisés. Des POMs à structure de Keggin portant des fonctions acide carboxylique ont été greffés sur des SBA-15 fonctionnalisées par des amines. Ce même support a été ensuite utilisé pour d'autres stratégies d'immobilisation covalente, comme l'utilisation d'un agent de réticulation. En parallèle, des nanocatalyseurs hybrides on été synthétisés par l'association de nanoparticules coeur-coquille magnétiques et de POMs. Tous ces matériaux ont été caractérisés par une large gamme de techniques physicochimiques. L'utilisation de la microscopie électronique par transmission haute résolution a permis de localiser les POMs à l'intérieur des pores de la SBA-15 et à la surface des nanoparticules magnétiques, montrant ainsi une très bonne nanostructuration à leur surface. L'activité catalytique des catalyseurs homogènes supportés synthétisés a été évaluée au travers de l'époxydation du cyclooctène et du cyclohexène par H2O2 dans l'acétonitrile. De bonnes conversions ont ainsi été obtenues dans certains cas, en comparaison avec les systèmes homogènes testés lors de ce travail. Une attention particulière a été portée aux bonnes performances catalytiques du POM portant des fonctions acide carboxylique. Des calculs DFT ont ainsi été réalisés afin d'identifier la cause de cette réactivité particulière.

New materials based on silica oxides (mesoporous silica SBA-15, magnetic core-shell nanoparticles) combined with nucleophilic hybrids of (vacant) polyoxometalates were elaborated for applications in the field of anchored homogeneous catalysis for mild oxidations reactions. The main parameter taken into account was the formation of a covalent bond between the support and the POMs. Two different pathways were followed depending upon the support used for the covalently grafting of POMs. Firstly, Keggin type POMs bearing carboxylic acid functions were grafted onto amino-functionalized SBA-15. Using the same support, other covalent immobilization methods were tried out, such as the use of a cross-linker. Secondly, hybrid nanocatalysts based on magnetic core-shell nanoparticles grafted with POMs were synthesized. All materials were characterized by a wide variety of physicochemical techniques. By HR TEM, the POMs were localized inside the pores of SBA-15 and onto the surface of magnetic core shell NPs, showing an excellent nanostructuration on the surface of both materials. Furthermore, the catalytic activity of the synthesized anchored homogeneous catalysts has been evaluated through the epoxidation of cyclooctene and cyclohenexe with H2O2 in acetonitrile, resulting in fairly good conversions in some cases, compared to the homogeneous systems used in this study. Finally, particular attention was paid to the excellent catalytic behavior of POMs bearing carboxylic acid functions compared to other POMs of the same family. Thus, DFT calculations were performed in order to identify the cause of this enhanced reactivity.; De nouveaux matériaux à base de silice (silice mésoporeuse SBA-15 et nanoparticules coeur-coquille) associés à des hybrides de polyoxométallates lacunaires ont été élaborés pour des applications relavant de la catalyse homogène supportée, lors de réactions d'oxydation douce. Le critère principal a été la formation de liaisons covalentes entre les POMs et les deux types de supports utilisés. Des POMs à structure de Keggin portant des fonctions acide carboxylique ont été greffés sur des SBA-15 fonctionnalisées par des amines. Ce même support a été ensuite utilisé pour d'autres stratégies d'immobilisation covalente, comme l'utilisation d'un agent de réticulation. En parallèle, des nanocatalyseurs hybrides on été synthétisés par l'association de nanoparticules coeur-coquille magnétiques et de POMs. Tous ces matériaux ont été caractérisés par une large gamme de techniques physicochimiques. L'utilisation de la microscopie électronique par transmission haute résolution a permis de localiser les POMs à l'intérieur des pores de la SBA-15 et à la surface des nanoparticules magnétiques, montrant ainsi une très bonne nanostructuration à leur surface. L'activité catalytique des catalyseurs homogènes supportés synthétisés a été évaluée au travers de l'époxydation du cyclooctène et du cyclohexène par H2O2 dans l'acétonitrile. De bonnes conversions ont ainsi été obtenues dans certains cas, en comparaison avec les systèmes homogènes testés lors de ce travail. Une attention particulière a été portée aux bonnes performances catalytiques du POM portant des fonctions acide carboxylique. Des calculs DFT ont ainsi été réalisés afin d'identifier la cause de cette réactivité particulière.

Non-hydrolytic sol-gel (NHSG) provides useful alternatives to conventional sol-gel routes. In particular, the ether route based on the reaction of chloride or oxychloride precursors with ether oxygen donors is a well-established method for the preparation of mesoporous oxides and mixed-oxides. Li-ion batteries are ubiquitous in the field of electrochemical energy storage, from mobile devices to electric and hybrid vehicles. However, commercial electrode materials do not fulfill all the requirements needed for high-power applications. TiO2 is as a promising material to replace graphite anodes in high-power Li-ion batteries, despite its poor electronic conductivity, which must be improved. In this context, the objective of this PhD thesis is the conception of different TiO2-based electrode materials benefitting from NHSG advantages. Two different approaches were developed, using the ether route in the absence of any solvent or additive. First, hierarchical mesoporous oxides, TiO2 and TiO2-V2O5, were synthesized by calcination of xerogels in air. Secondly, mesoporous nanocomposites built of carbon-coated TiO2 nanoparticles were obtained by pyrolysis under argon of the xerogels; in this case, the ether is used for the first time as both as an oxygen donor and a carbon source. The texture and the structure of the resulting materials were characterized by N2 physisorption, electron microscopy, XRD, and Raman spectroscopy. TiO2/C samples were further analyzed by TGA and 13C CPMAS-NMR. Galvanostatic cycling at different current rates was performed to determine the electrochemical performances in lithium insertion-deinsertion., Le procédé sol-gel non-hydrolytique (SGNH) offre une alternative intéressante au procédés sol-gel classiques. Notamment, la « voie éther », impliquant la réaction de précurseurs chlorures ou oxychlorures avec avec un éther comme donneur d’oxygène, est une méthode simple et efficace pour la préparation d’oxydes et d’oxydes mixtes mésoporeux. Les batteries Li-ion sont omniprésentes aussi bien dans des applications portables que pour des véhicules électriques ou hybrides. Cependant, les performances des électrodes commerciales sont insuffisantes pour des applications haute puissance. TiO2 est un candidat prometteur pour remplacer les anodes de graphitie dans les batteries Li-ion, mais sa conductivité électronique doit être améliorée. L’objectif de ce travail de thèse est d’utiliser les avantages du procédé SGNH pour préparer des matériaux d’électrodes à base de TiO2. Deux approches ont été explorées, mettant en jeu la voie éther en l’absence de tout solvant ou additif. Premièrement, des oxydes mésoporeux à structure hiérarchique, TiO2 et TiO2-V2O5, ont été synthétisés par calcination des xérogels. Deuxièmement, des nanocomposites mésoporeux constitués de nanoparticules de TiO2 recouvertes d’un film de carbone ont été obtenus par pyrolyse sous atmosphère d’argon, l’éther jouant le rôle de donneur d’oxygène et aussi, pour la première fois, de source de carbone. Les matériaux ont été caractérisés par physisorption d’azote, microscopie électronique, DRX, spectroscopie Raman, ATG ainsi que par RMN 13C CPMAS pour les nanocomposites. Les performances en insertion-désinsertion du lithium ont été étudiées par cyclage galvanostatique à différentes densités de courant.

Non-hydrolytic sol-gel (NHSG) provides useful alternatives to conventional sol-gel routes. In particular, the ether route based on the reaction of chloride or oxychloride precursors with ether oxygen donors is a well-established method for the preparation of mesoporous oxides and mixed-oxides. Li-ion batteries are ubiquitous in the field of electrochemical energy storage, from mobile devices to electric and hybrid vehicles. However, commercial electrode materials do not fulfill all the requirements needed for high-power applications. TiO2 is as a promising material to replace graphite anodes in high-power Li-ion batteries, despite its poor electronic conductivity, which must be improved. In this context, the objective of this PhD thesis is the conception of different TiO2-based electrode materials benefitting from NHSG advantages. Two different approaches were developed, using the ether route in the absence of any solvent or additive. First, hierarchical mesoporous oxides, TiO2 and TiO2-V2O5, were synthesized by calcination of xerogels in air. Secondly, mesoporous nanocomposites built of carbon-coated TiO2 nanoparticles were obtained by pyrolysis under argon of the xerogels; in this case, the ether is used for the first time as both as an oxygen donor and a carbon source. The texture and the structure of the resulting materials were characterized by N2 physisorption, electron microscopy, XRD, and Raman spectroscopy. TiO2/C samples were further analyzed by TGA and 13C CPMAS-NMR. Galvanostatic cycling at different current rates was performed to determine the electrochemical performances in lithium insertion-deinsertion.; Le procédé sol-gel non-hydrolytique (SGNH) offre une alternative intéressante au procédés sol-gel classiques. Notamment, la « voie éther », impliquant la réaction de précurseurs chlorures ou oxychlorures avec avec un éther comme donneur d’oxygène, est une méthode simple et efficace pour la préparation d’oxydes et d’oxydes mixtes mésoporeux. Les batteries Li-ion sont omniprésentes aussi bien dans des applications portables que pour des véhicules électriques ou hybrides. Cependant, les performances des électrodes commerciales sont insuffisantes pour des applications haute puissance. TiO2 est un candidat prometteur pour remplacer les anodes de graphitie dans les batteries Li-ion, mais sa conductivité électronique doit être améliorée. L’objectif de ce travail de thèse est d’utiliser les avantages du procédé SGNH pour préparer des matériaux d’électrodes à base de TiO2. Deux approches ont été explorées, mettant en jeu la voie éther en l’absence de tout solvant ou additif. Premièrement, des oxydes mésoporeux à structure hiérarchique, TiO2 et TiO2-V2O5, ont été synthétisés par calcination des xérogels. Deuxièmement, des nanocomposites mésoporeux constitués de nanoparticules de TiO2 recouvertes d’un film de carbone ont été obtenus par pyrolyse sous atmosphère d’argon, l’éther jouant le rôle de donneur d’oxygène et aussi, pour la première fois, de source de carbone. Les matériaux ont été caractérisés par physisorption d’azote, microscopie électronique, DRX, spectroscopie Raman, ATG ainsi que par RMN 13C CPMAS pour les nanocomposites. Les performances en insertion-désinsertion du lithium ont été étudiées par cyclage galvanostatique à différentes densités de courant.

The objective of this PhD thesis is to understand the physico-chemical phenomena that govern the structural and porous properties of ordered mesoporous materials templated by polyion electrostatic complex micelles. It is defended that the sensitivity of the structure to the physico-chemical parameters of the system is due to the water content in the electrostatic complex which is in osmotic equilibrium with the synthesis medium. First, double-hydrophilic block copolymers (DHBC) were synthesized by ATRP controlled polymerization. They form polyion complex (PIC) micelles in the presence of oppositely charged polyelectrolytes such as the neomycin and oligochitosan weak bases. PIC micelles, colloidal analogues to coacervates, were characterized on a large range of concentration and their concomitant progressive compression was observed together with their ordering and finally their transition to lamellar phases. The core structure and composition were studied through the analysis of a model coacervate system, which macroscopically separates and results from complexation between neomycin and sodium polyacrylate. The coacervate contains up to 60 wt.% of water and exhibits the structure of a network of interpenetrated polymers. The water content in the coacervate depends on physicochemical conditions such as pH and concentration of the system, but also on the addition of osmolytes such as alcohol, PEG polymers or simple salts. A series of mesoporous materials were prepared and their structural and porous properties were modulated by simply varying the physicochemical conditions of the synthesis medium, with a unique DHBC/polyelectrolyte pair. Correlations between the volume fraction of the complex core of the mesogenic system and the obtained material structure could be established and it was shown that the contribution of water was highly significant. Increasing the water content in the coacervates induces an increase of the pore size in 2D hexagonal structures or favours the transition towards lamellar phases of lower curvature. As a conclusion, the synthesis of mesoporous materials mediated by the use of electrostatic complex micelles proved to be all the more environment-friendly as it uses water as the main porogen., Ce travail de thèse porte sur la compréhension des phénomènes physico-chimiques régissant les propriétés poreuses et structurales de matériaux mésoporeux structurés par des micelles complexes de polyions (PIC). Nous défendons que la sensibilité de la structure aux conditions physico-chimiques est due à l’eau contenue dans les complexes électrostatiques en équilibre osmotique avec l’ensemble de la solution.Le travail a consisté à synthétiser par ATRP des copolymères double-hydrophiles (DHBC) POE-b-PAA séquencés neutre-acide faible. En présence d’un polyélectrolyte faible basique, tel que la néomycine ou des oligochitosans, ils forment des micelles PIC, analogues colloïdaux des coacervats. Nous avons caractérisé les micelles PIC de structure cœur-couronne sur une large gamme de concentration et observé leur compression progressive concomitante à leur ordonnancement et finalement leur transition vers des phases lamellaires. La composition du cœur a été étudiée grâce à un système modèle coacervat, macroscopiquement séparé, obtenu par mélange de PAA et de néomycine. Le coacervat contient jusqu’à 60% d’eau et présente la structure d’un réseau de polymères neutres enchevêtrés. La quantité d’eau contenue dans le coacervat dépend des conditions physico-chimiques telles que le pH et la concentration mais également de l’ajout d’osmolytes tels que de l’alcool, du PEG ou du sel. Une série de matériaux mésoporeux a été synthétisée et nous avons montré qu’il était possible de modifier les propriétés structurales et poreuses des matériaux en utilisant un système PIC (couple DHBC + polyélectrolyte) unique, en jouant sur la physico-chimie des solutions de synthèse. Nous avons donc mis en relation les fractions volumiques de cœur complexe du système mésogène et la structure des matériaux obtenus et avons montré que la contribution de l’eau était très significative. L’augmentation de la quantité d’eau dans les coacervats induit une augmentation de la taille des pores ou la transition vers des mésostructures lamellaires de courbures plus faibles. Ainsi la synthèse de matériaux mésoporeux structurés par des complexes électrostatiques s’avère d’autant plus respectueuse de l’environnement qu’elle utilise comme agent structurant principal l’eau.

The design of heterobimetallic luminescent complexes has gained growing interest in recent years due to their unique photophysical properties. More specifically, the development of heterobimetallic complexes using d-block chromophores to sensitize the near-infrared (NIR) emission of lanthanide complexes (such as Nd(III) and Yb(III)) has received significant attention taking into account their longer emission wavelengths and the interest of the NIR emission which penetrates human tissue more effectively than UV light. These properties give them potential applications in medical diagnostics or biomedical assays. Transitions to excited state levels of transition metal complexes occurring in the visible and characterized by large absorption coefficients, could efficiently sensitize f-f levels of Ln(III) ions. In this work new d-f heterobimetallic complexes containing silylated ligands were prepared supported on silica materials. [Ru(bpy)2(bpmd)]Cl2 (labeled Ru), [Ru(bpy)(bpy-Si)(bpmd)]Cl2 (labeled RuL) and [Ln(TTA-Si)3] (labeled LnL3) and d-f heterobimetallic complexes, Ru-LnL3 and Ln-RuL (Ln = Nd3+, Yb3+) were prepared. Structural characterization was carried out by Raman Scattering, 1H and 13C NMR spectroscopies. Results obtained from 1H-13C HMBC and HSQC correlation NMR spectra confirm the formation of proposed complexes. Photophysical properties studies highlight the efficiency of Ru-Ln energy transfer processes in NIR-emitting lanthanide complexes mediated by conjugated bridging ligand (2,2'-bipyrimidine). Lifetime measurements were carried out and values of quantum yield for energy transfer (?ET) between 30 and 84 % could be evaluated. ?ET of 73.4 % obtained for the Yb-RuL complex is the largest value reported for Ru(II)-Yb(III) heterobimetallic complexes so far. Grafting on different silica matrix was also demonstrated. SiO2-Ru, SiO2-NdL3 and SiO2-YbL3 nanohybrids were obtained with grafting efficiencies from 0.08 to 0.18 mmol g-1 of silica.[...]; Le design de complexes luminescents hétérobimétalliques a suscité un intérêt croissant ces dernières années en raison de leurs propriétés photophysiques uniques. Dans ces complexes de Nd (III) ou Yb (III) associés à des chromophores du bloc d, la forte émission du métal de transition dans le visible est utilisée pour sensibiliser de façon efficace les niveaux f-f du lanthanide(III) qui émet à son tour dans le visible ou l'IR selon la terre rare. Plus spécifiquement l'attention s'est focalisée sur le développement de complexes hétérobimétalliques d-f pour l'émission dans le proche infrarouge (NIR). En effet le proche infrarouge, comparé à l'UV, pénètre plus facilement les tissus biologiques humains notamment la peau. Bien que de telles propriétés confèrent à ces complexes bimétalliques un fort potentiel pour le diagnostic médical, aucun complexe hétérobimétallique d-f greffé de façon covalente à une matrice de silice n'a été décrit. Dans ce travail de nouveaux complexes hétérobimétalliques d-f contenant des ligands silylés ont été préparés et greffés sur la silice. Les complexes monomères [Ru(bpy)2(bpmd)]Cl2 (noté Ru), [Ru(bpy)(bpy-Si)(bpmd)]Cl2 (noté RuL) et [Ln(TTA-Si)3] (noté LnL3) et les complexes hétérobimétalliques d-f Ru-LnL3 et Ln-RuL (Ln = Nd3+, Yb3+) ont été préparés. La caractérisation des complexes a été effectuée par spectroscopie Raman, RMN 1H et 13C RMN. Les spectres RMN 1D 1H et 13C NMR ainsi que 2D de corrélation HSQC confirment les structures proposées. L'étude des propriétés photophysiques met en évidence l'émission de l'élément lanthanide dans le proche infrarouge ainsi que l'efficacité du processus de transfert d'énergie Ru-Ln qui est facilité par le ligand (2,2'-bipyrimidine). Les mesures de durée de vie et de rendement quantique (ΦET) pour le transfert d'énergie indiquent des valeurs remarquables comprises entre 30 et 84 %. La valeur du rendement quantique (ΦET) du complexe d'Yb-RuL, 73,4 %, est à ce jour la plus grande valeur rapportée pour un complexe hétérobimétallique Ru (II)-Yb (III). Le greffage sur différentes matrices de silice, mésoporeuse SiO2 ou dense SiO2 d, a été réalisé. Les nanohybrides SiO2-RuL, SiO2-NdL3 et SiO2-YbL3 ont été obtenus avec des taux de greffage allant de 0,08 à 0,18 mmol de complexe par gramme de silice. [...]

The objective of this work is the conception of emulsion catalysed by Pickering nanoparticles inorder to synthetize biosurfactant. Our strategy was based on functionalised mesoporous materials(MCM-41). These materials combine both emulsion stabilisation and reaction catalysis.After a bibliographic study on glycerol, surfactants, Pickering emulsions and mesoporousmaterials; our strategy was to functionalise these materials. After charaterisation, these materialswere tested in bipohasic model reactions (acetalysation and ester hydrolysis). We come to the end of this study by testing these catalysts in our target reaction (glycerol etherifaction from fattyalcohol).The MCM-41 was synthetized by using a microwave heating. The grafted functions on our materials can both make several hydrophilic-hydrophobic materialsas possible and provided them some catalytic functions. The nanoparticles were characterized byTGA, BET, XRD, elemental analysis, acidity and particle size.Catalyst from Aerosil® 200 and carbon nanoparticles were also tested. A long alkyl chain (C18) and small nanoparticles (Aerosil® 200 and carbon nanoparticles) supportthe emulsion’s stability. Nevertheless, the porous inside our materials is not interesting on acatalytic point of view.; L’objectif de cette thèse consiste à mettre en place un système d’émulsion catalysé par des nanoparticules de Pickering afin de synthétiser des tensioactifs bio sourcés. Pour cela nous nous sommes intéressés à des matériaux mésoporeux fonctionnalisés (de type MCM-41). Ces matériaux favorisent la formation des émulsions tout en catalysant la réaction.Après une étude bibliographique sur le glycérol, les tensioactifs, les émulsions de Pickering et les matériaux mésoporeux, nous nous sommes intéressés à la synthèse et à la fonctionnalisation de ces matériaux. Puis après les avoir caractérisés, nous les avons testés dans des réactions modèles biphasiques (acétalysation et hydrolyse d’ester). Enfin, nous avons terminé cette étude en testant ces catalyseurs dans notre réaction cible (éthérification du glycérol par des alcools gras). La MCM-41 a été synthétisée en utilisant un chauffage micro-onde.Les fonctions greffées sur nos matériaux ont permis de faire varier la balance hydrophile hydrophobe de nos matériaux tout en leur fournissant une fonction catalytique. Les nanoparticules ont été caractérisées par leur ATG, BET, DRX, analyse élémentaire, acidité et tailles des particules.Des catalyseurs à base d’Aerosil® 200 et de Nanoparticules de carbone ont également été testés.Une longue chaine alkyke (C18) et des nanoparticules de petites tailles (Aerosil® 200 et nanoparticules de carbone) favorisent la stabilité des émulsions. Cependant la présence de pores dans nos matériaux n’apporte pas d’avantage catalytique déterminant.

In this work we will study in detail the properties of the mesoporous TiO2 materials, for which the preparation was developed previously via a method combining Liquid Crystal Templating (LCT) and EISA mechanisms, using P123 as template. We have tested, in the first time, extraction and thermal methods efficiency to eliminate surfactant in order to optimize the P123 elimination step. Removal of P123 using water followed by washing with acetone is effective, easy and promotes the formation of the anatase phase of TiO2. Otherwise, the photocatalytic properties of the obtained TiO2 are not important and can be improved after calcination. Combining extraction using water and calcination give rise to mesoporous TiO2 with better photocatalytic activity than that of commercial anatase. The incorporation of zinc and tungsten in the mesoporous well-ordered TiO2 has been investigated in the third time, in order to improve their photocatalytic activity. The introduction of small amounts of zinc (, Dans ce travail, les propriétés des oxydes de titane mésoporeux organisés ont été étudiées en détail. La synthèse de ces matériaux a été mise au point auparavant au laboratoire à l’aide d’une méthode combinant le mécanisme transcriptif à partir des cristaux liquides du copolymère bloc P123 et la méthode EISA. Tout d’abord, une optimisation des conditions d’élimination du tensioactif a été effectuée en testant des méthodes d’extraction à partir de solvant et des méthodes thermiques. L’élimination du P123 par l’eau suivie d’un rinçage à l’acétone est efficace, simple et rapide et en même temps favorise la formation de la phase anatase du TiO2. Par contre, les propriétés photocatalytiques de ces TiO2 extraits à l’eau sont médiocres et ne sont améliorées qu’après calcination. En combinant une extraction du P123 à l’eau avec une calcination les oxydes de titane mésoporeux possédent une meilleure activité photocatalytique que celle de l’anatase commercial. Dans un second temps l’incorporation du zinc et du tungstène dans les TiO2 mésoporeux organisés a été investie dans le but d’améliorer leur activité photocatalytique. L’introduction de faibles quantités de zinc (

In this work we will study in detail the properties of the mesoporous TiO2 materials, for which the preparation was developed previously via a method combining Liquid Crystal Templating (LCT) and EISA mechanisms, using P123 as template. We have tested, in the first time, extraction and thermal methods efficiency to eliminate surfactant in order to optimize the P123 elimination step. Removal of P123 using water followed by washing with acetone is effective, easy and promotes the formation of the anatase phase of TiO2. Otherwise, the photocatalytic properties of the obtained TiO2 are not important and can be improved after calcination. Combining extraction using water and calcination give rise to mesoporous TiO2 with better photocatalytic activity than that of commercial anatase. The incorporation of zinc and tungsten in the mesoporous well-ordered TiO2 has been investigated in the third time, in order to improve their photocatalytic activity. The introduction of small amounts of zinc (

We have studied the thermal conductivity of rod-shaped particles of ordered mesoporous silica (OMS) SBA-15 type with three states of aggregation: non aggregated (morphology A), aggregated in fibrous macrostructures homogeneous in size (morphology B) and aggregated in fibrous macrostructures heterogeneous in size (morphology C). These three types of morphology were heat treated at temperatures from 150 °C to 900 °C. The thermal conductivity measurements were performed on these three morphologies in powder form or monoliths (assembly of particles or aggregates). It has been found that the morphology B is more insulating compared to the two other morphologies. In addition, the post-synthesis heat treatment at 300 °C is optimum for obtaining important textural characteristics (specific surface area and pore volume), and a better thermal insulation performance (23 mW.m-1 K-1. for the powder and 30 mW.m-1.K-1 for the monolith). For morphology B, we have changed the interconnection between regular cylindrical mesopores of SBA-15 by varying the synthesis temperature during the aging step from 36 to 130 °C. It appears that the aging temperature at 130 °C, where the connection between the cylindrical mesopores is realized by mesopores, improves the performance of thermal insulation (22 mW.m-1.K-1). Monoliths of OMS SBA-15 type with morphology B were prepared by adding two kinds of binders: organic with carboxymethylcellulose (CMC), and inorganic with a colloidal silica (Ludox AS40). By adding these two kinds of binders, the mechanical properties of the SBA-15 with morphology B are improved, but the thermal insulation performance decreases considerably., Nous avons étudié la conductivité thermique de particules de silice mésoporeuse organisée de type SBA-15 de morphologie bâtonnet et présentant trois états d’agrégation : non agrégées (morphologie A), agrégées en macrostructures fibreuses homogènes en taille (morphologie B) et agrégées en macrostructures fibreuses hétérogènes en taille (morphologie C). Ces trois types de morphologie ont subi un traitement thermique post-synthèse à des températures variables allant de 150 °C jusqu’à 900 °C. Les mesures de conductivité thermique ont été effectuées sur ces trois morphologies. Il s’est avéré que la morphologie B est la plus isolante par rapport aux deux autres morphologies. De plus, le traitement thermique post-synthèse à 300 °C est optimal pour avoir des caractéristiques texturales très importantes, ainsi qu’une meilleure performance en isolation thermique (23 mW.m-1.K-1 pour la poudre, 30 mW.m-1.K-1 pour le monolithe). Dans le cas de la morphologie B, nous avons modifié l’interconnexion entre les mésopores cylindriques réguliers qui caractérisent la SBA-15; soit la présence ou non de microporosité, voire de mésoporosité, en variant la température de l’étape de synthèse dite de vieillissement de 36 à 130 °C. Il apparait que la température de vieillissement à 130 °C améliore la performance d’isolation thermique (22 mW.m-1.K-1). Des pastilles de la SBA-15 de morphologie B en été élaborées par ajout de liants de deux types : organique avec la carboxyméthylcellulose, et inorganique avec une silice colloïdale. En ajoutant ces deux types de liants, les propriétés mécaniques sont un peu améliorées, cependant la performance d’isolation thermique diminue notablement.

This work was to prepare catalysts by immobilizing Mucor miehei lipase into silicate porous materials for the biodiesel production from vegetable oils. To develop this study, several systems based on surfactants were used to synthesize silicate materials with controlled porosity by taking protocols described in the literature or developed in the laboratory. The common point of these materials, whether mesoporous or meso-macroporous, is a hexagonal organization of their mesopores. Meso-macroporous materials were prepared from oil-in- water emulsions (O/W) and from double emulsions (W/O/W) or from solid lipid nanoparticles(SLN). These different materials served as a matrix for immobilization of the lipase. Several methods of immobilization were investigated. Firstly, the lipase was fixed into support by physisorption by immersing material in an enzymatic solution. Secondly, the lipase was linked covalently to matrix with urea bonds. In our case, the material had to be functionalized after this synthesis. Finally, the encapsulation method of the enzyme was carried out only with materials prepared form double emulsions and SLN. All bioreactors were tested by performing a transesterification reaction with methanol. The conditions of this methanolysis were optimized with an experimental design, Ce travail a consisté à préparer des catalyseurs en immobilisant la lipase Mucor miehei dans des matériaux silicatés poreux pour la production de biodiesel à partir d'huiles végétales. Pour développer cette étude, plusieurs systèmes à base de tensioactifs ont été utilisés afin de synthétiser des matériaux silicatés à porosité contrôlée en empruntant des protocoles décrits dans la littérature ou mis au point au laboratoire. Le point commun de ces matériaux, qu'ils soient mésoporeux ou méso-macroporeux est l'organisation hexagonale de leurs mésopores. Les matériaux méso-macroporeux ont été préparés à partir d'émulsions huile dans eau (H/E) et à partir de doubles émulsions (E/H/E) ou encore de nanoparticules solides lipidiques (SLN). Ces différentes matrices ont servi de support pour l'immobilisation de la lipase. Ainsi, plusieurs méthodes ont été investiguées. Premièrement, la lipase a été fixée au support par physisorption en immergeant le matériau dans une solution enzymatique. Deuxièmement, la lipase a été liée de façon covalente à la matrice par des liaisons urée. Pour cela, le matériau a du être fonctionnalisé après sa synthèse. Enfin, l'encapsulation de l'enzyme a été effectuée uniquement avec les supports préparés à partir de doubles émulsions et de SLN. L'ensemble de ces bioréacteurs a été testé en effectuant une réaction de transestérification de l'huile de colza en présence de méthanol. Les conditions de cette méthanolyse ont été optimisées à l'aide d'un plan d'expériences

This work was to prepare catalysts by immobilizing Mucor miehei lipase into silicate porous materials for the biodiesel production from vegetable oils. To develop this study, several systems based on surfactants were used to synthesize silicate materials with controlled porosity by taking protocols described in the literature or developed in the laboratory. The common point of these materials, whether mesoporous or meso-macroporous, is a hexagonal organization of their mesopores. Meso-macroporous materials were prepared from oil-in- water emulsions (O/W) and from double emulsions (W/O/W) or from solid lipid nanoparticles(SLN). These different materials served as a matrix for immobilization of the lipase. Several methods of immobilization were investigated. Firstly, the lipase was fixed into support by physisorption by immersing material in an enzymatic solution. Secondly, the lipase was linked covalently to matrix with urea bonds. In our case, the material had to be functionalized after this synthesis. Finally, the encapsulation method of the enzyme was carried out only with materials prepared form double emulsions and SLN. All bioreactors were tested by performing a transesterification reaction with methanol. The conditions of this methanolysis were optimized with an experimental design; Ce travail a consisté à préparer des catalyseurs en immobilisant la lipase Mucor miehei dans des matériaux silicatés poreux pour la production de biodiesel à partir d'huiles végétales. Pour développer cette étude, plusieurs systèmes à base de tensioactifs ont été utilisés afin de synthétiser des matériaux silicatés à porosité contrôlée en empruntant des protocoles décrits dans la littérature ou mis au point au laboratoire. Le point commun de ces matériaux, qu'ils soient mésoporeux ou méso-macroporeux est l'organisation hexagonale de leurs mésopores. Les matériaux méso-macroporeux ont été préparés à partir d'émulsions huile dans eau (H/E) et à partir de doubles émulsions (E/H/E) ou encore de nanoparticules solides lipidiques (SLN). Ces différentes matrices ont servi de support pour l'immobilisation de la lipase. Ainsi, plusieurs méthodes ont été investiguées. Premièrement, la lipase a été fixée au support par physisorption en immergeant le matériau dans une solution enzymatique. Deuxièmement, la lipase a été liée de façon covalente à la matrice par des liaisons urée. Pour cela, le matériau a du être fonctionnalisé après sa synthèse. Enfin, l'encapsulation de l'enzyme a été effectuée uniquement avec les supports préparés à partir de doubles émulsions et de SLN. L'ensemble de ces bioréacteurs a été testé en effectuant une réaction de transestérification de l'huile de colza en présence de méthanol. Les conditions de cette méthanolyse ont été optimisées à l'aide d'un plan d'expériences

Proazaphosphatranes are highly reactive phosphorous bicyclic compounds also called Verkade’s superbases and the azaphosphatranes are their acidic counterparts. The goal of the work is to investigate the modifications of the properties of these compounds when they are in confined space. Firstly, the superbases were encapsulated into hemicryptophane host compounds (molecular containers created from the association of a cyclotriveratrylene unit with another C3-symmetric moiety). Modifications in the basicity of the supramolecular superbases depending on the substitution pattern around the phosphorous were evidenced compare to the molecules lacking the cavity. The catalytic activity of a superbase was investigated on a nucleophilic and a basic reaction. The azaphosphatranes were then used to catalyze the cycloaddition of carbon dioxide (CO2) to epoxides to form a cyclic carbonate. Enhancements of the stability of encaged catalyst were demonstrated. Finally, an azaphophatrane was immobilized on mesoporous silica leading to a heterogeneous catalyst.; Les proazaphosphatranes sont des entités phosphorées bicycliques superbasiques également connues sous le nom de superbases de Verkade et les azaphosphatranes constituent leurs acides conjugués. Les travaux de cette thèse porte sur l’étude des propriétés de ces molécules en milieu confiné. Premièrement, le confinement des superbases a été étudié au sein de structure de type hémicryptophane (molécules possédant des cavités dissymétriques formées à partir d’une unité cyclotrivératrylène et d’une seconde unité de symétrie C3). Une modulation de la basicité a pu être notamment observée dans les différentes structures étudiées possédant des tailles de cavité différentes par comparaison avec les superbases modèles dépourvues de cavité. L’activité catalytique d’une superbase encagée a pu être testée dans deux réactions de catalyse nucléophile et basique. Puis les azaphosphatranes, acides faibles aux stuctures robustes, jusque-là peu utilisés en organocatalyse ont été valorisés pour la synthèse de carbonates cycliques à partir d’époxydes et de dioxyde de carbone (CO2). Un effet sur la stabilité des catalyseurs encagés a pu être démontré. Enfin un catalyseur hétérogène a pu être mis au point par immobilisation d’un azaphosphatrane sur silice mésoporeuse de type SBA-15.

Proazaphosphatranes are highly reactive phosphorous bicyclic compounds also called Verkade’s superbases and the azaphosphatranes are their acidic counterparts. The goal of the work is to investigate the modifications of the properties of these compounds when they are in confined space. Firstly, the superbases were encapsulated into hemicryptophane host compounds (molecular containers created from the association of a cyclotriveratrylene unit with another C3-symmetric moiety). Modifications in the basicity of the supramolecular superbases depending on the substitution pattern around the phosphorous were evidenced compare to the molecules lacking the cavity. The catalytic activity of a superbase was investigated on a nucleophilic and a basic reaction. The azaphosphatranes were then used to catalyze the cycloaddition of carbon dioxide (CO2) to epoxides to form a cyclic carbonate. Enhancements of the stability of encaged catalyst were demonstrated. Finally, an azaphophatrane was immobilized on mesoporous silica leading to a heterogeneous catalyst.; Les proazaphosphatranes sont des entités phosphorées bicycliques superbasiques également connues sous le nom de superbases de Verkade et les azaphosphatranes constituent leurs acides conjugués. Les travaux de cette thèse porte sur l’étude des propriétés de ces molécules en milieu confiné. Premièrement, le confinement des superbases a été étudié au sein de structure de type hémicryptophane (molécules possédant des cavités dissymétriques formées à partir d’une unité cyclotrivératrylène et d’une seconde unité de symétrie C3). Une modulation de la basicité a pu être notamment observée dans les différentes structures étudiées possédant des tailles de cavité différentes par comparaison avec les superbases modèles dépourvues de cavité. L’activité catalytique d’une superbase encagée a pu être testée dans deux réactions de catalyse nucléophile et basique. Puis les azaphosphatranes, acides faibles aux stuctures robustes, jusque-là peu utilisés en organocatalyse ont été valorisés pour la synthèse de carbonates cycliques à partir d’époxydes et de dioxyde de carbone (CO2). Un effet sur la stabilité des catalyseurs encagés a pu être démontré. Enfin un catalyseur hétérogène a pu être mis au point par immobilisation d’un azaphosphatrane sur silice mésoporeuse de type SBA-15.

The objective of this work is thus to study the kinetics, thermodynamics and adsorption isotherms of two phenolic compounds phenol (PhOH) and P-hydroxy benzoic acid (4AHB) on a mesoporous material type MCM- 48 functionalized with an organosilane type trimethylchlorosilane (TMCS) (MCM-48-G). At first, the study of the kinetics, thermodynamics and adsorption isotherms of phenolic compounds in each single solution was performed. In a second step, a similar study was performed on a mixture of these two molecules. Several kinetic models (pseudo-first order, pseudo-second order) were used to determine the kinetic parameters of adsorption. Several adsorption models (Langmuir, Freundlich) were also used to determine the thermodynamic parameters of adsorption isotherms. The effect of three-dimensional pores of MCM-48 and comparison of adsorption of PhOH and 4AHB was examined. It was found that MCM-48-G to a significant adsorption capacity for PhOH and 4AHB, this may be related to the hydrophobicity created by the organic function of TMCS in the MCM-48-G.The results of adsorption and PhOH 4AHB were analyzed using the Freundlich and Langmuir models. It was observed that the adsorption of 4AHB was higher than PhOH. Thermodynamics of adsorption showed that the values obtained for our sample confirm well the interactions with phenol and 4AHB are physical in nature. The adsorption of pollutants on our MCM-48 (G) is a spontaneous and exothermic process., L'objectif de ces travaux est ainsi d'étudier la cinétique, la thermodynamique et les isothermes d'adsorption de deux composés phénoliques le phénol (PhOH) et l'acide P-hydroxy benzoïque (4AHB) sur un matériau mesoporeux de type MCM-48 fonctionnalisée par un organosilane de type Trimethylchlorosilane (TMCS) (MCM-48-G). Dans un premier temps, l'étude de la cinétique, la thermodynamique et les isothermes d'adsorption de chacun des composés phénoliques en mono solution a été réalisée. Dans un second temps, une étude similaire a été effectuée sur un mélange de ces deux molécules. Plusieurs modèles cinétiques (pseudo-premier ordre, pseudo-second ordre) ont été utilisés afin de déterminer les paramètres cinétiques d'adsorption. Plusieurs modèles d'adsorption (Langmuir, Freundlich) ont également été utilisés afin de déterminer les paramètres thermodynamiques des isothermes d'adsorption. L'effet de pores tridimensionnels du MCM-48 et la comparaison d'adsorption du PhOH et 4AHB a été examiné. Il a été trouvé que MCM-48-G à une grande capacité adsorption significative pour PhOH et 4AHB; ceci peut être lié à l' hydrophobicité créé par la fonction organique du TMCS dans le MCM-48-G. Les résultats d'adsorption pour PhOH et 4AHB ont été analysés en utilisant les modèles Freundlich et Langmuir. Il a été observé que l'adsorption du 4AHB était plus haute que PhOH. La thermodynamique d'adsorption a montré que les valeurs obtenues pour notre échantillon confirment bien que les interactions avec le phénol et 4AHB sont de nature physique. L'adsorption de nos polluants sur la MCM-48 (G) est un processus spontané et exothermique.

The work of this thesis aims at tuning the formation of a highly ordered structure at the supramolecular scale of an H-bonded liquid, either by dispersion in an aprotic liquid, toluene, or by confinement in a mesoporous silicate, MCM-41. Tert-butanol is probably one of the simplest molecules that form H-bonded clusters. In the bulk, a strong perturbation of the distribution of aggregates in the mixture is observed by neutron scattering (disappearance of a prepeak), and Raman scattering (disappearance of aggregates of n-mers type), and by NMR (chemical shift of the OH proton). Under confinement, a remarkable nanosegregation phenomenon of the mixture is observed in the pores, leading to concentric tubular structures of core-shell type. These nanostructurations share similarity with a nano-demixed organization induced by the pore interface. This is an unprecedented observation in the case of a macroscopically homogeneous and fully miscible binary system. In addition, density variations and concentration fluctuations at the mesoscopic scale have been observed under confinement from contrast matching experiments. Finally, the study of glassy dynamics and rotational dynamics of molecules, measured by dielectric spectroscopy, shows a distribution of relaxations modes. The non-trivial behavior of the dynamics indicates the interplay of competing effects, in terms of dilution, surface interaction and nanosegregation.; Le travail de cette thèse vise à contrôler la formation d'une structure fortement ordonnée à l'échelle supramoléculaire d'un liquide associé, par dilution dans un liquide aprotique, le toluène, ou par confinement dans des silicates mésoporeux, le MCM-41. Le tert-butanol est probablement l'une des molécules les plus simples qui forme des agrégats stabilisés par liaisons d'hydrogènes. En volume, une forte perturbation de la distribution des agrégats est étudiée dans le mélange par la diffusion de neutrons (disparition du prépic), la diffusion Raman (disparition des agrégats de types n-mères) et par la RMN (déplacement chimique du proton hydroxyle). Sous confinement, un phénomène remarquable de nanoségrégation des mélanges dans les pores conduit à des structures concentriques tubulaires de type coeur-gaine. Ces nanostructurations peuvent être similaires à une nano-démixtion induite par l'interface des pores, dont l'observation pour un mélange miscible et homogène macroscopiquement est tout à fait originale. En plus, la variation de la densité et des fluctuations de la concentration à l'échelle mésoscopique a été observée sous confinement par des mesures de diffraction s'appuyant sur l'effet de contraste isotopique. Enfin, l'étude de la dynamique vitreuse et rotationnelle, mesurée par spectroscopie diélectrique, montre une distribution importante des modes de relaxation. Le comportement non-trivial des propriétés dynamiques indique la présence d'une compétition entre effets de dilution, d'interaction de surface et de nanoségrégation.

The purpose of this thesis is to develop a comprehensive model analysis in a three-dimensional spatial frame for the dynamics of molecular particles in dilute colloidal suspensions in solutions flowing inside pores of variable width, subject to hydrodynamic forces, Brownian motion and diffusive collisions at the rough pore boundaries, by using numerical simulations. The approach by simulations is necessary because it is extremely complex to use analytical tools at present to deal with the problem of diffusive collisions of the particles at the solid pore boundaries. The algorithms which we have developed and the corresponding simulations are sufficiently general and refined to be directly applied to the study of the dynamics of a wide variety of polymer and biological particles in dilute solutions under diverse physical and applicable hydrodynamic conditions inside pores. Moreover, the mechanisms leading to the adhesion of particles of nano sizes under what would be non-equilibrium conditions, due to the conflicting influence of the mechanical diffusive collisions and the attractive Hamaker forces at the boundaries, are of major interest. We have hence investigated a theoretical model to calculate the restitution coefficient from basic physical principles. The objective is to quantify the energy balance during the process of a diffusive collision of a nano particle under the influence of the repulsive forces on one hand, and the attractive Hamaker forces acting on the nano particle on the other. This is done by developing a model, based on the JKR and Hertz theories, to account for the energy losses during collisions, and for the energy gains due to the Hamaker interactions. Adhesion becomes an outcome if the energy balance permits this. Our theoretical model is developed by proposing a special analytic approach based on the Hamaker potential. We derive from the theoretical analysis a characteristic nonlinear equation for the restitution coefficient, and analyze its properties which determine under given physical conditions the outcome for adhesion or not.; Les objectifs de cette thèse visent le développement d’un traitement inédit dans un repère spatiale tridimensionnel, pour le problème de la dynamique de collisions diffusives d’objets macromoléculaires en solution en écoulement hydrodynamique à l'intérieur des pores de largeur variable, soumis aux forces hydrodynamiques, du mouvement brownien et des collisions diffusifs aux parois des pores, en utilisant la modélisation théorique et les simulations numériques. L’approche par simulation numérique est nécessaire car il est extrêmement complexe d’utiliser des outils analytiques à présent pour traiter le problème de ces collisions diffusives aux parois solides. Les algorithmes que nous avons développés et les simulations correspondantes sont suffisamment généraux et avancés pour être directement appliquée à l'étude de la dynamique d'une grande variété de polymère et des particules biologiques dans des solutions diluées sous diverses conditions physiques et hydrodynamiques à l'intérieur des pores. Par ailleurs, les mécanismes conduisant à l'adhésion de nano particules et de particules macromoléculaires sous conditions de non-équilibre, en raison de l'influence contradictoire des collisions mécaniques diffusifs et les forces attractives de Hamaker aux parois solides, sont d'un intérêt majeur. Nous avons donc développé un modèle théorique pour calculer le coefficient de restitution. L'objectif est de quantifier le bilan énergétique pendant le processus de collision diffusive de ces particules aux parois, sous l'influence des forces de répulsion d'une part et les forces attractives de Hamaker. Cela se fait par l'élaboration d'un modèle, basé sur le JKR et les théories d’Hertz, pour tenir compte des pertes d'énergie lors des collisions et des gains d'énergie en raison des interactions Hamaker. L’adhésion arrive si le bilan énergétique le permet. Notre modèle théorique est développé en proposant une approche particulière basée sur le potentiel Hamaker. Nous démontrons ce bilan par le biais d'une équation caractéristique non linéaire pour le coefficient de restitution, et analysons ses propriétés qui déterminent l'adhésion ou non pour diverses conditions physiques initiales.

This thesis aims to develop new catalysts combining Rh(0) nanoparticles with promising activities and the confinement effect of mesoporous materials for applications in asymmetric hydrogenation in water. Particles were prepared by the reaction of NaBH4 with RhCl3, directly, within silicic (SBA-15) or aluminosilicic (Al-SBA-15) mesostructured materials with assistance of quaternary ammonium salts. A first set of materials was obtained by testing 13 molecules of "free" stabilizing agents varying in chain length, polar head or counter-ion. In this case, structures including from 12 to 16 carbon atoms led to better metal dispersions. Strong electrostatic interactions with Al-SBA-15 have been highlighted for C16H33N(CH3)2(CH2CH2OH)+ Cl-. In a second step, equivalents ammonium salts were covalently grafted (via their carbon chain) on SBA-15 or Al-SBA-15 proceeding by nucleophilic attack of chloropropyl groups (co-condensation) by N,N-dimethylethanolamine. The conditions of implementation of the substitution reaction had to be optimized to minimize side reactions between the amine and the free silanol groups. Rh(0) nanoparticles of both series catalyze the hydrogenation of diphenylmethane at room temperature and under 1 bar of H2. Ammonium salts with asymmetric centers have also been studied leading to catalysts of ethylpyruvate and m-methylanisole hydrogenation working in water under 40 bar of H2 and affording slight enantiomeric excess.; Ces travaux de thèse visent à développer de nouveaux catalyseurs associant les activités prometteuses des nanoparticules de Rh(0) et l'effet de confinement des supports mésoporeux pour des applications en hydrogénation asymétrique dans l'eau. Des particules ont été préparées par réaction de RhCl3 avec NaBH4, directement, au sein de supports mésostructurés silicique (SBA-15) ou aluminosiliciques (Al-SBA-15) avec assistance de sels d'ammonium quaternaires. Une première série de matériaux a été obtenue en testant 13 molécules d'agents stabilisant " libres " variant par leur longueur de chaîne, tête polaire ou contre-ion. Dans ce cas, les structures incluant 12 à 16 atomes de carbone ont conduit aux meilleures dispersions métalliques. De fortes interactions électrostatiques, avec Al-SBA-15, ont été mises en évidence pour C16H33N(CH3)2(CH2CH2OH)+ Cl-. Dans un second temps, des sels d'ammonium équivalents ont été greffés de façon covalente (via leur chaîne carbonée) sur SBA-15 ou Al-SBA-15 en procédant par attaque nucléophile de groupements chloropropyle (co-condensation) par la N,N-diméthyléthanolamine. Les conditions de mise en oeuvre de la réaction de substitution ont du être optimisées afin de minimiser les réactions parasites entre l'amine et les groupements silanols libres. Les nanoparticules de Rh(0) des deux séries catalysent l'hydrogénation du diphénylméthane à température ambiante et sous 1 bar de H2. L'utilisation de sels d'ammonium dotés de centres asymétriques a également été étudiée aboutissant à des matériaux aptes à catalyser l'hydrogénation du pyruvate d'éthyle et du m-méthylanisole dans l'eau sous 40 bar de H2 avec dégagement de légers excès énantiomériques.

This thesis aims to develop new catalysts combining Rh(0) nanoparticles with promising activities and the confinement effect of mesoporous materials for applications in asymmetric hydrogenation in water. Particles were prepared by the reaction of NaBH4 with RhCl3, directly, within silicic (SBA-15) or aluminosilicic (Al-SBA-15) mesostructured materials with assistance of quaternary ammonium salts. A first set of materials was obtained by testing 13 molecules of "free" stabilizing agents varying in chain length, polar head or counter-ion. In this case, structures including from 12 to 16 carbon atoms led to better metal dispersions. Strong electrostatic interactions with Al-SBA-15 have been highlighted for C16H33N(CH3)2(CH2CH2OH)+ Cl-. In a second step, equivalents ammonium salts were covalently grafted (via their carbon chain) on SBA-15 or Al-SBA-15 proceeding by nucleophilic attack of chloropropyl groups (co-condensation) by N,N-dimethylethanolamine. The conditions of implementation of the substitution reaction had to be optimized to minimize side reactions between the amine and the free silanol groups. Rh(0) nanoparticles of both series catalyze the hydrogenation of diphenylmethane at room temperature and under 1 bar of H2. Ammonium salts with asymmetric centers have also been studied leading to catalysts of ethylpyruvate and m-methylanisole hydrogenation working in water under 40 bar of H2 and affording slight enantiomeric excess.; Ces travaux de thèse visent à développer de nouveaux catalyseurs associant les activités prometteuses des nanoparticules de Rh(0) et l'effet de confinement des supports mésoporeux pour des applications en hydrogénation asymétrique dans l'eau. Des particules ont été préparées par réaction de RhCl3 avec NaBH4, directement, au sein de supports mésostructurés silicique (SBA-15) ou aluminosiliciques (Al-SBA-15) avec assistance de sels d'ammonium quaternaires. Une première série de matériaux a été obtenue en testant 13 molécules d'agents stabilisant " libres " variant par leur longueur de chaîne, tête polaire ou contre-ion. Dans ce cas, les structures incluant 12 à 16 atomes de carbone ont conduit aux meilleures dispersions métalliques. De fortes interactions électrostatiques, avec Al-SBA-15, ont été mises en évidence pour C16H33N(CH3)2(CH2CH2OH)+ Cl-. Dans un second temps, des sels d'ammonium équivalents ont été greffés de façon covalente (via leur chaîne carbonée) sur SBA-15 ou Al-SBA-15 en procédant par attaque nucléophile de groupements chloropropyle (co-condensation) par la N,N-diméthyléthanolamine. Les conditions de mise en oeuvre de la réaction de substitution ont du être optimisées afin de minimiser les réactions parasites entre l'amine et les groupements silanols libres. Les nanoparticules de Rh(0) des deux séries catalysent l'hydrogénation du diphénylméthane à température ambiante et sous 1 bar de H2. L'utilisation de sels d'ammonium dotés de centres asymétriques a également été étudiée aboutissant à des matériaux aptes à catalyser l'hydrogénation du pyruvate d'éthyle et du m-méthylanisole dans l'eau sous 40 bar de H2 avec dégagement de légers excès énantiomériques.

To provide a link between the micellar templates and the mesoporous material characteristics in the final product, the physical properties of aqueous systems prepared with two kinds of fluorinated surfactants are described and analyzed under equilibrium and out-of-equilibrium conditions: the surfactants are C8F17C2H4(OC2H4)9OH, [RF8(EO)9] and C7F15C2H4(OC2H4)8OH, [RF7(EO)8]. This study may help us to understand why the ordered mesoporous materials are recovered only when RF8(EO)9 micellar solutions are used as building blocks while RF7(EO)8 solutions give rise to wormhole like structure. The distance to the lower consolute boundary (LCB) and a shift in position by salt additions are also taken into account. The experiments concern four systems of two surfactants; 1) pure RF7(EO)8 in water, 2) RF7(EO)8 in the presence of the NaI salt, 3) pure RF8(EO)9 in water, and 4) RF8(EO)9 in the presence of the NaCl salt. Several experimental techniques have been used (rheology, flow birefringence, neutron scattering) to shed light on the physical difference between the four systems. The phase diagrams of both surfactants show that a direct micellar phase (L1) exists in a wide range of concentrations and temperatures. In any cases, the distance to the LCB is a parameter which influences rheological behaviour although the micellar phase still is a L1 phase. The flow birefringence experiments performed on both systems bring complementary information of the size and shape of the micelles. For both systems, with and without salt, the results suggest the existence of small elongated micelles linked by weak forces except for the RF8(EO)9 system which shows no birefringence; the micelles in solution are probably small with a shape close to a sphere. From all four systems, the loss of the Maxwellian character is generally observed when the conditions approach the miscibility curve. These results consolidate the assumption that in order to prepare ordered mesoporous materials, the thermodynamical conditions at which the silica precursor is added to the micellar solution should not be too close to the miscibility curve. Therefore, this study suggests that the Maxwellian character seems to be a pre-requisite condition of the micellar solution for obtaining ordered mesoporous materials, Afin d'établir un lien entre les solutions servant de modèles dans la préparation de matériaux mésoporeux, on étudie les propriétés physiques à l'équilibre et hors équilibre de solutions micellaires aqueuses à base de deux tensioactifs fluorés : C8F17C2H4(OC2H4)9OH, [RF8(EO)9] and C7F15C2H4(OC2H4)8OH, [RF7(EO)8]. Cette étude devrait nous aider à comprendre pourquoi on obtient des matériaux mésoporeux bien ordonnés à partir de solutions micellaires du tensioactif RF8(EO)9 et des structures désordonnées lorsque l'on utilise RF7(EO)8. Les expériences sont menées sur quatre systèmes de deux surfactants: RF7(EO)8/H2O, RF7(EO)8/NaI/H2O, RF8(EO)9/H2O et RF8(EO)9/NaCl/H2O. Plusieurs techniques expérimentales sont utilisées: rhéologie, biréfringence d'écoulement et diffusion de neutrons aux petits angles dans le but de décrire ces quatre systèmes. Les diagrammes de phase des deux tensioactifs montrent qu'une phase micellaire L1 existe dans une large gamme de température et concentration. Mais dans tous les cas, la distance à la courbe de miscibilité a une influence sur les caractéristiques rhéologiques bien que toutes les solutions soient une phase L1. La biréfringence d'écoulement des deux systèmes apporte des informations complémentaires quant à la taille et la forme des micelles. Pour les deux systèmes, avec et sans sel, les résultats suggèrent l'existence de petites micelles allongées liées en chaines par des forces faibles excepté pour le système RF8(EO)9 qui ne présente pas de biréfringence notable; les micelles sont probablement petites avec une forme voisine de la sphère. Pour les quatre systèmes, on observe une perte du caractère Maxwellien lorsque les conditions de concentration et de température se rapprochent de la courbe de miscibilité. Ces résultats confortent l'idée selon laquelle : les conditions thermodynamiques choisies pour l'addition de la silice ne doivent pas être trop proches de la courbe de miscibilité, afin d'obtenir des matériaux mésoporeux ordonnés. Dans ces conditions, les solutions sont Maxwelliennes et les matériaux mésoporeux synthétisés sont ordonnés

This research thesis presents the development of acoustic wave sensors, particularly Love wave sensors, using mesoporous materials. The first part of this work has focused on the development of a method to characterize the stiffness modulus of a mesoporous film, deposited on a sensor, and under humidity exposure. The experimental setup allows simultaneous acoustic and ellipsometric measurements. Changes in the stiffness modulus of a mesoporous titania film as a function of humidity were calculated using a curve-fitting procedure between experimental results and a numerical model dedicated to modeling the Love waves propagation in the structure. We have shown that the influence of sorption on the mechanical behavior of a mesoporous film is an important factor to consider, especially in the design of micro-sensors. Subsequently, devices coated with SiO2 and TiO2 mesoporous were developed for different applications : the detection of volatile organic compounds, the detection of biological species and the monitoring of a photocatalysis reaction. Finally, we realized sensors coated with a single layer of mesoporous TiO2 that performs the functions of waveguide and sensitive layer, which enable to increase significantly the sensor sensitivity., Ces travaux de thèse présentent le développement de capteurs à ondes acoustiques, plus particulièrement de capteurs à ondes de Love, à l'aide de matériaux mésoporeux. La première partie de ces travaux a porté sur la mise au point d'une méthode de caractérisation du module de rigidité d'un film mésoporeux déposé sur un capteur et soumis à un flux d'humidité. Le banc de mesure développé permet d'effectuer simultanément des mesures acoustiques et ellipsométriques. Les variations du module de rigidité d'un film mésoporeux d'oxyde de titane en fonction du taux d'humidité ont ensuite été calculées à l'aide d'une procédure d'ajustement de courbe entre les résultats expérimentaux et un modèle numérique dédié modélisant la propagation des ondes de Love dans la structure multicouche. Nous avons ainsi montré que l'influence de la sorption sur le comportement mécanique d'un film mésoporeux est un facteur important à prendre en compte, notamment lors de la conception de micro-capteurs. Par la suite, des dispositifs recouverts de SiO2 et de TiO2 mésoporeux ont été développés pour différentes applications : la détection de composés organiques volatils, la détection d'espèces biologiques et le suivi d'une réaction de photocatalyse. Enfin, nous avons réalisé des capteurs recouverts d'une unique couche mésoporeuse de TiO2 assurant simultanément les fonctions de guide d'onde et de couche sensible, permettant d'augmenter de manière significative la sensibilité du capteur.

Materials contemporary scientific research is largely devoted to the optimization and the elaboration of new poly-functional, multi-structured and size-reduced materials. Then, specific behaviors due to the different interfacial aspects of those materials - physical interfaces between different matter states, different chemical phases... or properties interfaces - have become a major issue requiring further investigations. In this context, our work deals with correlations that could be established between luminescence properties and surface reactivity of EuIII-doped metal oxide mesoporous thin films. As properties can be linked to materials structure, an important part of our work has been dedicated to structural characterization. EuIII ions incorporation specific effects and ions location within film walls have been particularly studied. Finally, it appeared that EuIII ions luminescence could provide a mean to follow redox reactions occurring within pores, such as organic compounds photo-degradation or metallic salts photo-reduction. In situ photo-reduction can lead to periodic arrays of metallic nanoparticles. La photo-réduction in situ permet la formation de réseaux périodiques de nanoparticules métalliques. Those materials can open up the way in many applications such as optical telecommunication, photonics, photocatalysis...; La recherche scientifique contemporaine en matière de matériaux est largement orientée autour de l'optimisation et l'élaboration de nouveaux matériaux poly-fontionnels, multi-structurés et aux dimensions réduites. De tels matériaux conduisent à s'intéresser à la problématique des comportements spécifiques résultant des différentes interfaces mises en jeu ; il peut s'agir d'interfaces physiques entre différents milieux (états différents, compositions chimiques différentes ...) ou des interfaces entre différentes propriétés. Dans ce contexte, nous nous sommes intéressés aux corrélations pouvant exister entre les propriétés de luminescence et la réactivité de surface de films mésoporeux d'oxyde métalliques dopés avec des ions EuIII. Ces deux propriétés étant fortement dépendantes de la structure des matériaux, une grande partie de notre travail a été dédiée à la caractérisation de cette dernière. Un intérêt particulier a été porté à l'étude des conséquences de la présence des ions EuIII et à la localisation de ces derniers au sein des matrices étudiées. Finalement, il est apparu que la luminescence des ions EuIII au sein des films mésoporeux à base de TiO2 peut permettre de suivre les réactions redox se produisant au sein des pores, comme par exemple la photo-dégradation de composés organiques ou la photo-réduction de sels métalliques. La photo-réduction in situ permet la formation de réseaux périodiques de nanoparticules métalliques. Ces matériaux offrent donc de nombreuses perspectives d'applications dans des domaines aussi variés que les télécommunications optiques, la photonique, la photocatalyse...