Les nanoparticules (NPs) représentent un danger potentiel pour la santé des travailleurs et du grand public, notamment en cas d’exposition par voie respiratoire. Si une NP est évaluée in vivo comme toxique chez l’animal, cela peut inciter à prendre des mesures pour réduire l’exposition de l’Homme à celle-ci, avant qu’il y ait des conséquences sanitaires graves. Les études in vivo sont donc d’une importance capitale afin de diminuer les potentiels risques sanitaires des NPs pour l’Homme. Néanmoins, dans un contexte de réduction du nombre d’animaux utilisés et compte tenu du nombre important de NPs existantes et de leur grande diversité physico-chimique, la toxicologie a besoin de modèles alternatifs, comme le in vitro, permettant de prédire de manière fiable les potentiels effets pulmonaires chez l’Homme. Des progrès importants ont été faits pour développer des modèles in vitro pulmonaires plus physiologiques et des méthodes d’exposition permettant de simuler l’inhalation de NPs in vitro. Cependant, des incertitudes existent quant à la capacité de ces nouveaux modèles in vitro à prédire les réponses observées in vivo dans les poumons après exposition à des NPs. Dans ce contexte, l’objectif de ce travail a été d’évaluer la capacité de plusieurs méthodes in vitro, de complexité différente, à prédire les effets toxiques observés in vivo chez le rat après exposition aiguë (24h) pulmonaire à des NPs métalliques faiblement solubles de TiO2 et de CeO2. Dans un premier temps, des expérimentations in vitro ont été effectuées afin d’évaluer si exposer des cellules alvéolaires à l’interface air-liquide (ALI) à des aérosols de NPs de TiO2 et de CeO2, générait des résultats différents par rapport à des expositions classiques à des suspensions en submergé. Dans un second temps, des expérimentations in vivo par aspiration intratrachéale ont été réalisées afin de comparer les réponses toxiques pulmonaires in vitro avec celles obtenues in vivo. Pour comparer les réponses pulmonaires in vivo et in vitro, des référentiels de dose similaires, notamment la masse par unité de surface ou par macrophage, ont été utilisés. Après 24h d’exposition, des réponses biologiques significatives (inflammation principalement) ont été observées in vitro à des doses inférieures à l’ALI par rapport au submergé. Nous avons par ailleurs souligné la nécessité de prendre en compte les doses réellement déposées sur les cellules ainsi que le débit de dose pour effectuer les comparaisons entre les deux méthodes d’exposition in vitro utilisées. Nous avons ensuite comparé les résultats in vitro avec ceux obtenus in vivo. Nous avons constaté que la méthode ALI générait des résultats plus prédictifs du in vivo, en termes de niveau d’activation des réponses toxiques à 24h. Finalement, nous avons établi un classement des quatre NPs utilisées dans notre étude et celles-ci ont été classées similairement in vivo et in vitro et quelle que soit la méthode utilisée in vitro. Nous avons par ailleurs montré l’importance de considérer la surface active des NPs pour établir ce classement. En conclusion, notre approche nous a permis de mieux évaluer le fossé existant entre le in vivo et le in vitro. Nos résultats soulignent l’intérêt d’utiliser des méthodes in vitro plus réalistes et plus proches de la physiologie humaine dans le but de modéliser les potentiels effets indésirables des NPs pour l’Homme. Cela ouvre des perspectives quant à l’utilisation et au développement de méthodologies in vitro de plus en plus représentatives des conditions d’exposition in vivo. / Nanoparticles (NPs) represent a potential danger for workers and public, especially after inhalation. When a NP is shown toxic for the lungs in vivo in animals, this can incite regulators to implement measures to reduce human exposure risks. The in vivo studies are thus of utmost importance in reducing the potential health risks for humans. However, in a context of a diminution in the number of animals used in experimentations and considering the high number of NPs used and their physicochemical diversity, there is an urgent need for alternative methods, like the in vitro, which could be used to predict the potential health effects of NPs in human. Many progresses have been made recently to develop more physiological cell models and exposure methods simulating the inhalation of NPs in vitro. Nevertheless, uncertainties remain regarding the capacity of these new in vitro methods to predict the biological responses observed in vivo into the lungs after exposure to NPs. In this context, the aim of our study was to assess the ability of several in vitro methods, differing in complexity, to predict the adverse responses observed in vivo in rat lungs after acute exposure (24h) to several metallic and poorly soluble TiO2 and CeO2 NPs. For this, in vitro experimentations were first performed to assess if exposing alveolar cells in monoculture or in co-culture at the ALI interface to aerosols of NPs, generated different results compared to classic exposure in submerged conditions to suspensions. In a second step, rats were exposed by intratracheal aspiration of NP suspensions to compare the biological responses in vitro to those obtained in vivo. To compare the pulmonary responses in vivo and in vitro, similar dose metrics were selected, including the mass per surface unit or per macrophage. After 24h of exposure, significant biological responses (mostly inflammation) were observed at lower doses at the ALI compared to in submerged conditions. Moreover, we highlighted the necessity to take into account the deposited dose on the cells and the timing of the dose delivery in order to compare the two exposure methods used in vitro. When we compared the responses in vitro to those observed in vivo, we noticed that the ALI methods generated more predictive results than the submerged one, in term of biological activation levels after 24h of exposure. Finally, a ranking of the four NPs used in our study was provided and the NPs were ranked similarly both in vivo and in vitro and whatever the exposure method used in vitro. We also showed the importance of the surface area when ranking the poorly soluble NPs. In conclusion, the gap existing between the in vivo and the in vitro has been evaluated in our study. Our results highlighted the relevance of using more realistic in vitro exposure methods to model the potential adverse effects of NPs for human. This brings perspectives about using and developing in vitro methods mimicking more closely the in vivo exposure conditions.

Il est communément admis que les géopolymères sont des solutions potentielles comme alternative aux liants hydrauliques classiques. Les géopolymères sont produits à partir de réactifs non carbonés contrairement au ciment portland et nécessitent relativement peu d'énergie pour être élaborés. Ce sont des liants inorganiques issus de l'activation alcaline d'aluminosilicates. Afin de faire des géopolymères une alternative viable et industriellement intéressante, plusieurs verrous technologiques doivent être levés en particulier sur leur mise en œuvre et les mécanismes chimiques impliqués au très jeune âge. Les études précédentes sur les mécanismes de cette réaction de géopolymérisation montrent l'existence d'un mécanisme en trois phases (dissolution – réorganisation – polymérisation). Notre étude s'est portée sur les mécanismes impliqués dans le comportement à l'état frais et en prise de géopolymère modèle à base de métakaolin. Pour cela, nous avons développé une approche combinée entre les mesures rhéologiques et chimiques (RMN liquide) afin de répondre à la complexité de l'hétérogénéité chimique locale pendant la géopolymérisation. Dans les deux premières parties de la thèse, nous nous sommes intéressés à comprendre le développement des propriétés mécaniques du gâchage à la prise du géopolymère. Lors de mesures de suivi de module élastique au cours du temps, nous observons également trois phases, une première augmentation de module dès les premières centaines de secondes, un plateau caractéristique d'une période de latence puis une seconde augmentation de module après plusieurs heures. Dans un premier temps, nous sommes intéressés à la première augmentation de module. Il a été établi que l'origine de ce module était la formation d'un premier gel de rapport Si/Al < à 4.5 localisé au niveau des joints de grains de métakaolin. Dans un second temps, nous sommes focalisé sur la dernière augmentation de module dont l'origine est la formation d'un second gel dont la composition chimique est celle du produit final c'est-à-dire le géopolymère de rapport Si/Al ~2.Finalement, dans une troisième partie, nous avons mis évidence les principales différences qui existent entre les géopolymères et de ciment Portland d'un point de vue rhéologique. Ces matériaux se comportent comme des fluides newtoniens. Les interactions entre les particules sont dominées par les effets hydrodynamiques, qui sont principalement contrôlés par la viscosité élevée de la solution alcaline de silicate et non par la contribution des contacts directs entre les grains de métakaolin / It is commonly accepted that the geopolymers are potential solutions as an alternative to conventional hydraulic binders. Geopolymers are produced from no-carbon reactants unlike Portland cement and require relatively little energy to be developed. These are inorganic binders from the alkali activation of aluminosilicates. To make a geopolymer as viable alternative and industrially interesting, several technological hurdles must be overcome in particular, their casting and the chemical mechanisms involved at very early age. Previous studies on the mechanisms of this reaction of geopolymerisation show the existence of a three phase's mechanism (dissolution - reorganization - polymerization). Our study focused on the mechanisms involved in fresh behavior and during setting of model metakaolin based geopolymers. For this, we have developed a combined approach between the rheological measurements and chemical measurements (liquid NMR) to respond to the complexity of the local chemical heterogeneity during geopolymerisation. In the first two parts of the thesis, we are interested in understanding the development of mechanical properties from mixing to setting of geopolymers. During the measurement of the elastic modulus' evolution, we also observe three phases, the first increase of elastic modulus during the first few hundred seconds, a plateau characteristic of a latency period followed by a second increase of elastic modulus after several hours. As a first step, we are interested in the first increase of modulus. It was established that the origin of this modulus was the formation of a first gel with a Si / Al ratio <4.5 localized at the grain boundaries of metakaolin. In a second step, we focused on the last increase of the elastic modulus. The origin is the formation of a second gel; the chemical composition is that of the final product that is to say the geopolymer with a Si / Al ratio ~ 2.Finally, in the third part, we have identified the major differences between geopolymer and Portland cement from a rheological point of view. These materials behave as Newtonian fluids. The interactions between the particles are dominated by hydrodynamic effects, which are mainly controlled by the high viscosity of the alkaline silicate solution and not the contribution of direct contacts between the grains of metakaolin

L’utilisation du procédé d’osmose inverse (OI) pour le traitement d’effluents nucléaires aqueux pose la problématique des effets de radiolyse et de vieillissement des membranes sous irradiation ɣ. Les performances des membranes (perméabilité, taux de rétention en strontium et césium) après irradiation ɣ ont été étudiées. L’irradiation par une source externe (60Co) a été réalisée dans différentes conditions représentatives de situations réelles (0,1 à 1 MGy, à 0,5 et 5 kGy.h-1, présence ou absence d’eau et d’oxygène). Une démarche analytique innovante et complémentaire (FTIR-ATR, XPS, production de gaz et d’espèces hydrosolubles) a été mise en œuvre afin d’obtenir des informations pertinentes sur les effets de l’irradiation sur les matériaux constitutifs. La chute des performances, débutant entre 0,2 MGy et 0,5 MGy, en présence d’oxygène et d’eau (débit de dose 0,5 kGy.h-1), est liée à des scissions de chaînes localisées sur la couche active de la membrane. Les dégradations se sont révélées plus faibles en absence d’oxygène et d’eau et à débit de dose à élevé. Les performances des membranes ont ensuite été évaluées sur trois matrices aqueuses différentes représentant respectivement des effluents radioactifs issus de situation post-accidentelle, accidentelle ou procédé. Les essais menés à l’échelle laboratoire et pilote montrent que dans chaque cas, l’utilisation de l’OI est possible en choisissant des membranes et des conditions opératoires adaptées. Pour finir, le temps pour atteindre une valeur seuil de dose intégrée reçue par les membranes a été estimé grâce au logiciel RABBI : une dizaine de jours pour l’effluent accidentel, plusieurs années pour les deux autres cas. / The treatment of nuclear liquid wastes by reverse osmosis (RO) involved issues of the water radiolysis and the membrane ageing due to ɣ irradiation effects. Membrane performances (permeability, strontium and cesium retention) were assessed after ɣ irradiation. Irradiation was carried out with an external 60Co source in different conditions that simulated real used of the process (dose from 0.1 to 1 MGy, dose rate of 0.5 and 5 kGy.h-1, with or without oxygen or water). Several analytical methods were performed to evaluate irradiation effects (ATR-FTIR, XPS, gas production, water soluble species released from the membrane). The methodology developed led to relevant information due to an innovative analytical protocol. Membrane performances started dropping between 0.2 and 0.5 MGy with oxygen and water (dose rate 0.5 kGy.h-1). This shift was linked to chains scissions inside the membrane active layer. The membrane degradation was weaker without oxygen or water or at high dose rate (5 kGy.h-1). Results showed that each analysis comforted each other. Membrane performances were also evaluated with three different types of liquid effluents, representing radioactive effluents from a post-disaster situation (groundwater type), disaster situation (seawater) or process water. Experiments were carried out at lab and pilote scales. Results indicated that the treatment of each effluent was possible by RO with an adequate choice of membrane and operating parameters. Finally, the time to reach an integrated dose threshold for the membrane in real conditions was estimated with the RABBI software : a dozen of days in the case of disaster situation to several years in the two other cases.

Les neurones au contact du liquide céphalorachidien (CSF-cNs) sont des cellules ciliées présentes tout autour du canal central de la moelle épinière. Ces cellules sont GABAergiques, déploient une brosse de microvillosités à l'intérieur de la lumière du canal et sont caractérisées par une expression du canal ionique Pkd2l1. Ceci les désigne comme de potentielles cellules sensorielles. Il a été montré que les CSF-cNs peuvent moduler la locomotion et qu'elles réagissent aux variations de pH in vitro. Cependant les modalités sensorielles transmises par ces cellules et leur implication dans la fonction locomotrice nous échappent encore. Dans ma thèse, j'étudie la fonction sensorielle des CSF-cNs dans la moelle épinière de la larve de poisson zèbre. En combinant le relargage de proton et l'imagerie pH avec l'imagerie calcique, nous avons pu montrer que les CSF-cNs répondent à des pics d'acidification in vivo et que cette réponse persiste dans des mutants pkd2l1. Nous démontrons également que les CSF-cNs ne sont pas activés de façon coordonnée lors de la locomotion fictive. Les mouvements actifs ou passifs de la queue conduisent toutefois à l'activation spécifique des CSF-cNs ipsilatérales de la contraction musculaire. Ces observations suggèrent que les CSF-cNs sont recrutées par une stimulation mécanique. Les mutants pkd2l1 ont montré une diminution de la réponse à la flexion active et passive de la queue et une diminution de la fréquence de battement de la queue. Dans son ensemble, le travail présenté ici met donc en évidence que les CSF-cNs répondent aux variations de pH in vivo et révèle leur rôle d'organe mécanosensoriel permettant la modulation du réseau locomoteur spinal. / Cerebrospinal fluid-contacting neurons (CSF-cNs) are ciliated cells surrounding the central canal. These cells are GABAergic, extend a brush of microvilli into the lumen and are specified by the expression of the transient receptor potential ion channel Pkd2l1. The atypical morphology of CSF-cNs and their location make them candidates for sensory cells. It has been shown that CSF-cNs modulate locomotion by projecting onto the locomotor central pattern generators (CPGs) and that CSF-cNs can react to changes of pH in vitro, but the sensory modality these cells convey to spinal circuits and their relevance to locomotion remain elusive. In my thesis I investigate the sensory function of CSF-cNs in the zebrafish larva spinal cord. By combining proton uncaging together with pH imaging and calcium imaging, we could show that CSF-cNs respond to pulses of acidification in vivo and that this response persists in pkd2l1 mutants. Using genetically encoded calcium sensors we showed that CSF-cNs are not coordinately activated during fictive locomotion. Active or passive tail movement, however, led to CSF-cN activation restrained to cells ipsilateral to muscle contraction. These observations suggest that CSF-cNs are recruited by ipsilateral muscle contraction and/or tail torsion. Pkd2l1 mutants showed a decreased response to active and passive bending of the tail and a subtle but consistent decrease of tail-beat frequency was observed in the startle response. Altogether, the presented work shows evidence that CSF-cNs respond to changes in CSF pH and reveals that CSF-cNs constitute a mechanosensory organ which operates during locomotion to modulate spinal CPGs.

Les tubes polymères, de PDMS ou de PVC, sont des matériaux hydrophobes polyvalents et peu couteux. Ils sont très largement utilisés dans l'industrie pour transférer des fluides plus ou moins complexes tels que de l'eau potable, des émulsions (e.g lait), des suspensions (e.g café), ou encore des solutions de molécules actives (e.g médicament). La plupart de ces applications mettent en jeux des écoulements intermittents répétés de liquide qui peuvent contaminer le matériau. Cette étude a pour but de mieux comprendre comment ces écoulements de fluides complexes entraînent la contamination des tubes. Nous étudions expérimentalement et théoriquement les régimes d'un segment de liquide de faible viscosité s'écoulant dans un tube en conditions de mouillage partiel. Deux processus sont en compétition : à cause de la vitesse élevée du segment de liquide, un film de liquide se forme à l'arrière du segment, alors qu'à cause de des conditions de mouillage partiel le film de liquide démouille. Nous montrons qu'au-delà de la limite en vitesse correspondant à la transition de mouillage dynamique qui est bien inférieure à la prédiction de Cox-Voinov, un régime précédemment inconnu avec un film épais, dont l'épaisseur dépend de la vitesse, est obtenu bien avant la formation classique d'un film de Landau-Levich-Derjaguin. Nos simulations numériques sont en partie en accord avec nos observations. / Polymer tubes, made of PDMS or PVC, are versatile, low cost, hydrophobic materials. They are heavily used in industry for transferring more or less complex fluids such as drinkable water, emulsions (e.g milk), suspensions (e.g coffee), or solution of active molecules (e.g pharmaceutics). Most of these applications involve repeated, intermittent flow of liquids which can lead to unwanted contamination. This study aims at better understanding the mechanisms of contamination for intermittent flow. We experimentally and theoretically investigate the flow regimes of low viscosity liquid slugs flowing down a vertical tube under partial wetting condition. Two processes are in competition: because of the large slug velocity, a liquid film tends to be created at the back of the slug whereas because of the partial wetting condition, the liquid film dewets. We investigate how this competition controls film deposition in hydrophobic tubes. We show that above the threshold velocity for dynamic wetting which is much lower than predicted by Cox-Voinov, a previously unknown regime is found where we observe a velocity dependent thick film well before the classical Landau-Levich-Derjaguin regime.

Ce travail de thèse est consacré à l’étude des écoulements thermogravitaires et thermocapillaires induits par chauffage laser dans des couches liquides. Le chauffage d’un système à deux liquides donne naissance à deux effets thermiques. Le premier est dû à la variation de la masse volumique avec la température et le second à la variation de la tension interfaciale avec la température. Nous avons dans un premier temps étudié ces deux contributions séparément. En confrontant expériences, théorie et simulations numériques nous avons démontré que la morphologie des écoulements thermogravitaires dépend de l’épaisseur de la couche liquide ainsi que de la largeur du champ de température. Ensuite nous nous sommes intéressés à l’étude théorique et numérique de l’effet thermocapillaire. Cette étude a révélé qu’il est possible d’étudier les écoulements à partir des déformations d’interface induites par ces mêmes écoulements. Nous avons montré qu’il existe deux régimes de déformations en fonction du rapport de hauteurs et du signe de la variation de la tension interfaciale avec la température. Enfin, nous nous sommes intéressés à la compétition entre ces deux mécanismes. L’analyse des déformations d’interface et la comparaison avec un modèle à une dimension a montré qu’en fonction du rapport de hauteurs des couches liquides nous avons une transition d’un régime d’écoulements thermocapillaires vers une régime d’écoulements thermogravitaires. De plus, nous avons montré expérimentalement et numériquement qu’il est possible d’induire une instabilité d’origine thermogravitaire conduisant à la formation d’un pont liquide. / This thesis work is dedicated to thermocapillary and thermogravitary flows induced bylaser-heating in liquid layers. The laser-heating of a two fluids system induces two thermaleffects. The first effect come from the variation of the density with temperature andthe second one is due to the variation of the interfacial tension with the temperature.In a first part, we study separately these two mechanism. With a comparison betweenexperiments, theory and numerical simulations we demonstrated that the morphology ofthe flows depends on the thickness of the layer and the width of the temperature field.Then, we studied numerically and theoretically the thermocapillary effect. That revealedit is possible to understand the flows from the interface deformations. We highligth theseare two deformation regimes depending the thickness ratio and the sign of the interfacialtension gradient. Finally, we studied the competition between the two mechanism and theexperiments revealed a transition between two flow regimes. The comparison of these resultsand a theoritical model showed there is a transition from a thermocapillary regime to athermogravitary regime. In addition, we showed the possibility to induce an instibility bythermogravitary effect which can lead to the formation of a liquid bridge.

L’usage de l’alliage de vanadium V-4Cr-4Ti comme matériau de gainage du combustible dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na) représente un intérêt tout à fait particulier de par ses propriétés physico-chimiques attractives à savoir : une bonne compatibilité avec le sodium liquide, une transparence neutronique élevée et de bonnes propriétés mécaniques sous irradiation. Toutefois, la dissolution de l’oxygène dans le vanadium conduit à son durcissement de manière considérable et rend, par conséquence, son utilisation conditionnée par l’utilisation de protection externe moyennant des revêtements faisant office de barrière de diffusion à l’oxygène présent dans le sodium liquide à hauteur de quelques ppm. Au cours de ce travail, des revêtements diffusionnels à base siliciures binaires et ternaires sont élaborés essentiellement par cémentation activée en caisse. Leur capacité à protéger le substrat dans des milieux simulant les conditions d’un RNR-Na, caractérisés par un faible potentiel oxydant de O2, est avérée suite à des tests d’oxydation sous hélium impur à 650°C et de corrosion dans le sodium liquide à 550°C (test CorroNa au CEA de Saclay). D’autres tests d’oxydation sous air (cycliques, isothermes et fluage-flexion 3 points) ont montré la bonne résistance des revêtements à des températures au-delà de 900°C grâce à la formation d’une couche protectrice de SiO2, adhérente et compacte. Un autre volet de ce travail a permis d’aborder la stabilité microstructural du système gaine/revêtement dans les conditions accidentelles. Ceci a nécessité le calcul des coefficients d’interdiffusion en s’appuyant parallèlement sur les modèles de croissance multicouche de Wagner et de consommation mutuelle de Buscaglia. En dernier lieu, la coupe isotherme à 1200°C et la projection liquidus du système V-Cr-Si sont étudiés. Cette étape, préliminaire à l’étude du système quaternaire V-Cr-Ti-Si, doit permettre en perspective l’optimisation de l’architecture du revêtement et aider à la compréhension des mécanismes d’oxydation / The use of vanadium alloy V-4Cr-4Ti as fuel cladding in the generation IV sodium cooled fast reactor (SFR) is considered with a great interest thanks to its attractive physico-chimicals properties namely: a good compatibility with liquid sodium, a high neutronic transparency,a good mechanical properties even under irradiation. However, the dissolution of oxygen in vanadium leads to its hardening. This behavior imposes, consequently, the use of on external protection as coatings that can be considered as a barrier against oxygen diffusion contained in liquid sodium at very low concentrations (a few ppm). In this work, binary and ternary diffusional silicides coatings are produced mainly by halide activated pack cementation. Their ability to protect the substrate in media simulating a SFR’s conditions, with a low oxidation potential of O2, is proved according to the results of oxidation tests in impure helium at 650 ° C and corrosion in sodium liquid at 550 ° C (CorroNa test at CEA de Saclay). Other air oxidation tests (cyclic, isothermal and creep-bending 3 points) showed good resistance of coatings at temperatures above 900°C due to the formation of a protective layer of SiO2, adherent and compact. In another part of this work, the microstructural stability of the cladding/coating system in accidental conditions is studied. This required the calculation of interdiffusion coefficients using models of multilayer growth as proposed by Wagner and mutual consumption as proposed by Buscaglia. Finally, the isothermal section at 1200 ° C and the liquidus projection of V-Cr-Si system are studied. This step, preliminary to the study of quaternary V-Cr-Ti-Si system, should allow as a perspective the optimization of the architecture of the coating and help to understand the oxidation mechanisms

Mon travail au sein de l'équipe Chimie du Solide et Matériaux (CSM) à l'Institut des Sciences Chimiques de Rennes a porté sur la synthèse et la caractérisation de nouveaux composés hybrides à clusters, en particulier des clustomésogènes. Depuis leur publication en 2010, les clustomésogènes représentent une nouvelle famille de cristaux liquides, combinant les propriétés physiques des clusters, en particulier la luminescence, avec les propriétés de mise en forme et d'organisation des cristaux liquides. La première partie de ce manuscrit est consacrée à la synthèse, aux études de luminescence, d'oxydo-réduction et aux calculs DFT d'un nouveau composé à clusters, K4[Re6Sei8(N3)a6]·4H2O, précurseur de briques moléculaires pour l'élaboration de nanomatériaux hybrides. La deuxième partie porte sur la synthèse et l'étude de trois clustomésogènes (CL3, CL6 et CL9) présentant différentes densités en unités mésogéniques grâce à la modulation d'un espaceur entre le coeur inorganique et l'unité mésogénique. LC3, LC6 et LC9 possèdent respectivement une chaine aliphatique de 3, 6 et 9 carbones entre le cluster et les unités mésogéniques de type cyanobiphényls. Finalement, une prospective de simulation par dynamique moléculaire a été menée dans le but de comprendre les interactions entre ces macromolécules cristal-liquides, les clustomésogènes, afin de comprendre et prévoir les processus d'auto-assemblage de ces composés hybrides. Ce travail est une première étape pour le développement futur de clustomésogènes de structures contrôlées pour des applications dans les domaines de l'affichage et de l'éclairage. / My work took place in the material and solid chemistry team (CSM) from the institute of chemical Sciences of Rennes. It dealt with the synthesis and characterisation of new hybrid compounds : the clustomesogens, which generate luminescent properties assigned to the cluster and self-organisation from liquid-crystal material. The first chapter describes the state of art of the cluster chemistry and the basic knowledge to understand liquid-crystal and in particular clustomesogen material. The second chapter describes the synthesis, characterisation, luminescence and redox analysis and finally DFT calculations of a new inorganic cluster compound K4[Re6Sei8(N3)a6]·4H2O, precursor of molecular building block for the development of hybrid materials. The third chapter deals with the synthesis and study of three specific clustomesogens. Differing by the density in mesogenic units around the cluster core, the compound LC3, LC6 and LC9 have respectively an aliphatic chain of 3, 6 and 9 carbons between the cluster and the mesogenic cyanobiphenyl units. The fourth chapter presents a prospective of molecular dynamic simulations in order to understand the interaction between the clustomesogen supermolecular systems and anticipate the selfarrangement processes. This work is a first step for the future development of new and specific building blocks based on clustomesogens for applications in the field of display or lighting.

Les travaux décrits dans cette thèse sont centrés sur la caractérisation et l’optimisation d’une camera Compton à phase unique au xénon liquide pour des applications médicales. Le détecteur a été conçu pour exploiter les avantages d’une technique d’imagerie médicale innovante appelée l’imagerie 3γ. Elle vise à l’obtention de la position en 3D d’une source radioactive avec une très haute sensibilité et une réduction importante de la dose administrée au patient. L’imagerie 3γ est basée sur la détection en coïncidence de 3 photons gamma émis par un émetteur spécifique (+β, γ), le 44Sc. Un premier prototype de camera Compton au xénon liquide a été développé par le laboratoire Subatech à travers le projet XEMIS (Xenon Medical Imaging System), pour démontrer la faisabilité de l’imagerie 3γ. Ce nouveau système de détection comporte un système de cryogénie avancé et une électronique front-end à très faible bruit qui fonctionne à la température du xénon liquide. Ce travail a contribué à la caractérisation de la réponse du détecteur et à l’optimisation de la mesure du signal d’ionisation. L'influence de la grille de Frisch sur le signal mesuré a été particulièrement étudiée. Les premières preuves de la reconstruction Compton en utilisant une source de ²²Na (β+, Eγ = 1.274 MeV) sont aussi rapportées dans cette thèse et valident la preuve de concept de la faisabilité de l’imagerie 3γ. Les résultats présentés dans cette thèse ont joué un rôle essentiel dans le développement d’une camera Compton au xénon liquide de grandes dimensions pour l’imagerie des petits animaux. Ce nouveau détecteur, appelée XEMIS2, est maintenant en phase de construction. / The work described in this thesis is focused on the characterization and optimization of a single-phaseliquid xenon Compton camera for medical imaging applications. The detector has been conceived to exploit the advantages of an innovative medical imaging technique called 3γ imaging, which aims to obtain aprecise 3D location of a radioactive source with high sensitivity and an important reduction of the dose administered to the patient. The 3γ imaging technique is based on the detection in coincidence of 3gamma rays emitted by a specific (+β, γ) emitter radionuclide,the 44Sc. A first prototype of a liquid xenon Compton camera has been developed by Subatech laboratory within the XEMIS (Xenon Medical Imaging System) project, to proof the feasibility of the 3γ imaging technique. This new detection framework is based on an advanced cryogenic system and an ultra-low noise front-end electronics operating at liquid xenon temperature. This work has contributed to the characterization of the detector response and the optimization of the ionization signal extraction. A particular interest has been given to the influence of the Frisch grid on the measured signals. First experimental evidences of the Compton cone reconstruction using asource of ²²Na (β+, Eγ = 1.274 MeV) are also reported in this thesis, which demonstrate the proof of concept of the feasibility of the 3γ imaging. The results reported in this thesis have been essential for the development of a larger scale liquid xenon Compton camera for small animal imaging. This new detector, called XEMIS2, is now in phase of construction.

L'objectif de ce travail est d'améliorer les performances photocatalytiques de deux oxydes mixtes de bismuth, Bi2WO6 et BiOBr, présentant une activité sous lumière visible. Leurs activités photocatalytiques sont en effet majoritairement limitées par un taux de recombinaison des charges photoinduites élevé. Deux stratégies différentes ont été respectivement appliquées pour chaque matériau. La première consiste à former une hétérostructure entre Bi2WO6 et un métal noble, le platine, pour assurer une séparation efficace des charges. La seconde consiste à réduire la taille des particules de BiOBr afin d'augmenter la surface spécifique et de diminuer le parcours moyen des charges jusqu'à la surface du photocatalyseur. Les synthèses ont été réalisées par chimie douce. La répartition et la quantité de platine déposé sur Bi2WO6 a ainsi pu être modulée et des particules de BiOBr sous forme de microfleurs ou de plaquettes de différentes tailles ont été obtenues. La dégradation de la rhodamine B en solution sous irradiation bleue a permis d'évaluer les propriétés photocatalytiques des matériaux. La dégradation de molécules non photosensibles a également été réalisée afin de confirmer l'activité photocatalytique observée. Dans le but d'évaluer la potentialité de Bi2WO6 et BiOBr pour la purification de l'air intérieur, des tests de dégradation photocatalytique de polluants modèles gazeux ont été effectués. L'ensemble de ces tests ont mis en évidence les relations entre les paramètres physico-chimiques des matériaux et leurs performances photocatalytiques et ont souligné les potentialités et les limitations de Bi2WO6 et BiOBr pour la dépollution de l'air et de l'eau. / The aim of this work is to improve photocatalytic performance of two mixed bismuth oxides, Bi2WO6 and BiOBr, which have an activity within visible range of the electromagnetic spectrum. Two different strategies have been developed for each material. First one consists in designing a heterostructure between Bi2WO6 and a noble metal, platinum, which ensures an efficient charge separation at the interface. Second one aims at lowering BiOBr particle’s size in order to boost specific surface and shrink mean free path of charges to the surface of the photocatalyst. Syntheses of the materials were carried out using soft chemistry method. Platinum particle distribution and quantity on Bi2WO6 were thus successfully tuned and BiOBr microspheres or plates with different size were obtained. Photocatalytic properties of our materials were characterized by rhodamine B degradation in solution under blue light (λ = 445 nm). Degradation test of non-photosensitive compounds were also performed to show their photocatalytic activity. In order to evaluate Bi2WO6 and BiOBr potential in purifying indoor air photocatalytic degradation tests of model gaseous pollutant were performed. All these photocatalytic tests highlight the relationship between physicochemical and photocatalytic properties of the materials. They also enable us to determine the potentials and limitations of Bi2WO6 and BiOBr as photocatalysts for water and air depollution.