Ce travail concerne la préparation et la caractérisation des systèmes moléculaires photocommutables multifonctionnels incorporant l'unité photochrome diméthyldihydropyrène/cyclophanediène (DHP/CPD) et leur mise en œuvre dans des matériaux et dispositifs.Un dérivé DHP tétrasubstitué par des unités pyridinium, étudié en solution, possède des propriétés exploitables de photocommutation d'absorption, de fluorescence et de communication électronique intramoléculaire. La coordination axiale de certains dérivés de type DHP-pyridyle à une entité métallique porphyrinique améliore les propriétés de photoisomérisation du système photochrome par rapport à celles des ligands libres correspondants. D'autre part, l'association du motif DHP à des complexes métalliques contenant la terpyridine confère au système résultant des propriétés rédox supplémentaires. Parmi les deux familles de complexes élaborés, les systèmes à pont pyridinium reliant le noyau DHP au complexe métallique présentent des propriétés de commutation exploitables pour la conception d'un système quadristable rédox- et photocommutable. Ces systèmes modèles ont été insérés dans une architecture macromoléculaire de type polymère de coordination photocommutable élaboré en solution ou immobilisé sur une surface. Les films assemblés autour du complexe de Zn2+ présentent des propriétés de conductance commutables suivant l'état de l'unité photochrome. Des nanotubes de carbone fonctionnalisés par des dérivés DHP substitués par un groupement pyridinium-CH2-pyrène constituent des nouveaux nanomatériaux photo- et thermocommutables. Enfin, un film mince comportant une unité DHP greffée sur ITO, constitue un générateur de 1O2 à la demande. En présence d'oxygène moléculaire, le dérivé DHP joue le rôle de sensibilisateur de 3O2 et subit une réaction de photooxygénation. L'espèce photogénérée sous forme de CPDO2 libère thermiquement 1O2. / This work deals with the design of molecular multifunctional photoswitchable systems incorporating dimethyldihydropyrene (DHP) photochromic unit and with their implantation and characterization in switchable devices.We show that a tetra pyridinium-appended DHP derivative displays interesting photoswitchable optical properties, emission and excitation fluorescence and electronic communication. Combining DHP pyridine-substituted ligand with porphyrin complex via axial coordination enhances the photoinduced DHP ring-opening reaction. Additionally, associating photoresponsive DHP unit with electron-responsive transition metal complexes confers additional redox properties to the resulting hybrid system. The DHP core photo-isomerization proceeds much more efficiently when the metal complexes and the DHP moiety are connected through pyridinium-bridge vs phenyl bridge. The resulting systems are used for the conception of new multi-addressable photo- and redox- switches. These assemblies are applied for the design of photoswitchable coordination polymers developed in solution or immobilized onto ITO. Photochromic films based on Zn2+ exhibit conductance properties that can be tuned optically and thermally according to the photostate of the photochromic unit. The DHP core associated with a pyrene entity and immobilized onto carbon nanotube electrode via -stacking acts as a switchable material. Finally, we report the possibility of controlling 1O2 production by light irradiation or by heating, of an ITO surface functionalized by pyridinium-substituted DHP derivatives. In the presence of dioxygen, this DHP derivative plays the role of an O2 sensitizer. The photogenerated 1O2 reacts with the open-ring isomer to afford the corresponding endoperoxyde species which then releases 1O2 thermally.

Le concept central de cette thèse est de mettre en avant trois grandes propriétés du liquide ionique, c'est à dire ses propriétés structurées et structurantes qui sont complémentaires à leurs propriétés usuelles (conductivité ionique, stabilité thermique, stabilité électrochimique), mais il ne s’agit là que d’une facette du travail. En effet, la synthèse des liquides ioniques rédox est l’un des ancrages fort de ce travail : ainsi des liquides ioniques biredox (porteur de groupements redox à la fois sur l’anion et le cation) ont pu être synthétisés pour la première fois. Cette électro-activité apporte un éclairage nouveau dans le développement d'électrolytes pour les supercondensateurs dont nos capacités spécifiques sont deux à cinq fois plus grandes que les valeurs de la littérature dans le domaine. Parallèlement, des liquides ioniques redox ont été associés à des nanotubes de carbone; les composites obtenus (nommé bucky Gel redox) ont été mis en œuvre avec succès comme matériaux d’électrode pour l’étude des dynamiques des cascades de transferts électroniques et ioniques. Outre l’obtention de ces résultats électrochimiques, les liquides ioniques ont été structurés par synthèse supramoléculaire. Ainsi des liquides ioniques polymérisés ont été obtenus et mis en forme par électrofilage puis testés en tant qu’électrolyte solide dans un dispositif supercondensateur. Les propriétés électrochimiques de l’ensemble de ces objets liquides ioniques ont fait l’objet d’études approfondies par voltammétrie cyclique, spectroscopie d’impédance électrochimique, cyclages galvanostatiques et microscopie électrochimique à balayage. Les résultats obtenus valident totalement le concept de départ dans le fait jouer sur les chimies moléculaire, supramoléculaire et macromoléculaire des liquides ioniques pour améliorer les dispositifs de stockage électrochimique de l’énergie. / The central concept of this project is to highlight three major ionic liquid properties. It lies on the control of the structured and structuring properties that are considered as complementary to the usual ionic liquids properties (ionic conductivity, thermal stability, electrochemical stability). However, this is a relatively small part of this work. The strong key point is the synthesis of redox ionic liquids. In this work a new biredox ionic liquids (contaning redox moieties both on the anion and the cation constituting the ionic liquid) have been successfully synthesized for the first time. This electro-activity opens the development of electrolytes for supercapacitors whose the specitific capacity is between two and five times larger than the values found in the literature. Meanwhile, redox ionic liquids have been associated with carbon nanotubes; the obtained composites were implemented as electrode materials for the study of dynamic electron transfer and ionic transfer. Besides these results, ionic liquids have been structured by supramolecular chemistry. Polymerized ionic liquids were obtained, shaped by electrospinning and tested as a solid electrolyte in a supercapacitor system. The electrochemical properties of these components (electrolyte materials or electrode materials) have been extensively studied by cyclic voltammetry, electrochemical impedance spectroscopy, galvanostatic cycling and scanning electrochemical microscopy. The results completely validate the original concept to take advantage of molecular, supramolecular and macromolecular chemistries of ionic liquids to improve electrochemical energy storage devices.

Dans la première partie de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressé à l’étude de l’anisotropie magnétique au sein de complexes mononucléaires de Ni(II) et de Co(II) pentacoordinés de géométrie allant de la pyramide à base carrée jusqu’à la bipyramide trigonale. Pour les complexes mononucléaires, nous avons montré que pour une géométrie donnée, la nature de l’ion métallique a une influence importante sur l’anisotropie magnétique.Nous avons étudié l’effet de la géométrie pour un même ion métallique. Dans le cas d’une géométrie bipyramidale trigonale (symétrie C3v), nous avons montré que le complexe de Co(II) possède un axe facile de l’aimantation et donc un blocage de l’aimantation qui conduisent à l’ouverture d’un cycle d’hystérèse à basse température. Ce type de complexe peut donc être utilisé pour le stockage de l’information. Dans la deuxième partie du travail, nous avons étudié les propriétés magnétiques de complexes binucléaires. Un complexe binucléaire de Co(II) pontés par deux Cl- présente un faible couplage ferromagnétique et un blocage de l’aimantation.Enfin, l’autre aspect de ce travail est de réaliser une molécule binucléaire où deux ions anisotropes, chacun possédant un axe facile de l’aimantation, soient faiblement couplés de manière antiferromagnétique. Pour ce faire, nous avons étudié des composés avec des ligands de type cryptant où la géométrie autour des Co(II) est bipyramide trigonale. Nous avons trouvé qu’avec un ligand pontant de type Cl- ou Br-, l’interaction d’échange est beaucoup plus importante que l’anisotropie locale des ions Co(II) conduisant à un comportement magnétique où les ions perdent leur caractère local. Ce travail ouvre la perspective de synthétiser le même type de complexes mais avec des ponts de plus grande taille pour diminuer l’intensité du couplage antiferromagnétique. / In the first part of this thesis, we studied the magnetic anisotropy of pentacoordinated mononuclear Ni(II) and Co(II) complexes possessing geometries from square pyramid to trigonal bipyramid. We have shown that, for a given geometry, the metal ion nature has an important influence on the magnetic anisotropy.Then, we studied for a given metal ion the effect of geometry on its magnetic anisotropy. In the case of a trigonal bipyramidal geometry (C3v symmetry), we showed that Co(II) has an Ising type anisotropy (easy axis of magnetization) and thus a blocking of magnetization that leads to an opening of a hysteresis cycle at low temperature. This type of complexes can be used for storing data albeit at low temperature.In the second part of the work, we studied the magnetic properties of binuclear complexes. A binuclear Co(II) complex bridged by two Cl- has a weak ferromagnetic coupling and a blocking of its magnetization.Finally, another aspect of this work was to design binuclear complexes, where two anisotropic ions having each one an easy axis of magnetization, are weakly antiferromagnetically coupled. To do this, we have studied compounds with cryptand ligands where the geometry around the Co (II) is trigonal bipyramid. We found that with a Cl- or Br- bridging ligand, the exchange interaction is much more important than the local anisotropy of Co(II) ions leading to a magnetic behavior where the ions lose their local character. This work opens up prospects for synthesizing the same type of complex but with larger bridges to decrease the intensity of the antiferromagnetic coupling.