Dans ce travail de thèse, deux procédés de décontamination ont été développés vis-à-vis de métaux lourds présents en solutions aqueuses sous forme solubles. Le premier procédé utilise des films minces de birnessite, synthétisés et optimisés par électrochimie, avec des propriétés de sorption maximales. Parmi différents échantillons, les films minces de birnessite HB.4 possèdent des capacités d’adsorption importantes vis-à-vis du plomb et du cadmium, avec une simplicité dans leur préparation et leur utilisation. Un post-traitement électrochimique simple et rapide accroit encore significativement les capacités. La possibilité d’une désorption totale (plomb ou cadmium) en fonction de la chimie du milieu a été montrée. Ce matériau présente également de bonnes capacités de sorption vis-à-vis du nickel et du cuivre.Le second procédé de décontamination par électrochimie développé dans ce travail est innovant et particulièrement efficace. Il permet de décontaminer des solutions aqueuses chargées en Pb(II) jusqu’à une élimination de 99,99% et d’atteindre ainsi des concentrations acceptables pour l’environnement et l’eau potable, et ce même si la solution est concentrée et contient d’autres espèces chimiques ou métaux lourds. Ce procédé permet d’éliminer aussi le nickel, ou le cuivre mais pas le cadmium. Le principe est d’éliminer le métal soluble sous forme d’un film adhérent sur un substrat conducteur. Des caractérisations par MEB, DRX, EDS ont confirmé la nature des solides. Ces matériaux présentent des nanostructures particulières qui pourraient être valorisables. Enfin, ces deux procédés ont été appliqués avec succès sur des mélanges complexes et des échantillons réels / In this thesis work, two decontamination processes have been developed versus heavy metals present in aqueous solutions as soluble form. The first method uses birnessite thin films synthesized and optimized by electrochemistry with maximum sorption properties. Among the different samples, birnessite HB.4 thin films present significant adsorption capacities with respect to lead and cadmium, with simplicity in their preparation and their use. Simple and fast electrochemical post-treatment still significantly increases the capacities. The possibility of a total desorption (lead or cadmium) depending on the chemistry of the medium has been shown. This material also has good sorption capacities with respect to nickel and copper.The second electrochemical decontamination process developed in this work is innovative and particularly effective. It allows decontaminating aqueous solutions loaded with Pb (II) up to a removal of 99.99% and thus reaching acceptable concentrations for the environment and drinking-water, even if the solution is concentrated and contains other chemical species or heavy metals. This process also eliminates nickel or copper but not cadmium. This process is based on eliminate the soluble metal in the form of an adherent film on a conductive substrate. The characterizations by SEM, DRX, EDS confirmed the nature of the solids. These formed materials have particular nanostructures that could be valuable. Finally, these two methods have been successfully applied to complex mixtures and real samples.

Les surfaces texturées sont devenues, ces dernières années, des substrats de choix pour de nombreuses applications. Dans le domaine de l'application superhydrophe, elles ont permis de fabriquer des surfaces autonettoyantes. Nous nous intéressons à la préparation de surfaces texturées par électrodépôt en utilisant des électrodes modifiées par des auto assemblages de nanoparticules métalliques fonctionnalisées. Notre stratégie de texturation a montré sa puissance vis-à-vis du contrôle de l'électrodépôt de métaux (Ag, Cu et Co). Des électrodes structurées avec une résolution de 2 nm entre les motifs électrodéposés, ont pu être préparées avec succès par notre méthode. Parallèlement, nous avons montré qu'il est possible de contrôler la morphologie des films électrodéposés et directement leurs propriétés de mouillage. Le rôle des molécules fonctionnalisant les nanoparticules a été montré déterminant dans ce contrôle. Par ailleurs le rôle électrocatalytique des nanoparticules métalliques sur la surface d'HOPG a été mis en évidence. L'application superhydrophobe des textures préparées a été évaluée pour les différents métaux électrodéposés. / In recent years, textured surfaces become desired substrates for different nanotechnology applications. In the field of superhydrophobic applications, structured surfaces are used as self-cleaning surfaces. In the present PhD work, we are interested in the fabrication of textured surfaces using electrodeposition process and self assembled functionalized Au NPs modified electrodes. Our strategy shows interesting possibilities to control metal electrodeposition (Ag, Cu and Co). Structured surfaces with 2 nanometer resolution have been prepared successfully using our approach. In the other hand, it is demonstrated that for convenient molecules which functionalized Au NPs, it is possible to control the morphology of electrodeposited materials and in turn their wetting properties. Furthermore, it is found that Au NPs behave as electronanocatalysts on HOPG surface. Superhydrophobic application was evaluated for different textured surfaces with different materials

Les cellules solaires à colorant (DSC) sont issues de la troisième génération de cellules solaires. Ces systèmes peu onéreux présentent néanmoins des rendements (11-12 %) qui restent à améliorer. De plus les meilleures DSC sont constituées notamment de TiO2 dont la préparation à haute température est un des freins à de nombreuses applications. Le ZnO, synthétisable à basse température et sous de nombreuses morphologies semble être une alternative au TiO2 dans les DSC. L'étude présentée ici a pour but d'augmenter les performances des cellules en optimisant le transport des électrons dans les DSC et en maximisant la récolte de lumière. Pour mieux comprendre la dynamique de transport des électrons dans les DSC, l'influence de la structure des films sur les propriétés de conduction des électrons et sur les performances des cellules a d'abord été étudiée. Cette étude a été menée sur les DSC à base de TiO2 puis de ZnO. Parmi les nombreuses voies de synthèse du ZnO, l'électrodépôt de ZnO en présence d'agent structurant a permis l'obtention de DSC où le transport des électrons était optimisé. La sensibilisation du colorant à la surface du ZnO s'est ensuite révélée être une étape clef dans la préparation des DSC. Son influence sur la quantité de lumière collectée, le taux de recombinaison des électrons, les performances et la durabilité des cellules a été étudiée. De nouvelles voies de confinement de la lumière dans les cellules par rétrodiffusion ont également été recherchées. Finalement, les facteurs limitant les performances des cellules ZnO sont discutés et de nouvelles stratégies d'amélioration sont proposées

Le mécanisme élémentaire de l'électrodépôt de films de MnO2 fût étudié sur des électrodes de Pt massif dans des électrolytes aqueux. Il se révèle être une réaction multi-étapes sensible au pH et à la force ionique. La chronoampérométrie couplée à des électrolytes neutres peu concentrés favorise l'électrodépôt de films stables de MnO2. Le FTO est un meilleur substrat que l'ITO parce qu'il présente une activité électrochimique plus élevée et favorise la stabilité mécanique de films électrodéposés de MnO2. De plus, le potentiel d'électrodépôt influence à la fois la structure et la morphologie des films de MnO2. Les films amorphes de MnO2 obtenus à potentiel élevé possèdent une activité électrocatalytique et une stabilité plus élevées que la birnessite. Un traitement thermique peut améliorer amplement leur activité électrocatalytique et leur stabilité mécanique. Une transition de phase des films de MnO2 apparaît à 500 °C. Leur morphologie change de façon dramatique après chauffage au-delà de cette température. Les échantillons chauffés à 500 °C ont la meilleure activité électrocatalytique pour l'OER. Les cations Na+, K+, Ca2+ and Mg2+ sont insérés en petites quantités dans la structure des films de MnO2 au cours de la démarche d'électrodépôt, mais ils influencent néanmoins la structure et la morphologie des films. Finalement, les films de birnessite ou amorphes apparaissent comme des candidats prometteurs en tant que catalyseurs pour la dissociation photoélectrochimique de la dissociation de l'eau, puisqu'ils génèrent des photocourants considérables sous lumière solaire. Pour cela, des films de MnO2 épais, amorphes et recuits à 500 °C produisent les meilleures performances. / The basic electrodeposition mechanism of MnO2 films was studied first on bulk Pt electrodes in various aqueous electrolytes. It was revealed that MnO2 electrodeposition is a multi-step reaction that is sensitive to pH and ionic strength. Chronoamperometry coupled to low concentration neutral aqueous solutions favors the electrodeposition of stable MnO2 films. FTO was found to be a better substrate than ITO, because it has a higher electrochemical activity and could enhance the mechanical stability of electrodeposited MnO2 films. Moreover, the potential used for electrodeposition has great influence on both the structure and the morphology of MnO2 films. Amorphous MnO2 films obtained at high potential possess higher electrocatalytic activity and stability than the birnessite-type MnO2 variety. The heat treatment can greatly enhance the electrocatalytic activity and mechanical stability. A phase transition of MnO2 films appears at 500 °C. The morphology changes dramatically after heating above this temperature. Samples heated at 500 °C are found to have the best electrocatalytic activity towards OER. Na+, K+, Ca2+ and Mg2+ cations were found to be inserted in small amounts into the structure of MnO2 films during the electrodeposition procedure but they influence the structure and morphology of the films. Finally, birnessite type and amorphous MnO2 films appear to be promising candidates as catalysts for photoelectrochemical water splitting, as they are able to generate considerable photocurrents under solar light illumination. In this purpose, thick and amorphous films with 500 °C heat treatment are supposed to produce the best performances.