Les nanomatériaux sont de plus en plus utilisés dans de nombreusesapplications, que cela soit pour la catalyse, la coloration, l’optique, etc. Pour optimiser leurutilisation, il est nécessaire de mieux comprendre les réactions et interactions ayant lieu à ceséchelles. Cette thèse se propose d’essayer d’explorer les liens entre conditions de synthèse,morphologie de particules, et propriétés de celles-ci. En particulier, nous avons opté pourl’étude d’un matériau modèle : l’oxyde de cérium (IV). Les nanoparticules de CeO2 ont étéobtenues par voie de synthèse solvothermale assistée par chauffage micro-ondes. Lesmorphologies des nanoparticules de CeO2 étudiées ont été : les cubes, les octaèdres et lesbâtonnets, et nous avons essayé de fournir une explication à leur obtention par la voie desynthèse utilisée. De l’or a ensuite été déposé en surface des ces nanoparticules de CeO2 etétudié par une combinaison d’études par Microscopie Électronique en Transmission et demodélisations numériques. / Nanomaterials are more and more used in various situations, such as catalysis,color, optics, etc. To optimize their use, it is necessary to better understand reactions andinteractions taking place at these scales. This PhD thesis aims at exploring the links betweensynthesis conditions, particle morphology and their properties. In particular, we chose a tostudy a model-material: cerium (IV) oxide. CeO2 nanoparticles have been obtained bymicrowave-heating assisted solvothermal synthesis. Morphologies obtained and studied havebeen: cubes, octahedrons and rods. We tried to to give an explanation on how these synthesesallowed the formation of such morphologies. Gold has then be deposed on the surface of theseCeO2 nanoparticles, and studied by a combination of Transmission Electron Microscopystudies, and computer modelizations.

Dans le cadre de ce travail, des composés de formulation Ce1−xFexO2−x2 ont été synthétisésà l'aide de deux protocoles : co-précipitation et synthèse assistée par chauffage micro-ondes.L'utilisation de cette dernière a ainsi conduit à l'obtention de nanoparticules de morphologiescubiques ou " bâtonnets " et ceci pour des temps de synthèse relativement courts. L'analysepar diffraction X a montré notamment que le paramètre de maille diminue en fonction de lateneur en fer, x. L'environnement local et le degré d'oxydation du fer ont été analysés parspectroscopies Mössbauer, RPE et XANES mettant ainsi en évidence la présence d'ions Fe3+isolés au sein de sites octaédriques distordus et sous forme de clusters. Une comparaison entreles deux voies de synthèse a montré que des différences apparaissent à l'échelle locale. Lessolutions solides obtenues ont ensuite été caractérisées au cours du traitement thermique etsous différentes atmosphères. Indépendamment de l'atmosphère de recuit, une démixtion dela solution solide intervient pour des températures proches de 600°C.

Dans le cadre de ce travail, des composés de formulation Ce1−xFexO2−x2 ont été synthétisésà l’aide de deux protocoles : co-précipitation et synthèse assistée par chauffage micro-ondes.L’utilisation de cette dernière a ainsi conduit à l’obtention de nanoparticules de morphologiescubiques ou « bâtonnets » et ceci pour des temps de synthèse relativement courts. L’analysepar diffraction X a montré notamment que le paramètre de maille diminue en fonction de lateneur en fer, x. L’environnement local et le degré d’oxydation du fer ont été analysés parspectroscopies Mössbauer, RPE et XANES mettant ainsi en évidence la présence d’ions Fe3+isolés au sein de sites octaédriques distordus et sous forme de clusters. Une comparaison entreles deux voies de synthèse a montré que des différences apparaissent à l’échelle locale. Lessolutions solides obtenues ont ensuite été caractérisées au cours du traitement thermique etsous différentes atmosphères. Indépendamment de l’atmosphère de recuit, une démixtion dela solution solide intervient pour des températures proches de 600°C. / This work deals with the synthesis and characterization of Ce1−xFexO2−x2 nanoparticles.Two different synthesis routes were used : the coprecipitation technique and the microwaveassisted synthesis route. This later allowed the obtention of controled morphologies such asnanocubic or nanorod particles, characterized by HRTEM. Compared to hydrothermal synthesisroute the time of reaction was limited to one hour. X-Ray Diffraction analysis showedthat the lattice parameter decreases versus the iron content. Local environment and oxidationstate of iron were analyzed by Mössbauer, EPR and XANES spectroscopies showingthe presence of two kinds of iron sites : isolated (distorted) octahedral sites and clusters. Acomparison between both synthesis routes shows clearly the differences at a local scale. Thenanoparticles were then further characterized during annealing and under different atmospheres.The solid solution undergoes a demixtion phenomenon around 600°C which does notdepend on the atmosphere conditions.

L'objectif principal de cette thèse est l'évaluation de la technologie de chauffage par micro-ondes et son applicabilité dans l'étape de densification, dans le cadre d’un procédé de recyclage des déchets nucléaires à très longue vie et ensuite le suivi du procédé de frittage de l'oxyde de cérium, simulant de l’oxyde de plutonium. Dans ce travail, nous avons développé un système permettant de déterminer les propriétés diélectriques de l'oxyde de cérium et avons fait une étude comparative entre le frittage par chauffage micro-ondes dans une cavité monomode et le frittage conventionnel dans un dilatomètre classique pour deux poudres de cérine: l’une de taille micrométrique, la seconde de taille nanométrique. En outre, nous avons effectué des simulations numériques sur la base d’un modèle couplant électromagnétisme et transfert de chaleur. Ces travaux ont montré l’effet de la taille d’une particule sphérique modèle sur le champ électrique (E) dans la particule et autour d’elle. Dans le cadre d’empilements modèles, nous avons montré que la présence d’un cou entre ces particules, leur orientation par rapport au champ E et le nombre de particules constitutives de cet empilement jouent un rôle déterminant sur l’intensité du champ E, ce qui a des conséquences sur le chauffage des particules. / The main objective of this thesis is the evaluation of the heating by microwave technology and its applicability in the densification step, as a part of nuclear long life wastes recycling process and then the following up of the sintering of cerium oxide, a non-radioactive simulant of plutonium oxide. In this work, we developed a system for determining the dielectric properties of cerium oxide and made a comparative study between the sintering by microwave heating in a single-mode cavity and the conventional sintering in a dilatometer for two different powders of ceria: the first one has a micrometric particle size and the second has a nanometric one. In addition, we performed several numerical simulations on the basis of a model coupling electromagnetics and heat transfer. In these works, we have shown the effect of the size of a spherical model particle on the electric field (E) inside and around the particle. In the framework of a packing model of particles, the presence of a neck between these particles, their orientation relative to E field, and the number of these particles showed a decisive role in the intensity of the E field which has a direct impact on the heating of the particles.