L’objectif de la thèse vise au développement d’architectures moléculaires et supramoléculaires commutables par contrôle rédox. La stratégie proposée repose sur l’exploitation du processus de π-dimérisation subi par les radicaux cations de dérivés du viologène comme force motrice pour la génération électro-induite de mouvements intramoléculaires. Nous décrivons la conception de nouvelles charnières organiques à squelette calixarène permettant d’accéder à des pinces moléculaires. Convenablement fonctionnalisée par des mâchoires de type pyridine-pyridinium, le mouvement de la pince est déclenché par la combinaison d’une activation chimique et électrochimique. Dans un deuxième exemple, nous montrons comment il est possible de verrouiller et déverrouiller les mouvements de la charnière calixarène en utilisant un réseau de liaisons hydrogène intramoléculaires. Nous décrivons également la conception d’une charnière inorganique originale fondée sur un complexe de palladium qui joue le rôle du pivot d’un carrousel moléculaire dont les bras à base de viologène sont mis en rotation sous l’effet d’une réduction électrochimique centrée sur les motifs viologènes. Le contrôle rédox des phénomènes d’auto-association au sein de polymères de coordination dynamiques est également abordé au travers de deux exemples de pinces moléculaires aux mâchoires fonctionnalisées soit par des briques auto-complémentaires, soit par des ligands bidentés. Dans un dernier exemple, un centre métallique palladium est utilisé à la fois comme vecteur de polymérisation et comme charnière pour la π-dimérisation intramoléculaire de ligands ditopiques à base de viologènes. / The aim of the thesis is to develop new concepts in the design of redox-switchable molecular and supramolecular architectures. The strategies which have been implemented rely on the π-dimerization of viologen radical cations as a driving force for the generation of electron-triggered intramolecular movements. Upon studying a series of viologen-appended calixarenes, we have established that bipyridinium radicals can be reversibly -dimerized under the joined effects of chemical (proton transfer) and electrochemical (electron transfer) stimulus. Our investigations also led to the discovery that a bis-pyridinyl appended calixarene intermediate is involved in a fully reversible redox-triggered sigma-dimerization process. We have also established that the ability of a phenol-containing calixarene to dimerize in its two electron reduced state depends on a subtle balance of weak interactions associated with hydrogen bond formation on the lower rim and orbital overlap between -radicals on the upper rim.We also demonstrate that inorganic hinges based on palladium complexes can be used as pivots in viologen-containing π-dimerizable architectures. The redox-controlled self-assemby of dynamic coordination polymers is also addressed through two examples of molecular tweezers, whose arms are functionalized by self-complementary complexing units or by bidentate ligands. In a last example, a palladium metal center is used both as a carrier of polymerization and as a hinge enabling the intramolecular π-dimerization of ditopic viologen-based ligands.

Les nombreuses problématiques soulevées par la nanostructuration des électrodes pour batteries Li-Ion nécessitent de nouveaux développements théoriques. Ce travail propose une nouvelle méthodologie basée sur des calculs de type premiers principes (DFT) et prenant en compte explicitement les phénomènes électrochimiques à l'échelle du matériau massif, de ses surfaces et de ses interfaces. Développée dans le cadre des réactions de conversion, en particulier celle de l'oxyde de cobalt  CoO + 2 Li → Co + Li2O, cette méthodologie, simple et généralisable à tout type de réaction polyphasée, permet de dégager les facteurs mécaniques, chimiques et électriques responsables des phénomènes électrochimiques aux interfaces et d'interpréter les mécanismes réactionnels observés expérimentalement. / The numerous questions arising from the nanostructuration of Li-ion batteries require new developments in theoretical methods. This work proposes a new methodology based on first principles calculations (DFT) andallows explicit treatment of the electrochemical phenomena at the bulk compound level, and also at the surface and interface level.Developed in the context of the conversion reactions, in particular the conversion of the cobalt oxide CoO + 2 Li → Co + Li2O, this simple methodology can be extended to any polyphasic reaction. It sheds light on the mechanical, chemical and electrical factors responsible for the electrochemical phenomena at the interfaces and allows the interpretation of the mechanisms that are experimentally observed.

Ce travail de recherche porte sur l'élaboration de matériaux hybrides 3D nanotubes de TiO2/ polymère conducteur. Il est établi dans cette thèse que la nature du sel de fond de la solution de synthèse joue un rôle déterminant lors du dépôt de polymère par polarisation anodique au sein de ces nanotubes. En effet, les résultats montrent que la nature de l'électrolyte support a un impact sur la position du potentiel de bande plate du TiO2 et sur la présence ou non d'états de surface, qui tous les deux influencent la vitesse du transfert de charge. La nature de la jonction réalisée entre deux matériaux dépendant fortement de la position respective de leurs bandes énergétiques. Ainsi il est démontré que la synthèse de polypyrrole à la surface de nanotubes de TiO2 conduit à la formation d'une jonction ohmique, ce qui permet aux électrons issus de l'oxydation du polymère d'être transférés directement dans la bande de conduction du TiO2. Au contraire, la jonction formée par l'oxyde de titane et le PEDOT est de type p-n, ce qui laisse envisager que ce type de structure hybride peut trouver son application dans le domaine de l'énergie photovoltaïque. / This research work considers the realization of 3D hybrid materials TiO2 nanotubes/conducting polymer. In this thesis, it is proven that the background salt from the synthesis solution plays a decisive role during the polymer deposition through anodic polarization within TiO2 nanotube arrays. In fact, results show that the nature of the supporting electrolyte has an influence on the position of the flat band potential of the semiconductor, and on the presence of surface states, which both affect the rate of charge transfer. It is demonstrated that the nature of the junction obtained between the semiconductor and the polymer depends greatly on the respective position of their energy bands. Accordingly a TiO2 nanotubes/polypyrrole junction is shown to be of ohmic nature, allowing electrons from the polymer oxidation to be directly transferred to the conduction band of TiO2. On the contrary, the junction created between titanium dioxide and PEDOT is of p-n type, leading to potential applications in the field of photovoltaics.

Ces dernières décennies, la dégradation continue de la qualité des eaux a engendré une augmentation des blooms algaux toxiques en zones côtières. Les biotoxines libérées de façon ubiquitaire lors de ces blooms, représentent un danger épidémique important pour l’homme et l’animal. Afin de limiter les risques de contamination et les pertes économiques, les organismes compétents ont mis en place des programmes de surveillance et ont établi des seuils de toxicité (OMS: 1 µg de MC-LR/L ; EFSA : 160 µg éq OA /kg de chair de coquillage). Cependant, les méthodes d’analyse préconisées sont longues et coûteuses, il est donc nécessaire de développer des nouvelles techniques d’analyse. Dans ce contexte, l’objectif de cette thèse a été de concevoir des outils analytiques rapides, fiables et adaptables sur le terrain afin de détecter la présence des toxines les plus nocives: les microcystines (MCs) et l’acide okadaïque (OA). En premier lieu, des bioessais colorimétriques basés sur l’inhibition des protéines phosphatases par ces toxines ont été développés. Les limites de détection obtenues ont été très inférieures aux limites maximales autorisées. Par conséquence, les tests mis au point sur microplaques ont été adaptés pour élaborer des biocapteurs électrochimiques. Les seuils de sensibilités obtenus sont conformes aux normes imposées et les tests pourront être ainsi utilisés in situ. Du fait de leurs nombreux avantages, les aptamères sont devenus depuis peu des éléments de reconnaissance alternatifs aux anticorps et aux enzymes. Afin d’améliorer la sensibilité et la stabilité des outils proposés, un aptacapteur sans marquage et réutilisable pour la détection de l’OA a été finalement conçu. / The past decades have witnessed water quality degradation due to overwhelming anthropic activities. In this context, production of biotoxins in response to increasing harmful algal blooms is a point of vital concern for human and animal health. In order to overcome bio-contamination and related economic losses, relevant authorities have established toxicity levels and monitoring program for ubiquitous toxins. However, current analysis are expensive and time consuming, so it is necessary to develop fast, reliable and field adaptable methods to assure food and water safety. Based on above described consequences, the objective of the research was to design inexpensive biotools for the detection of most toxic and widespread toxins including: microcystins (MCs) and okadaïc acid (OA).The first approach was to perform colorimetric enzymatic bioassays based on the inhibition of commercial and genetically modified proteins phosphatase by toxins. The obtained detection limit (LOD) were many folds lower than maximum limit defined by WHO (1 µg of MC-LR/L) and EFSA (160 µg eq OA/kg in shellfish meat). Subsequently, developed colorimetric methodology was adapted to design electrochemical biosensors for toxins detection. Electrochemical transduction was performed by Differential Pulse Voltammetry, showed a good LOD with the possibility of being used as a field portable device.With many advantages over antibody and enzyme, aptamers have recently emerged as powerful class of nucleic acids able to recognize specific targets. To further improve the analytical figure of merit, aptamers were used to design reusable label-free biosensors for OA detection.

Ce manuscrit décrit les travaux menés pour le développement et l'utilisation du microscope électrochimique (SECM) pour l'étude des surfaces fonctionnelles. Cette microscopie à sonde locale, utilisant les propriétés des ultramicroélectrodes (UMEs), permet l'analyse de la réactivité chimique à la surface d'un échantillon. Le but de ces travaux est alors l'analyse de surfaces fonctionnalisées par une couche organique. Dans un premier temps, nous avons développé la méthodologie du SECM par l'utilisation de sonde redox spécifique. D'abord, cela nous a permis de déterminer la distance entre l'électrode-sonde et la surface grâce à un médiateur redox irréversible comme les polyaromatiques. Ensuite, nous avons pu observer des propriétés physico-chimiques d'une surface, notamment afin de différencier les différents modes de transport électronique au travers une couche organique, grâce à l'utilisation des catéchols ou des dendrimères redox. Nous avons également commencé le développement d'un nouveau mode d'utilisation du SECM : le SECM transitoire. Dans un deuxième temps, nous avons utilisé le SECM afin d'analyser trois surfaces fonctionnalisées. La première surface est un substrat d'or fonctionnalisé par des calixarènes. La deuxième est une surface de verre sur laquelle il a été déposée des nanoparticules photosensibles, appelées « quantum rods ». Et la dernière est un substrat de silicium modifié par un récepteur anthracène. Finalement, la dernière étude qui a été menée concerne l'écriture et la lecture d'une monocouche organique grâce à la sonde du SECM. Ces modifications localisées de la couche organique sont alors de la taille de l'UME, soit de l'ordre du micromètre. Dans notre cas nous avons choisi la modification de monocouche organique auto-assemblée (SAM) sur un substrat d'or grâce à la réaction de couplage de Huisgen. En plus, de l'amélioration de nos conditions de fonctionnalisation, nous avons pu mettre en évidence un phénomène de propagation catalytique en surface grâce à un complexe spécial de cuivre (II) contenant une fonction éthynyle. / This manuscript describes the work done for the development and use of electrochemical microscope (SECM) for the investigations of functional surfaces. This local probe microscopy, using the properties of ultramicroelectrodes (UMEs), permits the analysis of chemical reactivity on the sample’s surface. The aim of this work is then analyzing surfaces functionalized with an organic layer. Initially, we have developed the SECM methodology by using specific redox probes. First, it allowed us to determine the absolute distance between the electrode and the surface, thanks to an irreversible redox mediator such as polyaromatic. Then, we could observe the physicochemical surface properties, in particular to differentiate the electronic transfer modes through an organic layer, by using catechols or redox dendrimers. We have also started the development of a new mode of SECM: transient SECM. Secondly, we used the SECM to analyze three functionalized surfaces. The first surface is a gold substrate functionalized by calixarenes. The second is a glass side on which it was deposed photosensitive nanoparticles, called "quantum rods" and the last sample is a substrate of silicon modified by anthracene receptors. Finally, the last study concerns the writing and reading on an organic monolayer with the SECM probe. These localized changes of the organic layer are about the size of the UME, of the order of a micrometer. In our case, we chose the modification of self-assembled organic monolayer (SAM) on a gold substrate by the Huisgen coupling reaction. In addition to the improvement of our conditions of functionalization, we were able to demonstrate a phenomenon of surface catalytic propagation due to a special complex of copper (II) containing ethynyl functions.

La principale originalité de ce travail est la mise en œuvre de deux voies d'immobilisation du biorécepteur sur différents matériaux d'électrodes. Dans un premier temps, nous avons démontré que le polyneutral red (PNR) représente une bonne matrice de rétention pour les enzymes. De plus, de part ses propriétés de médiation vis-à-vis des enzymes et principalement de leur cofacteur (NAD/FAD), ce polymère permet une connexion intime entre le site actif de l'enzyme et l'électrode. L'ensemble de ces caractéristiques nous a permis de mettre en œuvre une bioélectrode applicable en tant qu'anode d'un biocapteur à glucose et d'une cellule de biopile à combustible. Dans un second temps, la glocose oxydase a été immobilisée de façon covalente sur une électrode. L'électro-oxydation de l'éthylène a été menée sur les électrodes de carbone vitreux pour obtenir des fonctions amines. La voie proposée est simple, rapide et efficace. Puis, la glucose oxydase a été greffée avec succès par la méthode EDC / NHS sur les fonctions amines après optimisation des conditions de pH. Ces bioélectrodes ont ensuite été testées en tant que biocapteur à glucose montrant une bonne sensibilité de glucose avec une bonne stabilité sur une période de 4 semaines ce qui prouve l'efficacité de la méthode de greffage pour des applications de détection et dosage. / The main originality of this work is the development of two-way to immobilize a bioreceptor on different electrode materials. Initially, we demonstrated that the polyneutral red (PNR) is a good matrix for retaining enzymes. In addition, its properties of mediation towards enzymes and mainly their cofactor (NAD / FAD), this polymer provides an intimate connection between the active site of the enzyme and the electrode. All these features allowed us to develop an bioelectrodes as the anode of a biosensor for glucose and a fuel cell biopile. In a second step, the glocose oxidase was covalently immobilized on an electrode. The electro-oxidation of ethylene diamine was carried out on glassy carbon electrodes to obtain amine functions. This proposed way is simple, fast and efficient. Then, glucose oxidase was successfully grafted by the method EDC / NHS on amine functions after the optimization of pH conditions. These bioelectrodes were then tested as glucose biosensor and showed good sensitivity with good stability over a period of 4 weeks which proves the effectiveness of the grafting method for detection and assay applications.

La production de H2, à partir d'eau et d'énergie solaire, est probablement une solution d'avenir pour le stockage des énergies renouvelables. Pour éviter l’utilisation de platine, des catalyseurs à base de métaux abondants doivent être développés. Les complexes diimine-dioxime de cobalt sont parmi les catalyseurs bio-inspirés les plus performants. Dans ce travail, nous avons dans un premier temps élucidé le mécanisme de production d’hydrogène par ces complexes et extrait les paramètres cinétiques des différentes étapes en utilisant les méthodes et techniques électrochimiques les plus récentes. Une étude comparative via l’établissement d’une « courbe de Tafel catalytique » a mis en évidence l’excellente performance catalytique de ces complexes. Ensuite, une voie de synthèse permettant le couplage de ces complexes avec un motif fullerène réservoir d’électron a été développée, et a permis d’améliorer encore les performances catalytiques. Enfin, ce complexe a été intégré dans une photocathode à base de semi-conducteurs organiques. / The production of H2 through sunlight-driven water splitting appears to be a promising solution for our future energy supply. Earth-abundant catalysts should be developed to replace platinum as water splitting catalysts. Bio-inspired cobalt diimine-dioxime complexes have emerged as one of the most versatile series of non-noble metal catalysts. In this work, the mechanism for H2 evolution mediated by this series of catalysts has been reinvestigated, and kinetic information have been determined thanks to recent advancements in electrochemical methodology. Their superior hydrogen evolution performance has been shown through comparative catalytic Tafel plots. Secondly, a synthetic route towards the incorporation of fullerene moieties, as electron reservoirs, in the vicinity of the catalytic center, has been developed. The resulting catalyst has shown improved catalytic activity and has been implemented in an operational H2-evoving photocathode based on organic semi-conductors.

Les membranes à transport d’oxygène (OTM) sont des membranes céramiques denses qui sont capables de transporter l’oxygène de manière totalement sélective à travers un gradient de pression partielle d’oxygène. Elles peuvent être utilisées pour diminuer les émissions de gaz à effet de serre dans le cadre de la capture et du stockage du CO2 ou pour augmenter l’efficacité de l’oxydation partielle du méthane. La semi-perméabilité de l’oxygène est proportionnelle à la conductivité ambipolaire du matériau. Cependant, les OTM avec des conductivités ambipolaires élevées sont plus susceptibles de se dégrader rapidement dans les conditions d’utilisation. Pour être compétitives, les OTMs doivent donc remplir plusieurs critères, notamment avoir un flux élevé mais être aussi stables chimiquement, thermiquement, mécaniquement et être peu chères. CaTi0.9Fe0.1O3−δ (CTF) a été récemment présenté comme étant un matériau prometteur pouvant remplir ces critères et mérite d’être étudié plus en détail.Cette thèse se focalise sur les performances (mesurées par le flux d’oxygène) et la stabilité chimique et thermique du CTF. Pour améliorer les performances d’une membrane, il est nécessaire de savoir si la semi-perméation est limitée par les réactions en surface ou par la diffusion en volume. Les premiers résultats de ces travaux détaillent les étapes limitantes du transport de l’oxygène dans le CTF. En particulier, grâce à un montage expérimental spécifique et des expériences complémentaires, il a été montré que le CTF est limité à la fois par la diffusion en volume et les réactions de surfaces pour T < 750°C mais est majoritairement limité par la diffusion en volume à plus haute température. Les chapitres suivant détaillent la diffusion dans le volume et la conductivité électrique en fonction de la pression partielle d’oxygène et de la température, au vu de la chimie des défauts du CTF. Dans les conditions de fonctionnement, le CTF doit être considéré comme étant un conducteur mixte, avec une conductivité ionique qui devient prédominante pour des températures supérieures à 800°C.La seconde partie est consacrée à l’étude de la stabilité du CTF sous des atmosphères réactives, spécifiques aux OTM, qui sont connues comme provoquant des dégradations pour certains matériaux. Des tests de vieillissement sous atmosphères de CO2, CO, H2 n’ont montré aucune dégradation du flux de semi-perméation sur plusieurs centaines d’heures. Seulement une légère diminution du flux (- 25%) a été observée en présence de CO2 et de vapeur d’eau mais après cent heures sous hélium, le flux initial a été retrouvé. Des analyses DRX, MEB et Raman post-mortem n’ont révélé aucun signe notable de dégradation en surface et dans le volume. Un test sous CH4 a également été effectué, et la formation de CO, CO2, H2 et H2O a été suivie pendant des centaines d’heures. Malgré la présence de ces gaz réactifs, la même valeur du flux de semi-perméation a été retrouvée après 1000 heures de test sous méthane, témoignant d’une très bonne stabilité du CTF dans ces conditions réductrices. En conséquence, malgré des valeurs de flux relativement faibles (5×10-3 mL.min-1.cm-1 à 900°C), ce matériau est plein de promesse et son excellente stabilité sous méthane notamment peut être très intéressante pour certaines applications. / Oxygen transport membranes (OTM) are dense ceramic membranes that allow oxygen diffusion along a chemical potential gradient. OTMs can increase the efficiency of oxycombustion processes or partial oxidation of methane, resulting in lower CO2 emissions overall. The oxygen transport is proportional to the ambipolar conductivity of the OTM material. However, OTM materials with the highest ambipolar conductivity are more prone to fast degradation under operation conditions. To be competitive, OTMs must associate high oxygen transport properties but also must be chemically, thermally, and mechanically stable, and preferably not expensive. CaTi0.9Fe0.1O3−δ (CTF) has recently been shown to match these demands, appearing as a promising OTM material that is worth studying in further detail.This PhD is therefore dedicated to study the performance and stability of CTF in typical operation conditions of an OTM. To improve the performance of a membrane, it is necessary to determine if the semi-permeation is limited by surface exchange reactions or by bulk diffusion. The first results of this work will detail the nature of the limiting reaction step for oxygen transport in CTF. Specifically, CTF is co-limited by bulk diffusion and surface exchange reactions at T < 750 °C, but is mainly limited by bulk diffusion at higher temperatures. The following chapter details the bulk diffusion process and electrical conductivity in light of the defect chemistry of CTF, as a function of oxygen partial pressure and temperature. Under typical operation conditions, CTF must be regarded as a mixed ionic and electronic conductor, with increasing predominance of ionic conductivity at T > 800°C. The second part is dedicated to the stability of the CTF under atmospheric compositions typically found in standard operating conditions, known to degrade the performance of usual membrane materials. The oxygen transport of CTF is shown to remain extremely stable under CO2, CO, and H2 atmospheres over several hundred hours. Some degradation (- 25% of oxygen semi permeation flux) was observed when exposed to humidified CO2, but returning to initial values when exposed to dry helium for a hundred hour. Post-mortem XRD, SEM and Raman analyses did not show any obvious signs of surface or bulk degradation. CTF was tested for CH4 oxidation for a thousand hours and the formation of CO, CO2 and H2O was followed. Despite this reactive environment, the oxygen transport CTF membrane fully regenerates upon returning to helium atmosphere. Therefore, despite relatively low performance (5×10-3 mL.min-1.cm-1 at 900°C), this material is full of promises and especially its outstanding stability under methane can be very interesting for some applications.

Le Réacteur Nucléaire à sel fondu à spectre rapide (Molten Salt Fast Reactor, MSFR) est un concept innovant de quatrième génération développé par le CNRS depuis 2004 et actuellement étudié dans le cadre du projet européen SAMOFAR de H2020. Le MSFR fonctionne avec un combustible nucléaire liquide constitué d’un mélange de sels fluorures LiF-ThF₄-(UF₄/UF₃) (77,5-20-2,5) mol% fondus à haute température (700-900°C). Ce réacteur est particulièrement intéressant pour le cycle de combustible du thorium (²³²Th-²³³U). Ce concept propose un retraitement intégré du combustible nucléaire basé sur des méthodes pyrochimiques afin d’extraire la matière fissile et de séparer les actinides des produits de fission.Un schéma de traitement du sel combustible, proposé lors d’un précédent projet européen (EVOL, FP7), est basé sur les propriétés redox et acido-basiques des éléments produits par les réactions de fission et de capture ayant lieu dans le cœur du réacteur. La base d’évaluation de ce schéma a été dans un premier temps thermodynamique. Une validation expérimentale est actuellement en cours qui consiste à étudier le comportement chimique et électrochimique du sel fondu et des éléments qui y sont solubilisés. Les études précédentes sur les réacteurs sels fondus ne peuvent être utilisées que partiellement pour ce concept car la composition du sel du MSFR définie par le projet européen EVOL est différente en nature et composition des sels proposés jusqu’à présent pour ce type de réacteurs. Or, les coefficients de diffusion et d’activité dépendent des propriétés physico-chimiques du sel fondu (en particulier de la solvatation) et nous avons, lors d’études précédentes, montré que les propriétés de solvatation des sels fondus dépendent fortement de leur nature et de leur composition.Les objectifs de ce travail de thèse sont l’étude du mélange fondu LiF-ThF₄ et du comportement électrochimique de l’uranium et de l’iode dans ce mélange.L’étude électrochimique du comportement de l’uranium a montré la stabilité de deux espèces solubles (UF₄ et UF₃) de cet élément dans le milieu fondu et la possibilité de le réduire à l’état métallique. Ce point est d’importance car la co-existence de ces deux composés permettra de contrôler le potentiel du sel combustible dans le cœur du réacteur et de limiter les réactions de corrosion avec les matériaux de structure. Les coefficients d’activité de U(IV) et de U(III) ont été déterminés. Les valeurs obtenues montrent que la solvatation de l’uranium au degré d’oxydation (IV) par les ions fluorure est beaucoup plus importante que celle de l’uranium au degré (III), ce qui est en accord avec des observations ultérieures dans d’autres sels fluorures. Notre choix pour l’étude des produits de fission dans le sel combustible s’est porté sur l’iode. Dans le cœur du réacteur, la forme stable de l’iode est la forme halogénure soluble I- et dans le schéma général de traitement du sel combustible, il est prévu d’extraire l’iode par une étape de fluoration qui permet de produire le gaz I₂. Cette étude a montré la contribution d’une réaction chimique à l’oxydation des ions iodures en iode gazeux. Cette réaction chimique d’oxydo-réduction correspond à l’oxydation des ions iodures par l’oxygène. Cette réaction n’est expliquée que par l’existence d’un oxyfluorure de thorium soluble ThOF₂. Une efficacité d’extraction de I₂ (g) supérieure à 95 % a été obtenue par électrolyse à potentiel contrôlé. Ces électrolyses, qui simulent la fluoration, permettent de valider l’étape d’extraction de l’iode dans le schéma de traitement.Ce travail de recherche a permis d’acquérir une meilleure connaissance de la stabilité du sel et du comportement chimique et électrochimique de différents composés (U et I) dans le sel. / The Molten Salt Fast Reactor (MSFR) is an innovative concept of GEN IV developed by the CNRS since 2004. It is currently studied in the framework of the European project SAMOFAR of H2020. The MSFR operates with a liquid nuclear fuel consisting of a mixture of fluoride salts LiF-ThF₄- (UF₄ / UF₃) (77.5-20-2.5) mol% melted at high temperature (700-900° C). This reactor is particularly advantageous for the thorium fuel cycle (²³²Th-²³³U). This concept proposes an integrated reprocessing of the nuclear fuel based on pyrochemical methods in order to extract the fissile material and to separate the actinides from the fission products.A scheme for the treatment of the fuel salt, proposed in a previous European project (EVOL, FP7), is based on the redox and acido-basic properties of the elements produced by the fission and capture reactions occurring in the reactor core. The baseline for this scheme was initially thermodynamic. Experimental validation is currently under way to study the chemical and electrochemical behavior of the molten salt and the elements solubilized therein. Previous studies on molten salt reactors can only be partially used for this concept because the composition of the MSFR salt defined by the European EVOL project is different from the composition of the salts proposed up to now for this type of reactor. However, the diffusion and activity coefficients depend on the physicochemical properties of the molten salt (in particular solvation) and in previous studies we have shown that the solvation properties of molten salts are strongly dependent on their nature and their composition.The objectives of this thesis are the electrochemical characterization of the molten mixture LiF-ThF₄ and the study of the electrochemical behavior of uranium and iodine.The electrochemical study of the behavior of uranium shows the stability of two soluble species (UF₄ and UF₃) of this element in the molten medium and the possibility of its reduction to the metallic state. This point is important because the co-existence of these two compounds will make possible to control the potential of the fuel salt in the core of the reactor in order to limit the corrosion reactions with the structural materials. The activity coefficients of U (IV) and U (III) were determined. The values obtained show that the solvation of uranium to the degree of oxidation (IV) by fluoride ions is much greater than that of uranium to degree (III), which is in agreement with subsequent observations in other fluoride salts.Our choice for the study of fission products in the fuel salt has focused on iodine. In the core of the reactor, the stable form of the iodine is the soluble halide form I- and in the general scheme of treatment of the fuel salt, it is planned to extract iodine by a fluorination step in order to produce the gaseous compound I₂. The electrochemical study shows the contribution of a chemical reaction to the electrochemical oxidation of iodide ions in gaseous iodine. This redox chemical reaction corresponds to the oxidation of the iodide ions by oxygen. This reaction is explained for the existence of a soluble thorium oxifluoride ThOF₂. Extraction efficiencies of I₂ (g) greater than 95% were obtained by electrolysis at controlled potential. These electrolysis, which simulate fluorination process, make it possible to validate the method for the extraction of the iodine in the reprocessing scheme.This research has led to a better understanding of salt stability and of the chemical and electrochemical behavior of several compounds (U and I) in the molten salt.

Le développement rapide des batteries lithium-ion nécessite des études de vieillissement précises. L'objectif de la thèse est de préciser sur une nouvelle chimie de cellule (NMC) l'impact des paramètres sur le vieillissement, à savoir la température, l'intensité du courant et l'état de charge, et de le mettre en œuvre dans un modèle prédictif et reparamétrable.Une campagne de tests permet de quantifier l'impact unitaire des paramètres de vieillissement sur la perte de capacité de chaque batterie. Nous intégrons les résultats dans un modèle de fatigue. Celui-ci module l'impact d'un ampère-heure échangé par les conditions d’échange de cet ampère-heure au moyen de fonctions de pondération. Ce modèle est ensuite implémenté dans un logiciel, muni de son interface homme machine. Il permet à l'utilisateur de se familiariser avec le vieillissement et de faire des calculs de prédiction de perte de capacité de la batterie.Cependant, ce modèle peut dériver avec le temps en raison de sollicitations répétées. Par conséquent, ses paramètres doivent être mis à jour au moyen de mesures sur le terrain, afin de rester précis. Ces mesures sur le terrain sont soumises à la méthode dite d'analyse incrémentielle des capacités (ICA), consistant à analyser la quantité dQ/dV en fonction de V. Nous avons montré que l’évolution des pics observables sur l’ICA peut être corrélée à la cinétique du premier modèle de fatigue, ce qui permet de se servir de cette mesure pour le recalibrer. Cette mesure permet de réaliser le couplage avec le modèle de fatigue. Enfin, des tests applicatifs permettent de valider la méthode développée. / Reliable development of LIBs requires accurate aging studies. The objective of the thesis is to clarify on a new cell chemistry (NMC) the impact of the parameters on aging, namely the temperature, the rated current intensity and the state of charge, and to implement it in a predictive and updatable model.A test campaign makes it possible to quantify the unit impact of the aging parameters on the loss of capacity of each battery cell. We integrate the results into a fatigue model. The latter modulates the impact of an exchanged ampere-hour by the exchange conditions of this ampere-hour by means of weighting functions. This model is then implemented in a software, equipped with its man/machine interface. It allows the user to become familiar with aging and to make prediction calculations of loss of battery capacity.This model can drift with time due to repeated solicitation, so its parameters need to be updated by on-field measurements, to remain accurate. These on-field measurements are submitted to the so-called Incremental Capacity Analysis method (ICA), consisting in the analysis of dQ/dV as a function of V. We have shown that the evolution of the peaks observable on the ICA can be correlated with the kinetics of the first fatigue model. This measurement makes it possible to couple with the fatigue model. Finally, application tests validate the method developed.