Les performances dans les deux principales applications en électrochimie (batterie primaire au lithium) et en tribologie (lubrifiant solide) de carbones fluorés nanostructurés obtenus par fluoration directe sous fluor moléculaire étaient déjà remarquables mais non - optimisées du fait de la présence de défauts structuraux. Ainsi de nouvelles méthodes de synthèse ont été étudiées pour réduire ces défauts. En fonction du matériau à fonctionnaliser, différentes stratégies de synthèse ont été testées telles que la fluoration assistée, la mécanosynthèse sous atmosphère de fluor gazeux et la fluoration par décomposition d'agent fluorant appelée également fluoration contrôlée. La méthode par agent fluorant avec le tetrafluorure de terbium (TbF4) et le difluorure de xénon (XeF2) a été optimisée. Les propriétés électrochimiques, sensiblement améliorées, et tribologiques, maintenues excellentes, des nanocarbones fluorés obtenues par ces méthodes ont été axpliquées par une caractérisation physico-chimique approfondie et une combinaison de techniques (Résonance Magnétique Nucléaire, Résonance Paramagnétique Electronique, Microscopie Electronique à Balayage et à Transmission, Microscopie à Force Atomique, Raman, Diffraction des Rayons X). Les mécanismes se distinguent entre les fluorations directes et contrôlée par la nature de l'espèce réactive, fluor moléculaire ou atomique, respectivement

Des carbones dérivés de carbures à porosité monodisperse et nanocentrée autour de 0,6 nm ont été préparés par fluoration de carbures via l'arrachement sélectif de l'élément métallique et le maintien de l'empreinte carbonée initiale. Les carbures précurseurs ont été choisis parmi deux des classes de carbures à savoir interstitiels pour le carbure de titane et de niobium et covalents pour le carbure de silicium. La fluoration directe procédant sous flux d'une atmosphère de fluor pur apparait comme étant la seule méthode de fluoration apte à déstabiliser les poudres cristallisées. Appliquée au carbure de titane, des matériaux à teneur variable en carbone et en trifluorure de titane ont été obtenus et caractérisés structuralement par Diffraction des Rayons X quantitative, spectroscopies IR et Raman et leur texture sondée par Microscopie Electronique à Balayage et à Transmission et isothermes d'adsorption à l'azote à 77K. Ils ont aussi été évalués comme matériau d'électrode de supercondensateurs. La fluoration du carbure de silicium pour la stabilisation d'une phase carbonée est plus difficile et seule l'abaissement de la cristallinité du carbure par l'utilisation d'une mise en forme de type couche mince combinée à une méthode de fluoration alternative par décomposition de l'agent fluorant XeF2 ont permis d'obtenir une couche mince de carbone nanostructurée valorisable comme lubrifiant solide et aux propriétés de mouillabilité modulables.

En raison de leurs nombreux avantages, les matériaux polymères sont aujourd'hui reconnus comme des éléments essentiels de notre quotidien. Ils composent une quantité importante d'objets de la vie courante dans lesquels ils ont souvent substitué les substances naturelles initialement utilisées. Néanmoins, pour une utilisation dans le domaine de l’emballage, ces matériaux présentent des contraintes non négligeables qui nécessitent une recherche permanente. L’amélioration et l’optimisation des propriétés d’imprimabilité, barrières aux gaz et de machinabilité représentent un enjeu crucial pour répondre aux nouvelles réglementations, législations mais aussi phénomènes sociétaux et exigences industrielles. La solution d'étude retenue ici est de traiter la surface de matériaux commerciaux. Les différents traitements plasma, relativement bien maitrisés sur ce type de matériaux, ont été combinés avec des procédés de fluoration, plus originaux. La fluoration directe est ainsi apparue comme une solution privilégiée du fait de son efficacité avérée sur ce type de matériaux. La maitrise des différents paramètres intrinsèques à chaque procédé a permis d’identifier l’unicité de chaque traitement et combinaison afin d’ajuster, non seulement la morphologie, mais surtout la composition de surface des films traités en fonction des propriétés ciblées. Des caractérisations spectroscopiques ont tout d’abord été mises en place pour identifier les mécanismes associés à chacun de ses traitements seuls ou combinés. La morphologie des surfaces a également été caractérisée par des techniques classiques de microscopie. Enfin, l’étude des propriétés résultantes et leur stabilité dans le temps ont permis de mettre en évidence l’intérêt de ces procédés pour améliorer les propriétés actuelles des films d’emballages et leur stabilité ; notamment leur imprimabilité, et leur comportement barrière aux gaz. / Currently, polymeric materials are currently well-recognized as essential elements of our daily life due to the advantages that they exhibit, in which they can replace the originally natural products. However, the use of these materials for packaging applications has still significant drawbacks. The interest of research on polymeric materials is potentially required in order to provide a good compromise of properties such as printability, gas barrier and machinability. Aims are to follow the new regulations, laws, but also societal phenomena and industrial phenomena.In this study, surface treatments were directly applied on material polymers dedicated to packaging applications. Plasma treatments, relatively well mastered, were combined with original fluorination processes. In comparison, direct fluorination was effectively used to increase polymer properties. Each treatment and their combination were carried out with various intrinsic parameters under control to adjust both surface morphology and surface composition of treated polymers according to targeted film properties.Spectroscopic characterizations were first monitored to identify the mechanisms associated with each treatment (alone or in combination). Surface morphology was also observed on standard microscopic techniques. The resulting properties and their long-termed stability were carried. These studies highlight the effectiveness of those treatments to improve the current properties of packaging films and stability: including printability, and barrier properties.

Des carbones dérivés de carbures à porosité monodisperse et nanocentrée autour de 0,6 nm ont été préparés par fluoration de carbures via l’arrachement sélectif de l’élément métallique et le maintien de l’empreinte carbonée initiale. Les carbures précurseurs ont été choisis parmi deux des classes de carbures à savoir interstitiels pour le carbure de titane et de niobium et covalents pour le carbure de silicium. La fluoration directe procédant sous flux d’une atmosphère de fluor pur apparait comme étant la seule méthode de fluoration apte à déstabiliser les poudres cristallisées. Appliquée au carbure de titane, des matériaux à teneur variable en carbone et en trifluorure de titane ont été obtenus et caractérisés structuralement par Diffraction des Rayons X quantitative, spectroscopies IR et Raman et leur texture sondée par Microscopie Electronique à Balayage et à Transmission et isothermes d’adsorption à l’azote à 77K. Ils ont aussi été évalués comme matériau d’électrode de supercondensateurs. La fluoration du carbure de silicium pour la stabilisation d’une phase carbonée est plus difficile et seule l’abaissement de la cristallinité du carbure par l’utilisation d’une mise en forme de type couche mince combinée à une méthode de fluoration alternative par décomposition de l’agent fluorant XeF2 ont permis d’obtenir une couche mince de carbone nanostructurée valorisable comme lubrifiant solide et aux propriétés de mouillabilité modulables. / Carbide-derived Carbons (CDC) with monodisperse ultramicroporosity have been prepared by carbide fluorination thanks to selective etching of metallic element. The chosen carbides precursors were titanium and niobium carbides, and silicon carbides from interstitial and covalent carbide family, respectively. Direct fluorination proceeding by a pure flow of 1 atm. of molecular fluorine is the only fluorination way which leads to the transformation of the powdered and highly crystallized carbide into some carbons. Materials with different ratio of carbon and solid titanium trifluoride were successfully obtained by direct fluorination of titanium carbide, characterized by quantitative XRD, IR and Raman spectroscopies and Scanning and Transmission Electronic Microscopies and used in supercapacitors. The direct fluorination of silicon carbide in order to form carbon is more difficult because of the competition between carbon formation and its degradation into gaseous carbon fluorides. To success in our goal, thin film morphology was used as precursor. However, an accurate fluorination way is needed and decomposition of XeF2 fluorinating agent was chosen. Thin films with variable thickness of nanostructured carbon at the surface were obtained and used as solid lubricant with tunable wettability properties.