Les nanodiamants font l'objet d'un intérêt croissant dans différents domaines tels que la physique (grâce aux propriétés photo-physiques dues aux défauts azotés dans la maille cristalline), la chimie des matériaux (synthèse de nouveaux matériaux composites avec des performances mécaniques accrues), la tribologie (lubrification, polissage) et la biologie (comme agents de contraste ou vecteurs de molécules actives, …). Le développement de nouveaux matériaux fonctionnels à base de nanodiamants nécessite de poursuivre des études fondamentales sur la fonctionnalisation et la caractérisation de leur surface. Plusieurs méthodes de fonctionnalisation de surface ont déjà été proposées, mais beaucoup de possibilités n'ont pas encore été explorées.L'objectif de ce projet de recherche est de mettre au point de nouvelles voies de modification de surface de nanodiamants et de développer des techniques de caractérisation de ces matériaux. Les nanodiamants que nous étudions sont commerciaux. Ils sont obtenus par détonation puis purifiés et comportent des fonctions oxygénées en surface (alcool, acide carboxylique, cétone, etc). Nous proposons de fonctionnaliser la surface de ces nanodiamants en faisant réagir les fonctions alcool de surface avec des chlorures d'acides phosphorique ou phosphonique. Une première partie des résultats concerne le greffage par le trichlorure de phosphoryle (POCl3) conduisant à la fonctionnalisation par des espèces phosphates. La seconde partie présente le greffage de chlorure d'acides phosphoniques (RPOCl2) permettant le greffage de phosphonates.Les nanodiamants modifiés sont étudiés par différentes techniques de caractérisation, notamment par spectroscopie infrarouge (FTIR), analyse thermogravimétrique (ATG), résonance magnétique nucléaire (RMN) en phase solide du 31P, 13C et 1H, analyses élémentaires, diffraction des rayons X (DRX) et microscopie électronique à transmission (MET).Enfin, en collaboration avec l'Ecole des Mines d'Alès, nous avons débuté l'étude de composites polymère/nanodiamants, et les premiers résultats sont présentés dans une troisième partie. / Nanodiamonds are increasingly studied in different fields such as physics (through spontaneous photoluminescence properties due to nitrogen-vacancy centers), tribology (lubrication, polishing), materials science (nanocomposites) or biology (drug or gene delivery, bio-labeling). The development of nanodiamonds-based materials with new properties requires continuing further fundamentals studies on the functionalization and characterization of their surface. Several methods of surface functionalization have already been proposed but many possibilities have not yet been explored.The objective of this research project is to develop new ways of surface modification of nanodiamonds and develop techniques for the characterization of these materials. The nanodiamonds studied here are commercial. They are obtained by detonation then purified and their surface is covered by oxygenated functions (alcohol, carboxylic acid, ketone, aldehyde, etc.). We propose to functionalize the surface of these nanodiamonds by reacting the alcohol surface functions with phosphoric or phosphonic acid chlorides. The first part of the results concerns the grafting by phosphoryl trichloride (POCl3) leading to the functionalization by phosphate species. The second part presents the grafting of phosphonic acid chlorides (RPOCl2) leading to phosphonate surface species.Surface modifications are monitored by several characterization methods such as infrared spectroscopy (FTIR), thermogravimetric analysis (TGA), nuclear magnetic resonance spectroscopy (1H, 13C and 31P solid-state NMR), elemental analysis, X-ray diffraction (XRD) and transmission electronic microscopy (TEM).In addition, in collaboration with the Ecole des Mines d'Alès, we started the study of polymer/nanodiamonds composites, and the first results are presented in a third part.

Le bois est un matériau à la fois naturel, renouvelable, recyclable et biodégradable. Cependant, malgré ses qualités, il présente, comme tout autre matériau, quelques inconvénients. Ce sujet de thèse porte sur une étude de faisabilité technologique d’enrichissement d’un substrat bois par des charges, aux propriétés physiques et chimiques données, incorporées par voie physique au moyen d’un procédé innovant qui est le procédé de jet d’azote à haute pression installé dans la plateforme expérimentale du CRITT-TJFU. L’innovation consiste à conférer aux particules des vitesses élevées (400-700 m/s) par la seule action de la pression hydrodynamique du flux d’azote, sans apport de chaleur. Les températures mises en jeu sont compatibles pour un usage sur bois sans altération des propriétés mécaniques et géométriques de la structure enrichie. Trois essences de bois (sapin, peuplier et hêtre) ont été traitées sous différentes conditions d’impact de deux types de particules (grenat et cuivre). Les caractérisations réalisées que ce soit par techniques d’imageries ou encore les caractérisations mécaniques, chimiques mais aussi microbiologiques ont montré que le bois traité par la technologie du jet d’azote acquière de nouvelles propriétés et s’enrichit par rapport à son état naturel / Wood is a material that is both natural, renewable, recyclable and biodegradable. However, despite its qualities, it presents, like any other material, some disadvantages. This PhD thesis deals with a technological feasibility study for the enrichment of a wood substrate by fillers, with specific physical and chemical properties, incorporated by physical means using an innovative process that is the nitrogen jet process at high pressure installed in the experimental platform of the CRITT-TJFU. The innovation consists in giving the particles high velocities (400-700 m/s) by the only action of the hydrodynamic pressure of the nitrogen flow, without any addition of heat. The temperatures are compatible for use on wood without altering the mechanical and geometrical properties of the enriched structure. Three types of wood (fir, poplar and beech) were treated under different impact conditions of two types of particles (garnet and copper). The characterizations carried out either by imaging techniques or even the mechanical, chemical but also microbiological characterizations have shown that wood treated by nitrogen jet technology acquires new properties and is enriched compared to its natural state

Face à la nécessité de trouver des alternatives aux ressources d’origine fossile et de limiter les impacts environnementaux de l’activité humaine, un important effort de recherche est actuellement en cours pour favoriser et accroître l’utilisation de produits issus de ressources renouvelables, comme les fibres végétales, dans la conception de pièces industrielles. Toutefois, de nombreux verrous scientifiques et technologiques restent encore à lever avant de pouvoir valoriser de façon fiable et durable ces fibres dans un contexte technique exigeant tel que celui du secteur l’automobile. Ainsi, l’amélioration de la qualité de l’interface fibres végétales / matrice polymère est un enjeu de taille car elle constitue une condition permettant de satisfaire les performances mécaniques requises telles que la rigidité, la résistance ou la tenue au choc. Dans ce contexte, l’objectif de la thèse a été le développement de fibres courtes de chanvre à propriétés de surface maitrisées et ciblées. Des solutions de fonctionnalisation de surface applicables par des procédés industrialisables ont été développées dans le but d’incorporer ces fibres dans une matrice polypropylène (PP). Les fibres de chanvre ont ainsi été traitées selon différentes stratégies de fonctionnalisation incluant l’utilisant du polypropylène greffé anhydride maléique (PP-g-MA), d’organosilanes, d’un acide aminé, d’isocyanates et d’un polyuréthane. Deux procédés de traitement à faible impact environnemental ont été comparés : le sprayage direct des fibres par les molécules de fonctionnalisation et l’incorporation de ces molécules par extrusion réactive. Les traitements en extrusion réactive se sont montrés plus efficaces que ceux réalisés par sprayage dans le cas du PP-g-MA. Trois voies de fonctionnalisation se sont avérées pertinentes au regard des propriétés mécaniques visées  : i) l’utilisation de PP-g-MA seul en extrusion réactive ; ii) la fonctionnalisation par sprayage d’un aminosilane ou d’un acide aminé couplée à l’incorporation du PP-g-MA en extrusion réactive. S’appuyant sur le développement de moyens expérimentaux et d’analyses spécifiques, l’étude du comportement au choc des biocomposites a montré que les composites renforcés fibres de chanvre permettent d’absorber d’avantage d’énergie que les composites PP / verre (à taux volumique de renfort identique) pour une longueur de fissuration similaire. Une modélisation par éléments finis du comportement au choc des composites étudiés est également proposée. / Due to the necessity to find alternatives to fossil resources and to reduce the environmental impacts of human activity, a major research effort is currently ongoing in order to develop and increase the use of biobased products from renewable resources, such as natural fibers, in the design of industrial parts. However, many scientific and technological hurdles have yet to be removed so as to promote these products before we can reliably and durably use these fibers in a demanding technical context as in automotive sector. Thus, improving the quality of the interface between natural fibers and polymer matrix is a major challenge, since it constitutes a condition for satisfying the required mechanical performances, such as stiffness, tensile or impact strengths. In this context, the thesis objective was to develop short hemp fibers with controlled and targeted surface properties. Surface-functionalization solutions have been developed, to be used by industrial processes, with the aim of incorporating these fibers in a polypropylene (PP) matrix. Therefore, hemp fibers have been treated according to various functionalization strategies including the use of grafted polypropylene maleic anhydride (PP-g-MA), organosilanes, an amino acid, isocyanates and a polyurethane. Two treatments processes, with low environmental impact, were compared: the direct spraying of functionalization molecules on fibers and reactive extrusion incorporation of these molecules. Reactive extrusion treatments were more efficient than those performed by spraying in the case of PP-g-MA. Three functionalization lanes have been found to be relevant regarding the mechanical properties targeted: i) using PP-g-MA alone in reactive extrusion; ii) spraying-functionalization of an aminosilane or of an amino acid coupled with the incorporation of PP-g-MA into the reactive extrusion. Based on the development of experimental means and specific analyzes, the study of the impact behavior of biocomposites has shown that hemp fiber reinforced composites allow to absorb more energy than PP / glass composites (at identical reinforcing volume rate) for a similar crack length. Also, a finite element modeling of the impact behavior of the studied composites is propounded.

Dans cette thèse, des vitrocéramiques et composites à matrice verres ont été élaborés avec pour objectif principal d’étudier les interactions entre la fissure et les différentes inclusions. Dans un premier temps, la nucléation et la cristallisation volumique de sphérulites dans un verre du système BaO-Al2O3-SiO2 ont été étudiées. Puis, l’influence de la cristallisation sur l’élasticité, la dureté et la ténacité a été mesurée. Il est apparu une augmentation de ces propriétés suite à la cristallisation. Après dopage avec des oxydes de terres rares, le verre a été fonctionnalisé par l’apparition de cristaux phosphorescents à la surface du matériau. Dans un second temps, l’influence d’un différentiel de coefficient de Poisson (entre la matrice et les inclusions) sur la propagation d’une fissure a été étudiée. Pour cela des composites à particules et matrices vitreuses ont été élaborés par Spark Plasma Sintering (SPS) et étudiés par Double Cleavage Drilled Compression (DCDC). Il a été mis en lumière une déviation de la fissure quand cette dernière arrive à proximité des inclusions vitreuses dans le cas où le coefficient de Poisson de l’inclusion est inférieur à celui de la matrice. Une déviation de moindre importance a été observée dans le cas inverse. Enfin, des nanocomposites fonctionnalisés par des particules de magnétite (Fe3O4) et d’or ont été obtenus suite à un frittage SPS. Les propriétés apportées par ces particules ont permis le chauffage du matériau, respectivement, par induction et par irradiation laser. Dans le deuxième cas, après un traitement laser de 10 min, une cicatrisation partielle de fissures d’indentation a pu être observée. / In this thesis, glass-ceramics and glass matrix composites have been developed in order to study the interactions between the crack and the various inclusions. Firstly, the nucleation and volume crystallization of spherulites in a glass of the BaO-Al2O3-SiO2 system were studied. Then, the influence of crystallization on elasticity, hardness and toughness was measured. An increase of these properties due to crystallization was observed. After doping with rare earths oxides, the glass was functionalized by surface crystallization of phosphorescent crystals. Secondly, the influence of a Poisson’s ratio differential (between the matrix and inclusions) on the crack propagation was studied. For this purpose, glassy particulate glass matrix composites have been elaborated by Spark Plasma Sintering (SPS) and studied by Double Cleavage Drilled Compression (DCDC). A deviation of the crack in the vicinity of the glass inclusions has been identified in the case where the Poisson’s ratio of the inclusion is lower than the one of the matrix. In the opposite case, less important deviations were noticed. Finally, nanocomposites functionalized with magnetite (Fe3O4) and gold particles were obtained after a SPS treatment. The properties provided by these particles allowed the material to be heated, respectively, by induction and by laser irradiation. In the second case, after a 10 min laser treatment, a partial healing of indentation cracks could be observed.

La fonctionnalisation des biomatériaux est une stratégie probante et prometteuse développée pour favoriser l’intégration de biomatériaux dans un organisme vivant. Le dépôt de films multicouches de polyélectrolytes est une méthode de fonctionnalisation de surfaces particulièrement adaptée au recouvrement d’implants. Ces surfaces modifiées pourront ainsi interagir avec leur environnement biologique. Au cours de ce travail de thèse, nous avons développé un nouveau revêtement, à base de composés naturels, capable de recouvrir plusieurs types de surfaces. De plus, ces revêtements originaux peuvent être utilisés pour orienter certains phénomènes cellulaires. Dans la première partie de ce travail de thèse, nous avons mis au point un nouveau système de films multicouches à base de collagène et d’alginate. La réticulation chimique avec la génipine, un agent naturel d’origine végétale (Gardenia Jasminoide), stabilise ces constructions pour une utilisation en conditions physiologiques. Les études d’adhérence et de prolifération de cellules endothéliales humaines ont montré que ces revêtements à base de constituants naturels sont des supports adéquats en vue d’applications biomédicales. Nous avons ensuite déposé des films collagène/alginate sur des implants en titane précédemment recouvert d’un gel microporeux en poly(acide lactique). Nous avons pu montrer que les films collagène/alginate favorisent la prolifération de cellules épithéliales, ce qui permettrait une meilleure intégration des implants. Dans la deuxième partie de notre travail, nous avons développé une technique permettant d’obtenir des revêtements et des membranes à base de films multicouches collagène/alginate ayant des structures fibrillaires orientées. L’alignement fibrillaire s’obtient par simple étirement des substrats élastiques en poly(diméthyl siloxane) (PDMS) sur lesquels sont déposés les revêtements collagène/alginate. La déformation longitudinale du substrat induit un alignement préférentiel des fibrilles de collagène du revêtement. L’étude de l’influence du taux d’étirement sur l’alignement des fibres a montré qu’il était possible de moduler cet alignement. Enfin, nous avons observé que le comportement de différents types cellulaires (fibroblastes et astrocytes) est modifié par l’alignement fibrillaire. On note que les cellules s’alignent dans la même direction que les fibrilles de collagène. A l’évidence, l’organisation fibrillaire du revêtement conditionne la géométrie de l’étalement cellulaire. Les cellules s’allongent lorsque les fibrilles sont alignées. De plus, il apparaît que la direction des divisions cellulaires est guidée par la direction de l’alignement des fibrilles de collagène dans le revêtement étiré. Cela signifie que les cellules sont guidées par les fibrilles de collagène alignées. / Biomaterial functionalization is a promising strategy developed to favor material implantation in a living organism. The deposition of polyelectrolyte multilayer films is a useful functionalization technique to coat implants. These modified surfaces may then interact with their biological environment. In this work, we developed new collagen-based coatings and membranes, able to cover several kinds of substrates. Moreover, these original coatings can either promote cell proliferation or guide cell alignment.In the first part of our work, we developed a new polyelectrolyte multilayer assembly made of collagen and alginate. Chemical cross-linking with a natural agent, genipin (extracted from Gardenia Jasminoide), renders the films stable in physiological conditions. Human endothelial cells adhere and proliferate well on these collagen-based coatings. Then, we functionalized macroporous poly(lactic acid) gels-coated titanium implants with collagen/alginate multilayer films to favor epithelial cell proliferation. We showed that cells adhere and proliferate better on collagen/alginate-coated implants. This shows the potential suitability of collagen/alginate coatings for a better integration of biomaterials.In the second part of our work we developed a new technique in order to align the fibrillar structure of collagen/alginate multilayer films and membranes. The principle is simple and versatile. It consists in stretching collagen/alginate multilayer film coated on PDMS substrates. This longitudinal deformation leads to the alignment of the collagen fibrils in the coating. Cell adhesion and proliferation (fibroblasts, astrocytes) is modified due to fibrils alignment. We showed that cells align along the direction of the collagen fibrils. Obviously, the fibrillar organization of the coatings influences cell adhesion geometry. Cells stretch out along aligned fibrils. Furthermore, it appears that cell divisions direction is guided by the direction of the collagen fibrils alignment in the stretched coatings.

L'objectif de cette thèse était de développer des outils multifonctionnels pour l’élaboration d’agents théranostiques en oncologie, notamment à base de nanotechnologies. Le projet est basé sur l’utilisation de plateformes multimodales monomoléculaires comme précurseurs pour la synthèse de nanoparticules, de bioconjugués ou encore de sondes imageantes à base de petites molécules.Les premiers travaux ont concerné la synthèse de précurseurs silanes comportant un agent chélatant. Ces nouveaux précurseurs ont été mis en oeuvre pour la fonctionnalisation de nanoparticules AGuIX et ont également été utilisés dans un nouveau procédé de synthèse « one-pot » d’AGuIX. Le radiomarquage de ces nanoparticules a été réalisé dans le but d'évaluer la stabilité de ces nanoparticules dans des conditions physiologiques. Par ailleurs, ces nanoparticules ont été étudiées dans un modèle de tumeur TSA afin de déterminer leur comportement pharmacocinétique, leur biodistribution et leur potentiel en imagerie bimodale TEP-IRM.Dans une deuxième partie, des blocs de construction / ligands ont été développés et utilisés avec succès pour la fonctionnalisation de nanoparticules d'or. Des ligands multimodaux contenant différentes combinaisons de chélateurs, de fonctions de ciblage, de groupes fonctionnels et de chromophores, ont été synthétisés. Les nanoparticules d'or pour l'imagerie TEP-IRM et SPECT (ciblant le PSMA) ont été ensuite radiomarquées (64Cu/111In) et ont montré une excellente stabilité. Le ligand à base de PSMA présente une bonne affinité vis-à-vis du PSMA, tandis que les études in vivo dans un modèle tumoral TSA des nanoparticules d'or pour l'IRM-TEP ont démontré les bonnes propriétés pharmacocinétiques de ces nanoparticules fonctionnalisées, et donc leur potentiel en imagerie et en radiothérapie.La dernière partie du travail de thèse concerne le développement de sondes TEP-Optique pour l'imagerie ciblée de tumeurs surexprimant le PSMA en utilisant de petites sondes moléculaires, ainsi que pour leur bioconjugaison sur des fragments d'anticorps et des nanoparticules. Une sonde ciblant le PSMA, à base de NODAGA et du fluorophore IR-783, a été développée et caractérisée afin de déterminer ses propriétés photophysiques, son affinité pour le PSMA, et les conditions de radiomarquage. Enfin, un analogue comportant une fonction maléimide a été utilisé avec succès pour le marquage site spécifique de fragments Fab' du trastuzumab, ainsi que pour la fonctionnalisation de nanoparticules AGuIX. Ces bioconjugués et ces nanoparticules ont été soigneusement caractérisés et évalués dans des modèles biologiques pertinents afin de mettre en évidence leur intérêt comme agents théranostiques. / The objective of this thesis was to develop multifunctional tools for cancer theranosis, particularly based on nanotechnology. The work is based on the premise of monomolecular multimodal platform that aims to create the building blocks that can be used for the synthesis of functionalized nanoparticles, bioconjugates or targeted small molecular imaging probes.The initial work focused on the synthesis of the chelator based silane precursors. These novel precursors were employed for the functionalization of AGuIX nanoparticles and have also been implicated in a one pot AGuIX synthesis. Radiolabelling of these nanoparticles was performed with the aim to evaluate the stability of these nanoparticles under physiological conditions. Furthermore, these nanoparticles were investigated in TSA tumor model in order to evaluate their pharmacokinetics, biodistribution behaviour and value in PET-MRI imaging.In the second part of the work, building blocks/ligands have been developed and successfully deployed for the functionalization of gold nanoparticles. Multimodal ligands containing different combinations of chelators, targeting moieties, functional groups and dyes were synthesized. Gold nanoparticles for PET-MRI and PSMA targeting SPECT imaging were further radiolabeled (64Cu/111In) and showed excellent stability. PSMA targeting ligand exhibited good affinity towards PSMA, whereas the in vivo studies of the gold nanoparticles for PET-MRI in TSA tumor model demonstrated good pharmacokinetics properties, underscoring their potential in cancer imaging and radiotherapy.The latter half of the thesis work focusses on the development of PET-Optical probes for PSMA positive cancer targeting imaging using small molecular probes, and for bioconjugation to antibody fragments and nanoparticles. A PSMA targeting probe based on NODAGA and IR-783 dye has been developed and characterized for its affinity, photophysical and radiolabelling properties. Likewise, a similar probe bearing a maleimide handle has been successfully used for the site-specific labelling of trastuzumab Fab’ fragments and functionalization of AGuIX nanoparticles. These bioconjugates and the nanoparticles have been thoroughly characterized and evaluated in relevant biological models to highlight their value in cancer theranosis.

Les travaux de cette thèse portent sur l'élaboration de capteurs électrochimiques pour la détection de micropolluants mis sous surveillance par la Directive Cadre sur l'Eau (DCE/200/60/CE) tels que Ni(II) et Pb(II). Actuellement, le contrôle des eaux est effectué par prélèvements cependant les méthodes d'analyses sont longues et coûteuses et les seuils de concentration très faibles imposés par la loi, nécessitent d’avoir recourt à d’autres types d’équipements, tels que les capteurs électrochimiques. L'amélioration indispensable de leur sensibilité et de leur sélectivité peut être atteinte par le choix du matériau d'électrode et de sa fonctionnalisation de surface. Ces capteurs ont pour objectif, à terme, d’analyser la qualité des eaux sur site en continu ou semi-continu. Dans le cas de l'étude de la sélectivité, les sels de diazonium ont été choisis pour le greffage des fonctions benzamides oximes, complexantes du Ni(II). Cette molécule n'ayant jamais été étudiée électro-chimiquement, son domaine d'électro-activité et les mécanismes d'oxydation ont été étudiés. Les électrodes greffées ont permis la détection électrochimique et montrent une sélectivité pour le Ni(II), en présence d'interférents comme Pb(II) et Cu(II). Cette étude a prouvé que les amines aromatiques et aliphatiques peuvent être greffées par oxydation en milieux aqueux. Les électrodes ainsi fonctionnalisées ont montré que la mobilité des fonctions complexantes, via la structure et la longueur du squelette carboné, influence la limite de détection des capteurs, les chaînes aliphatiques complexant particulièrement bien les cations métalliques. Enfin, l’influence de différentes formes allotropiques du carbone, utilisées en tant que phases actives d’électrodes sérigraphiées, a été étudié. Des électrodes composées de différentes formes allotropiques de carbones ont été fonctionnalisées par des sels de diazonium et utilisées pour la détection du Pb(II). Les résultats montrent que certains matériaux carbonés, comme les nanotubes de carbone, améliorent les propriétés électro-catalytiques des capteurs. / This work is focused on the elaboration of electrochemical sensors for Ni(II) and Pb(II) micropollutants detection, targeted by the Water Framework Directive (WFD 2000/60/CE). Currently, water supervision is carried out by sampling and analytical equipments, however these methods are too long and too expensive, the very low concentration limits imposed by laws, needed to be reached using other kind of equipments such as electrochemical sensors. The sensitivity and selectivity of these sensors can be improved by the choice of the electrode materials and their surface functionalization. The aim of these sensors is to make possible the water quality analysis on site, continuously or semi-continuously. The selectivity was reached by grafting diazonium salts composed of benzamide oxime functions, complexing Ni(II). The electro-activity area and the oxidation mechanisms of this molecule were investigated. It is to be underlined that the electrochemical behavior of this molecule has never been studied in the litterature. The grafted electrodes were used for the electrochemical detection, and they turned out to be selective for Ni(II) detection in the presence of both Pb(II) and Cu(II). To improve the sensitivity of these sensors, the mobility of the complexing function is important. This study shows the possibility to graft aliphatic and aromatic amines via oxidation reactions in aqueous media. These electrodes revealed better analytical performances for the sensors grafted by aliphatic amines through the mobility of the carbon chains complexing metallic cations. Finally, the influence of the different allotropic kind of carbons, used as screen printing electrodes, were compared. These electrodes, functionalized with diazonium salts and used for the detection of the Pb (II) showed that some carbonaceous materials such as carbon nanotubes, improve the electro-catalytic properties of the sensors.

Depuis les années 90, dans le contexte de la pénurie annoncée d'énergies fossiles et de modifications climatiques, un regain d'intérêt s'est fait sentir pour les énergies renouvelables et, parmi elles, pour la thermoélectricité. Cette dernière permettant la conversion directe entre énergies thermique et électrique devrait permettre la récupération de l'énergie perdue sous forme de chaleur, durant les processus industriels. Cependant, à l'heure actuelle, l'efficacité de la conversion thermoélectrique, évaluée à partir du facteur de mérite, ZT, n'est pas suffisante pour des applications à grande échelle. Cependant, pour évaluer l'impact potentiel de la thermoélectricité, il est nécessaire de prendre en compte d'autres critères que celui de l'efficacité relativement faible de la thermoélectricité, qui la cantonne dans des niches spécifiques, et tels que la faible toxicité des matières premières, leur abondance, leur faible coût et leur facilité de mise en œuvre. Diverses familles de matériaux répondent à ces critères parmi lesquelles les plus favorables sont les siliciures pour les matériaux inorganiques et les polymères conducteurs pour les composés organiques. Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au disiliciure de chrome (CrSi2) et au polymère PEDOT:PSS.Parmi les siliciures, CrSi2 est un candidat prometteur mais sa grande conductivité thermique est un handicap par rapport aux matériaux conventionnels. Elle peut cependant être réduite par nanostructuration. Nous présentons une étude CrSi2 nanostructurés (10-15 nm) obtenus soit par four à arc suivie d'un broyage mécanique, soit par mécanosynthèse. Ces poudres sont chimiquement stables jusqu'à 1073 K. A plus hautes températures, des phases secondaires apparaissent, notamment CrSi. Grâce à la technique SPS, CrSi2 a pu être densifié jusqu'à 94% en maintenant une taille nanométrique (30-45 nm) ce qui a conduit à une réduction de la conductivité thermique d'un facteur 2 par rapport au composé CrSi2 massif. Malheureusement, le facteur de mérite ZT n'a pas été amélioré en raison de l'accroissement de la résistivité électrique.Guidés par des calculs DFT, nous avons explorés de nouvelles voies de dopage pour améliorer les propriétés thermoélectriques de CrSi2. Des alliages Cr1-xTixSi2, Cr1-xZrxSi2 et Cr1-xMoxSi2 ont ainsi été synthétisés et nous avons étudié leurs propriétés thermoélectriques. A Tamb, le dopage au Ti semblerait de ne pas significativement améliorier le facteur de puissance (PF) pour une porosité de 11% par rapport à nano-CrSi2. Par contre, pour 2% Zr, PF a été amélioré d'un facteur 1.7 pour une porosité de 30%. En plus, il semblerait que le PF de Cr0.98Zr0.02Si2 avec une porosité de 0% est amélioré d'un factuer 1.9 par rapport au CrSi2 massif. Néanmoins, à hautes températures il existe encore un potentiel d'amélioration pour le dopage au Ti. Bien qu'il soit métastable, l'alliage Cr1-xZrxSi2 a pu être obtenu jusqu'à 5% Zr. Une optimisation supplémentaire est encore nécessaire pour les alliages dopés au Ti et Zr. L'alliage Cr1-xMoxSi2 est le plus prometteur avec une amélioration significative du facteur de Mérite (ZTmax > 0.2) pour 10% et 20% de Mo entre 500 et 700 K. Ces valeurs sont supérieures à celle du massif bien que toujours du même ordre de grandeur que le meilleur ZT obtenu pour CrSi2.Enfin, nous avons élaboré des composites à base de CrSi2 associé à du Polypyrrole (PPy) ou du PEDOT:PSS. Aucune amélioration significative n'a été obtenue pour le composite PPy-CrSi2. Dans le cas du PEDOT:PSS, nous avons testé la fonctionnalisation de CrSi2 pour améliorer sa dispersion dans le polymère. Nous avons montré qu'un agent de fonctionnalisation avec un groupement phosphonique réagissant avec Cr est le plus efficace. Cette étape est très prometteuse car il s'agit de la première étude de ce type effectuée dans le cas de l'élaboration de composites à base de siliciures intermétalliques pour des applications thermoélectriques. / In the context of renewable energies, which is related to the shortage of fossil energies and climate change, thermoelectricity has regained interest in recent years (1990s). The concept of this technology is the direct conversion between thermal and electrical energies. This can contribute to a progress in the industrial sector. However, the efficiency of the thermoelectric materials, denoted ZT (figure of merit), is not sufficient for large scale applications. Nevertheless, thermoelectricity can be found in the niche market sector where other criteria are taken into account such as the abundance of the raw elements, their price and toxicity. Several families meet these criteria with the silicides as inorganics materials and conductive polymers as organics materials being the most favorable. The objective of this dissertation was to investigate the chromium disilicide (CrSi2) and PEDOT:PSS.Among the silicides, CrSi2 stands as a promising candidate for thermoelectric applications. However, its relatively high thermal conductivity compared to the conventional materials is considered as a drawback. Therefore, we were interested in nanostructuration in order to reduce this thermal conductivity. Nanostructured CrSi2 is synthesized by arc melting followed by mechanical milling or mechanical alloying with a grain size of 10-15 nm. These powders have a good chemical stability up to 1073 K. Above this temperature, secondary phases, such as CrSi, are formed. SPS processing permits to efficiently densify our pellets up to 94% while maintaining nanometric grain size (30-45 nm). This leads to a reduction of the thermal conductivity by a factor of 2 compared to bulk CrSi2. However, the Figure of merit (ZT) does not improve as the electrical resistivity increases.DFT calculations predict that some doping elements have potentiality to improve CrSi2 electronic structure. Therefore, Cr1-xTixSi2, Cr1-xZrxSi2 et Cr1-xMoxSi2 alloys are synthesized in order to enhance the thermoelectric properties of CrSi2. At RT, The power factor of Cr0.9Ti0.1Si2 seems not to be improved compared to nano-CrSi2 for a porosity of 11%. On the other hand, 2% Zr doping improved the power factor by 1.7 at RT for a porosity of 30%. It also seems that for 0% porosity, the power factor of Cr0.98Zr0.02Si2 is improved by a factor 1.9 compared to bulk CrSi2. Nevertheless, an improvement could be predicted at high temperatures for Cr0.9Ti0.1Si2. Although Cr1-xZrxSi2 alloy is metastable, we were able to synthesize it by mechanical alloying up to 5%. Further optimization is needed for improving the thermoelectric performances of Ti and Zr- doped CrSi2 . On the other hand, Cr1-xMoxSi2 alloys seem to be the most promising as an increase of the Figure of merit is observed with a ZTmax reaching values larger than 0.2 for Cr0.9Mo0.1Si2 and Cr0.8Mo0.2Si2 in the temperature range of 500-700 K. These values are higher compared to the bulk but still in the same order of magnitude as for the highest ZT value report for CrSi2.We then elaborated CrSi2 based composites with Polypyrrole (PPy) and PEDOT :PSS. No significant enhancement was observed for PPy-CrSi2 composites. In order to improve the dispersion of CrSi2 in the PEDOT :PSS, we have tested the functionnalization. Preliminary tests show that grafting agents with phosphonic acid group is the most efficient by reacting with Cr. This step is very promising as no study till date reported the functionnalization approach for the elaboration of silicides based composites, especially for thermoelectric applications.

L'objectif de ce travail de thèse est d'étudier la fonctionnalisation de textiles par des particules contenant un principe actif cosmétique. L'approche choisie repose sur la fixation sur le textile de particules de charges opposées. Dans ce travail, nous avons étudié dans un premier temps l'état de surface des textiles synthétiques et naturels. Les résultats ont montré que les textiles présentent une surface chargée négativement. Dans un second temps, l'adsorption de particules cationiques “modèles” de PMMA sur un textile synthétique à base de polyamide a été étudiée. Les résultats ont montré une bonne adsorption des particules sur le textile ainsi qu'une bonne résistance à la désorption lors des étapes de lavage. A la suite de ces résultats, des particules cationiques formulées par émulsion-diffusion à partir de différents polymères ont été réalisées. Ce criblage des polymères a permis de sélectionner un polymère biocompatible et biodégradable capable de fonctionnaliser durablement le textile. La dernière partie de ce travail a consisté en l'étude du rendement d'encapsulation et du profil de libération de deux principes actifs : rafraichissant et blanchissant / The aims of this work is to study textiles functionalization with particles containing an cosmetics active ingredient. The approach selected is based on textiles functionalization by opposite charged particles. At first, we studied synthetic and natural textiles surface and results showed that textiles exhibit negative charged surface. In a second step, adsorption of cationic PMMA particles onto synthetic polyamide textile was studied. The results showed proper particles adsorption on textile and a good resistance to desorption during washing steps. Then, cationic particles formulated by emulsion-diffusion from different polymer were made. This screening polymers was used to select a biocompatible and biodegradable polymer able to functionalized textiles. The last part of this work consisted in studying the encapsulation efficiency and release profile of two active ingredient : refreshing and whitening

Cette thèse porte sur la modélisation ab initio des ligands et des nanoparticules magnétiques utilisés en médecine (hyperthermie magnétique, imagerie médicale ...). Les calculs sont effectués par le logiciel Quantum Espresso base sur théorie de la fonctionnelle de la densité et LDA + U. L'objectif est d'abord de comprendre la liaison des ligands sur des nanoparticules magnétiques, la nature de l'ionicité dans les particules, puis de décrire le changement d'anisotropie magnétique due aux liaisons chimiques sur la surface, et enfin de décrire la modification des propriétés optiques due également à la liaison de différents ligands sur la surface de nanoparticules hybrides d'or et d'oxyde de fer. / This thesis concerns the ab initio modeling of ligands and magnetic nanoparticles used in medicine (magnetic hyperthermia, medical imaging). Calculations are performed by the Quantum Espresso software based on density functional theory and LDA+U. The goal is first to understand the binding of ligands on magnetic nanoparticles, the nature of ionicity in the particles, then to describe the change in magnetic anisotropy due to the chemical bondings on surface, and finally to describe the change in optical properties due also to the bonding of various ligands or clusters on the surface of hybrid gold and iron oxide nanoparticles.