Une des manières d'augmenter la stabilité thermique de polymères consiste à leur ajouter de faibles quantités d'argile dispersées dans échelle nanométrique. De tels matériaux sont appelés de " nanocomposites ". Il existe plusieurs explications à ce phénomène, comme les effets de barrière de diffusion et la formation de charbon. D'autres sont en cours de vérification, comme les effets de piégeage de radicaux par les ions qui participent à des réactions de type Fenton. Notre objectif a été de suivre in situ des transformations chimiques de la phase argile, afin de mieux comprendre comment ces nanostructures lamellaires retardent la décomposition de polymères. Pour ce faire, trois types de nanocomposites ont été préparés: i) Poly(méthylméthacrylate)-co-Poly(trimetoxysilil propyl méthacrylate) et argiles montmorillonite (MMT) du type Cloisite (PMMA-co-PTMSM-Cloisite); ii) PMMA-argiles montmorillonites naturelles contenant différents taux d'ions Fe3+ dans les couches octaédrique (PMMA-MMT); iii) PMMA-hydroxydes doubles lamellaires (HDL), avec différentes proportions d' ions Zn2+ , Cu2+ et Fe3+ PMMA-HDL. La thermo-décomposition des argiles primitives et de leurs nanocomposites ont été suivies par des analyses thermiques, de diffusion de rayons X (SAXS et WAXS) et par spectroscopie d'absorption de rayons X (EXAFS). Les effets de l'atmosphère, de la composition chimique des lamelles, et de la quantité d'argile employée dans l'obtention des nanocomposites ont été évalués. L'étude des nanocomposites, PMMA-co-PTMSM-Cloisite a mis en évidence deux mécanismes de stabilisation. Elle a montré que l'addition d'argiles résulte en une stabilisation plus importante sous atmosphère d'air, que sous atmosphère de N2, et est aussi plus importante selon la quantité d'argile dispersée dans le polymère. La formation de charbon a aussi été observée seulement sous l'atmosphère d'air. La stabilité thermique des nanocomposites PMMA-MMT est aussi proportionnelle à la quantité d'argile employée dans l'obtention de la nanocomposite. Pour de faibles quantités d'argile, 0.3-1 % en masse, la stabilité thermique des nanocomposites est proportionnelle à la quantité de ions Fe3+ présents dans l'argile. Le suivi de l'environnement chimique des ions Fe3+ par EXAFS en fonction de la température, a montré que quand la phase argile est dispersée dans le PMMA, les ions Fe3+ sont réduits à Fe2+, ce qui ne se vérifie dans les phases primitives. Ces mécanismes de stabilisation indiquent que la phase argile stabilise le PMMA par des mécanismes de barrière de diffusion et par le piégeage des radicaux. Les nanocomposites PMMA-HDL contenant des ions Fe3+ sont plus stables que ceux qui contiennent des ions Cu2+. L'étude in situ de 'évolution de l'ordre local à moyenne distance en fonction de la température a montré que les phases HDL stabilisent le PMMA également par les mécanismes de barrière de diffusion et le piégeage de radicaux. L'ion Cu2+, induisant des distorsions dans l'ordre local, rend les lamelles moins stables : elles se décomposent à des températures inférieures, et l'effet de barrière de diffusion est alors réduit. Par contre, les ions Cu2+ et Fe3+ piègent des radicaux de la phase polymérique qui se décomposent et ralentissent le phénomène. Cette thèse démontre que les argiles peuvent agir comme des particules réactives ou inertes, c'est-à-dire, à travers des réactions chimiques avec le polymère ou comme barrière physique. La stabilisation thermique des polymères dépend d'une combinaison de mécanismes, parmi eux la barrière de diffusion, la formation de charbon et le piégeage de radicaux.

Cette étude a pour objectif de montrer la pertinence de l'utilisation de la résonance ferromagnétique dans l'étude du magnétisme des nanoparticules. Les recherches en nanomagnétisme présentent des enjeux fondamentaux et appliqués fortement liés nécessitant une étude minutieuse des nouvelles propriétés qu'offrent les nanomatériaux. C'est le cas des alliages bimétalliques à base de fer lorsqu'ils se présentent en dimension réduite. Parmi les moyens disponibles pour révéler les propriétés magnétiques de nanoparticules, la résonance ferromagnétique, lorsqu'elle est mesurée en fonction de la température, présente l'avantage d'être sensible à la fois à la distribution en taille, à l'anisotropie magnétique et à l'aimantation des nanoparticules. Parallèlement, des études structurales, s'appuyant sur l'absorption et la diffraction des rayons X ainsi que la diffraction électronique, ont été menées afin de déterminer leurs compositions chimique et cristalline en fonction de la température. L'utilisation conjuguée de ces techniques a permis de mettre clairement en évidence l'apparition au sein des nanoparticules d'un couplage d'échange entre un coeur bimétallique à très forte anisotropie magnétocristalline, et une coquille formée d'un oxyde de fer magnétique à température de Curie élevée.

Le nickelate de lithium "LiNiO2" est l'un des matériaux les plus prometteurs en tant qu'électrode positive pour batteries lithium-carbone. La désintercalation des ions lithium d'un tel matériaux hôte a été étudiée tant sur le plan électrochimique que cristallographique. L'électrochimie a été utilisée de manière spécifique, comme une sonde locale, permettant de rendre compte des processus cristallochimiques internes au matériau. Un modèle explicitant les mécanismes de transition de phase dans le système "LixNiO2" (0.25 < x < 1.00) a été proposé en accord avec les données expérimentale (diffraction des rayons X, diffraction électronique, spectroscopie EXAFS) et les caractéristiques du comportement de la batterie. L'évolution du matériau, après un cyclage électrochimique de longue durée, a également été étudiée sur le plan textural et structural.

Le corindon pur, de formule alpha-Al_2O_3, et le béryl, de formule<br />Be_3Si_6Al_2O_18, sont des minéraux incolores. Ils deviennent colorés lorsque des ions paramagétiques sont présents en impureté. Le rubis (alpha-Al_2O_3 dopé avec du chrome) est rouge, l'émeraude (Be_3Si_6Al_12O_18 dopé avec du chrome) est verte. Le corindon dopé avec du fer est jaune, il est rose s'il est dopé avec du titane. Le saphir bleu contient à la fois du fer et du titane (alpha-Al_2O_3:Fe-Ti). La couleur est généralement interprétée dans le cadre de la théorie du champ cristallin. Elle doit donc s'expliquer par un champ cristallin spécifique autour de ces ions colorants, correspondant dans chaque cas à une structure locale (cristallographique et electronique) précise.<br /><br />Notre objectif est de décrire précisément l'environnement autour des<br />impuretés dans les gemmes. Pour cela, nous effectuons à la fois des expériences d'absorption de rayons X, et des calculs ab initio. La structure cristallographique locale déduite des mesures expérimentales est comparée à celle déduite d'un calcul de relaxation de structure par minimisation d'énergie. La comparaison directe entre les spectres d'absorption de rayons X calculés et expérimentaux nous donne des informations à la fois sur la structure cristallographique et électronique locale. Tous ces calculs utilisent la théorie de la fonctionnelle de la densité.<br /><br />Cette étude révèle que l'introduction d'une impureté dans une structure conduit à des modifications très locales du cristal autour de l'impureté. Les atomes d'oxygène de la sphère de coordination de l'impureté M (M = Fe ou Cr) dans alpha-Al_2O_3 adoptent un arrangement similaire à celui autour de M dans alpha-M_2O_3.

Water is an important substance. It is part of us, of our environment, and is a fundamental prerequisite for the existence of life as we know it. The structure of water is still, after over 100 years of research on the subject, however under debate. In this thesis x-ray absorption spectroscopy (XAS) and reverse Monte Carlo (RMC) modeling are used to search for structural solutions of water consistent with many different experimental data sets, with emphasis on the combination of different experimental techniques for a reliable structure determination. Neutron and x-ray diffraction are analyzed in combination with the more recent synchrotron radiation based XAS. Geometrical criteria for H-bonding are implemented in RMC to drive the fits and allow to evaluate differently H-bonded structure models against the data. It is shown that the available diffraction data put little constraints on the type of H-bond topology or O-O-O tetrahedrality for the structure of liquid water. It is also demonstrated that classical MD simulations, using some of the most common interaction potentials for water, give rise to O-O and O-H pair-correlation functions with too sharp first peaks at too short distances to be in agreement with diffraction, and furthermore that requiring a large fraction of broken H-bonds is not in itself enough for a structure model to reproduce the experimental XAS. A contribution to the theoretical description of XAS is made by an in-depth investigation of important technical aspects of the TP-DFT spectrum calculations. A novel approach to RMC, applicable also to data that require a significant amount of computer time to evaluate, is developed which makes use of pre-computed properties from a large set of local geometries allowing RMC simulations directly on data from core-level spectroscopies such as XAS. / At the time of the doctoral defense, the following papers were unpublished and had a status as follows: Paper 4, 5 and 6: Submitted

En este trabajo se reportan las caracterizaciones estructurales realizadas, mediante experimentos de absorción de rayos X efectuados en el borde K del Ti (4966,4 eV), para identificar el estado del Ti en una serie de seis catalizadores tipo Titanopolisiloxanos. Estos catalizadores presentan una gran actividad en la catálisis homogénea para promover la oxidación de alkenos a epóxidos, por ello se hace imprescindible caracterizar tanto la naturaleza de los sitios activos de Ti como los efectos que sobre ella tiene el método de síntesis empleado. Los catalizadores fueron preparados mediante hidrólisis controlada de precursores de titanio (Ti(OR)4 o TiCl4) y siliconados (PhSiCl o PhSiMet), en el Instituto de Catálisis y Petroleoquímica de Madrid (CSIC, Madrid, España). Los experimentos de absorción de rayos X fueron realizados en el Laboratorio Nacional de Luz Sincrotrón de Campinas (LNLS, San Pablo, Brasil). Mediante el análisis de los espectros XANES (X-ray absortion near-edge structure) se logró una descripción compatible de los centros activos del catalizador (sitios de Ti) con su comportamiento catalítico. Por medio del análisis de componentes principales (PCA) aplicado sobre el conjunto de datos experimentales XANES se determinó la cantidad y tipo de especies presentes en el conjunto de catalizadores. Esto permitió determinar de qué forma el método de síntesis empleado influye en la conformación de la estructura local del Ti y en la eficiencia del catalizador para la selectividad a epóxidos.

Ce projet s'inscrit dans le cadre d'une étude fondamentale sur la spéciation du technétium en milieu fortement acide. Le comportement de Tc(VII) en milieu HTFMS a été étudié en absence et en présence d'irradiation α. Dans ces deux conditions différentes, les résultats spectrophotométriques de réduction de Tc (VII) obtenus pour les mélanges HTFMS-xH₂O sont similaires. L'analyse par SAX indique la formation d'un dimère cyclique de Tc(IV) complexé aux ligands triflates et formulé Tc₂O₂(CF₃SO₃)₄(H₂O)₄. Ce composé est linéarisé en TcIV-O-TcIV quand la concentration de HTFMS augmente. Dans HTFMS à +98% (CHTFMS=11,15 M), le Tc(VII) protoné, de formule TcO₃(OH)(H₂O)₂, stabilisé en absence de rayonnements ionisants externes est réduit en Tc(V) sous irradiation α. La caractérisation structurale par la spectroscopie EXAFS sur la base des calculs DFT suggère la formation d'un complexe monomère de Tc(V) avec les ligands triflates. Les deux composés [OTc(F₃CSO₃)₂(H₂O)₂]⁺ et [OTc(F₃CSO₃)₂(OH)₂]⁻ ont été proposées. En milieu H₂SO₄ concentré (CH₂SO₄ ≥ 12 M), des expériences de radiolyse α de Tc(VII) ont été menées afin de pouvoir comparer le comportement radiolytique de Tc(VII) dans les deux milieux apparentés HTFMS et H₂SO₄. Les études XANES montrent que la réduction radiolytique de Tc(VII) contribue à la formation d'un mélange de Tc(V) et Tc(VII) dans H₂SO₄ 13 M et à Tc(V) à 18 M en H₂SO₄. L'analyse des spectres EXAFS indique la formation de complexes monomères [TcO(HSO₄)₃(H₂O)₂] et [TcO(HSO₄)₃(H₂O)(OH)]⁻ en milieu H₂SO₄ 13 M et des espèces [Tc(HSO₄)₃(SO₄)(H₂O)] et [Tc(HSO₄)₃(SO₄)(OH)]⁻.

Arsenic (As), Chromium (Cr), and Copper (Cu) are ubiquitous in soils as a result of anthropogenic and geogenic processes. The fate of As, Cr, and Cu in the environment is largely governed by their speciation, which is influenced by soil physiochemical properties. This study investigated the influence of soil physiochemical properties and landscape position on As, Cr, and Cu concentration and speciation in soils adjacent to Chromated Copper Arsenate (CCA) treated lumber fence posts. Concentration gradients showed elevated total As and Cu adjacent to the three fence posts, which decreased with increasing distance from the posts. In addition, As and Cu had higher concentrations in the surface soil samples than the subsoil samples possibly due to enhanced weathering of the CCA treated posts at the surface. Concentrations of As, Cr, and Cu were similar among the Maury and Donerail silt loam, however, they were closer to the background concentration in the Newark silt loam, a partially hydric soil, indicating mobility of the metals. Extended X-ray Absorption Fine Structure (EXAFS) spectroscopy indicates As(V) is the predominate species which is principally coordinated with Fe and Al whereas, Cu(II) is coordinated with soil organic matter. Overall, the use of CCA treated lumber as a metal source can help determine how soil properties influence mobility and speciation of As, Cr, and Cu across the soil landscape.

Ce travail de thèse expérimental porte sur l'élaboration et l'étude de systèmes hybrides 1D de nanotubes de carbone mono-feuillets, fonctionnalisés de manière non covalente, sous deux aspects. La première étude s'intéresse à l'intercalation de rubidium dans les faisceaux de nanotubes. L'objectif est de faire le lien entre les propriétés structurales des nanotubes dopés et leurs propriétés électroniques au cours du dopage. Un dispositif original dédié, adapté à l'utilisation sur grands instruments et permettant le suivi " in-situ " de l'intercalation par une approche multi-techniques, a été développé dans ce but. Nous mettons en évidence par EXAFS que l'arrangement local autour des ions rubidium est dépendant de la stœchiométrie des composés étudiés. Il apparaît alors qu'à faible taux de dopage, les sites de défauts oxygénés sont privilégiés. Le changement de structure est également relié à une transition semi-conducteur/métal des nanotubes, observée par mesure de résistance électrique et spectroscopie Raman, et induite par le dopage des nanotubes par le rubidium.La seconde partie expérimentale est consacrée à l'étude du confinement d'oligothiophènes à l'intérieur de nanotubes de carbone mono-feuillets. Des mesures de diffraction des rayons X et de microscopie électronique en transmission haute résolution démontrent l'efficacité de notre protocole d'encapsulation. D'autre part, différentes spectroscopies, absorptions UV-Visible et infrarouge et diffusion Raman, indiquent un transfert de charge relativement faible entre les molécules encapsulées et les nanotubes de carbone. Ce résultat est très bien mis en évidence par les modifications de profil, d'intensité et de fréquence des modes Raman hautes fréquences. On notera le bon accord entre les résultats obtenus ici et les effets de renormalisation de l'énergie de phonon discutés dans la littérature. En complément, des effets de confinement liés au diamètre des nanotubes ont été mis en évidence par l'étude des modes Raman basses fréquences. Deux modèles structuraux sont proposés pour expliquer les tendances observées. Le premier suggère un comportement indépendant de la nature de l'espèce insérée. Dans le second, le nombre de chaines d'oligothiophènes encapsulées en fonction du diamètre des tubes est pris en compte. De plus, nous montrons également une influence significative des défauts structuraux sur les systèmes hybrides.

Techn. Universiẗat, Diss., 2004--Darmstadt.