L'objectif de ce travail est d'étudier le comportement de polymères conducteurs en couplant des mesures simultanées et in situ d'angle de contact et de différents outils d'analyses électrochimiques (impédance électrochimique, électrogravimétrie cyclique et ac-électrogravimétrie). L'originalité de ce travail est de mettre en place un dispositif qui permet d'effectuer des mesures électrochimiques dans un volume variant de 1,5 à 3 µL. Nous avons pris comme polymère conducteur modèle le polypyrrole, électrogénéré à partir de différents monomères substitués que nous avons synthétisés. La mouillabilité de la surface des films de polymères formés est influencée, non seulement, par la nature du monomère mais aussi par les dopants présents en solution lors de la formation du film. Selon la nature du film de polymère conducteur formé, grâce aux mesures d'ac-électrogravimétrie, nous avons pu identifier les mécanismes d'échanges des diverses espèces (chargées ou non) au cours de la polarisation et les corréler aux variations de mouillabilité mesurées simultanément

Cette thèse s'inscrit dans le cadre du projet européen BIOCOR ITN. Les matériaux métalliques habituellement utilisés dans les circuits de refroidissement de centrales électriques peuvent être affectés par la biocorrosion. L'objectif de ce travail était d'étudier l'influence de l'adsorption de biomolécules sur le comportement électrochimique et la composition chimique de surface de l'alliage 70Cu-30Ni, l'acier inoxydable 304L et le titane en milieu marin. Les interactions entre l'albumine de sérum bovin (BSA), et la surface de ces matériaux ont été étudiées. Ensuite, l'effet des substances polymériques extracellulaires (EPS) (étroitement liées -TB- et faiblement liées -LB- à la surface cellulaire) sur les couches d'oxydes a été évalué. Des mesures électrochimiques (Ecorr vs temps d'immersion, courbes de polarisation et EIS) ont été combinées à des analyses de surface (XPS et ToF-SIMS). En comparaison de l'alliage 70Cu-30Ni en eau de mer artificielle (ASW) statique sans biomolécules, pour lequel une couche duplex épaisse est montrée, la présence de biomolécules conduit à une couche mixte d'oxydes d'épaisseur plus faible. Un modèle est proposé pour analyser les données d'impédance obtenues à Ecorr. Un ralentissement de la réaction anodique par les biomolécules a été montré avec un effet d'inhibition de la corrosion par les LB EPS, dans une moindre mesure par la BSA et aucun effet néfaste en présence de TB EPS. L'effet des TB EPS et de la BSA sur la passivation du Ti dans ASW et de l'acier inoxydable 304L dans une solution sans chlorure a été étudié. Pour les deux matériaux, les couches d'oxydes sont plus protectrices avec la BSA et moins protectrices avec les TB EPS. / This thesis was carried out in the frame of the BIOCOR ITN European project. Metallic materials commonly used in cooling systems of power plants may be affected by biocorrosion. The objective of this work was to study the influence of biomolecules adsorption on the electrochemical behaviour and the surface chemical composition of 70Cu-30Ni alloy, 304L stainless steel and titanium in seawater environments. The interactions between a model protein, the bovine serum albumin (BSA), and the surface of these materials were investigated. After, the influence of tightly bound (TB) and loosely bound (LB) extracellular polymeric substances (EPS) on the oxide layers was evaluated. For that purpose, electrochemical measurements (Ecorr vs time, polarization curves and EIS) were combined to surface analysis (XPS and ToF-SIMS). Comparing to the 70Cu-30Ni alloy in static artificial seawater (ASW) without biomolecules, for which a thick duplex oxide layer is shown, the presence of BSA, TB EPS and LB EPS leads to a mixed oxide layer with a lower thickness. A model is proposed to analyse impedance data obtained at Ecorr. The results show a slow-down of the anodic reaction in the presence of biomolecules with a corrosion inhibition effect by LB EPS, to a lesser extent by BSA and no detrimental effect with TB EPS. On the other hand, the effect of TB EPS and BSA on the passivation behaviour of Ti in ASW and of 304L stainless steel in chloride-free solution was studied. From EIS data, resistivity profiles within oxide films can be plotted. For both materials, oxide layers are more protective with BSA and less protective with TB EPS.

Dans ce travail, nous développons deux grands axes de recherche liés aux carbonates fondus. Le premier est l'optimisation des piles à combustible à base de carbonates fondus, avec deux approches : (i) l'amélioration de la durée de vie de la cathode grâce à des couches ultra-minces d'oxydes métalliques élaborés par la technique de dépôt de couches atomiques; (ii) la modification des électrolytes Li-K et Li-Na par addition de Cs ou de Rb. Le second est consacré à la valorisation du CO2 par sa réduction électrochimique dans les électrolytes à carbonates fondus, où nous analysons la réduction du CO2 par chronopotentiométrie et chronoamperométrie. Finalement, afin de tester les modifications subies par certains des composants analysés dans les deux premières parties, nous avons installé et adapté une configuration de cellule complète couplée à la chromatographie en phase gazeuse. Nous avons obtenu quelques résultats significatifs dans l’ensemble des approches abordées ; en ce qui concerne le point (i), nous avons constaté que TiO2 et CeO2 sont appropriés pour protéger la cathode contre la corrosion sans affecter ses propriétés électrochimiques en réduisant presque de moitié la dissolution du Ni. Les résultats obtenus pour le point (ii) sont également fructueux, car nous avons établi une méthode pour comparer deux électrolytes différents en déterminant les coefficients de diffusion des ions superoxyde et du dioxyde de carbone. Nous avons également comparé les performances de la cathode de NiO dans les électrolytes modifiés avec Cs et Rb. De ces études, nous avons constaté que l'addition de Cs améliore significativement le coefficient de diffusion de CO2 en réduisant la résistance de transfert de charge et la résistance totale à l'électrode, étant l'additif le plus prometteur testé ici. En ce qui concerne la réduction du CO2, nous avons constaté que la réaction implique des espèces adsorbées et instables et se produit en deux étapes à un électron ou une étape à deux électrons ; ainsi, il s’agit très probablement d’un mécanisme de réduction simultanée d’espèces adsorbées et dissoutes. Finalement, nous avons effectué les premiers tests sur cellule complète MCFC dans notre laboratoire, obtenant une performance et une puissance acceptables. Cependant, de petites améliorations sont encore nécessaires pour pouvoir tester les composants modifiés de cellule MCFC. / In this work, we develop two major research routes related to molten carbonates. The first one is the molten carbonate fuel cell optimization, with two approaches: (i) cathode lifetime improvement through ultra-thin layers of metal oxides deposited by atomic layer deposition; (ii) Li-K and Li-Na electrolyte modification by Cs or Rb additions. The second one is dedicated to CO2 valorization through its electrochemical reduction in molten carbonate electrolytes, where we analyze CO2 reduction by means of chronopotentiometry and chronoamperometry. Finally, in order to test some of the component modifications described in the two first parts, we installed and adapted a single-cell setup coupled to gas chromatography. We obtained some significant results in all the approaches; concerning point (i), we found that TiO2 and CeO2 are suitable for cathode corrosion protection without affecting the electrochemical properties of the electrode and reducing almost by half the dissolution of Ni. The results obtained from point (ii) are also fruitful, since we established a method for comparing two different electrolytes and obtained the diffusion coefficients of the superoxides and carbon dioxide. We also compared the performance of the state-of-the-art NiO cathode in Cs and Rb modified electrolytes. From these studies, we found that Cs addition improves significantly the CO2 diffusion coefficient and reduces the charge transfer and total resistance at the electrode, being a promising additive. Regarding CO2 reduction, after all the tests performed, we found that the reaction involves adsorbed and instable species and occurs in two one-electron steps or in two-electron unique step; thus, it follows most probably a mechanism of simultaneous reduction of the adsorbed and dissolved species. Finally, we performed the first MCFC single-cell tests in our laboratory obtaining an acceptable cell performance and output power. However, small improvements are still necessary to be able to test MCFC modified components.

Ce travail concerne l'étude du comportement vis-à-vis de la corrosion de deux alliage d'aluminium : l'alliage 2024 (AA 2024 T351) et l'alliage 7075 (AA7075 T7351) et de l'aluminium pur, utilisé comme référence, dans une solution de Na2SO4 0,1 M à l'aide de mesures électrochimiques (courbes de polarisation, courbes de Levich et spectroscopie d'impédance) avec des électrodes à disque tournant. Comparativement aux travaux de la littérature, des données quantitatives sur les processus anodique et cathodique qui se produisent sur les deux alliages ont été obtenues. La première partie de la thèse est consacrée à la caractérisation microstructurale des deux alliages : taille, composition chimique des précipités et fraction surfacique occupée par les différentes phases. La seconde partie présente les résultats d'impédance obtenus au potentiel de corrosion pour différents temps d'immersion et différentes vitesses de rotation. A ce potentiel, le comportement des matériaux est essentiellement contrôlé par le film passif. Les diagrammes d'impédance présentent une dispersion en fréquence, exprimée en termes de « constant phase element (CPE) ». Ce comportement a été analysé à l'aide d'un modèle physique qui permet de montrer une distribution de résistivité dans l'épaisseur des films d'oxyde. Dans la dernière partie, une attention particulière a été portée à l'analyse de la réaction cathodique à la surface des deux alliages qui est à l'origine de leur dégradation importante. La réduction de l'oxygène se produit principalement sur les particules intermétalliques. De façon surprenante, la densité de courant cathodique est nettement plus faible pour l'alliage 7075 qui présente une plus grande surface couverte par les particules. Il a été montré que pour l'alliage 2024, la réaction cathodique est contrôlée par le transport de matière par diffusion convective sur de petites électrodes alors que pour l'alliage AA 7075, la majeure partie des particules, de très petite taille, se comporte comme des microélectrodes pour lesquelles le courant est fixé par la diffusion sphérique, indépendante de la convection. / This work concerns the study of behavior the corrosion of two aluminum alloy: the alloy 2024 (AA 2024 T351) and 7075 (AA7075 T7351) and pure aluminum, used as reference, in a solution of 0.1 M Na2SO4 using electrochemical measurements (polarization curves, curves Levich and impedance spectroscopy) with rotating disk electrodes. Compared to published studies, quantitative data on the anodic and cathodic processes occurring on the two alloys were obtained. The first part of the thesis is devoted to the microstructural characterization of two alloys: size, chemical composition of precipitates and surface fraction occupied by the different phases. The second part presents the results of impedance obtained at the corrosion potential for different immersion times and different speeds. At this potential, the behavior of materials is mainly controlled by the passive film. The impedance diagrams exhibit a frequency dispersion, expressed in terms of "constant stage element (CPE)." This behavior was analyzed using a physical model which allows to show a distribution of resistivity in the thickness of oxide films. In the last part, special attention was paid to the analysis of the cathodic reaction on the surface of the two alloys that is causing their degradation. The oxygen reduction occurs mainly on the intermetallic particles. Surprisingly, the cathode current density is significantly lower for the alloy 7075 which has a greater surface area covered by the particles. It was shown that for 2024 alloy, the cathodic reaction is controlled by material transport by convective diffusion of small electrodes, while for the alloy AA 7075, most of the particles, very small, behaves as microelectrodes for which the current is set by the spherical diffusion, independent of the convection.

Le couplage de la spectroscopie d’impédance électrochimique(EIS) et de la spectroscopie photoélectronique à rayonnement X(XPS) a permis d’étudier en profondeur le lien entre la structure etles propriétés électrochimiques d’électrolytes solides en couchesminces, ainsi que de l’interface formée avec le matériau d’électrodepositive LiCoO2. L’incorporation d’azote dans la structure duLiPON, électrolyte solide de référence dans les microbatteries, estcaractérisée par la formation de lacunes de lithium et d’oxygènesfavorables au transport des ions lithium. Un électrolyte solideLiPOS a été développé par pulvérisation cathodique radiofréquencevia l’incorporation de soufre dans la structure initiale Li3PO4. Laprésence d’une interface solide/solide entre le LiPON et LiCoO2 estcaractérisée par une réduction partielle du cobalt et une oxydationdu LiPON à son voisinage, vraisemblablement responsable del’augmentation de la résistance de transfert de charges entre lesdeux matériaux. / The link between the structure and the electrochemicalproperties of thin-film electrolytes and the interface formed withthe cathode material LiCoO2 has been intensively studied bycoupling Electrochemical Impedance Spectroscopy (EIS) and X-rayPhotoelectron Spectroscopy (XPS). Nitrogen incorporation intoLiPON, reference solid-state electrolyte for microbatteries, ischaracterized by the formation of lithium and oxygen vacancies,increasing the lithium ions transport. A sulfide based thin filmelectrolyte called LiPOS has been developed by radiofrequencysputtering, with the incorporation of sulfur into the initial Li3PO4structure. The solid/solid interface between LiPON and LiCoO2 ischaracterized by a partial reduction of cobalt and oxidation ofLiPON, which is in all probability responsible of the increase of thecharge transfer resistance between the two materials.

Le soudage par friction (Friction Stir Welding - FSW) est un processus efficace de se joindre des alliages d'aluminium à haute résistance en évitant les défauts que l'on trouve habituellement lorsque les techniques de soudage classiques sont utilisés. L'industrie de l'aviation a montré un grand intérêt pour cette méthode de soudage, tant pour l'union des alliages semblables comme pour dissemblables. Cependant, ce processus entraîne des changements de microstructure dépendantes des conditions de traitement thermique ou thermomécanique. Le contact électrique entre les différentes zones de microstructures, à son tour, peut conduire à un couplage galvanique entre les différentes zones. Dans la présente étude, le soudage FSW a été utilisé pour joindre deux alliages d'aluminium dissemblables,AA2024-T3 et AA7475-T651. La résistance à la corrosion des joints soudés a été évaluée par des tests électrochimiques, en particulier, les mesures de potentiel en circuit ouvert(OCP), les courbes de polarisation, et des mesures de spectroscopie d'impédance électrochimique, soit globale (EIS) ou local (LEIS) en solution de 0,1 M Na2SO4 ou 0,1MNa2SO4 + 1 mM NaCl. Les tests électrochimiques ont montré l'effet de couplage galvanique dans les joints soudés. La résistance à la corrosion intergranulaires et la résistance à corrosion par exfoliation des joints soudés ont également été évaluées et comparées à celles du AA2024-T3 et les alliages AA7475-T651 non soudées. Les résultats ont montré une réactivité accrue des joints soudés en comparaison avec les alliages non soudés en notant l'attaque plus intense sur l'alliage AA7475-T651. L'identification des zones cathodiques et anodiques dans les joints soudées ont été évaluée par un test consistant à déposer un gel(agar) avec l'indicateur universel et il a été observé que l'alliage AA2024-T3 a agi en tant que cathode, tandis que la AA7475- T651 comme anode. Par ailleurs, le dégagement d'hydrogène a été observée dans la région d'interface entre la zone affectée thermomécaniquement et l'alliage AA7475-T651 affectée par la chaleur. Les résultats des essais de LEIS effectuées dans différentes zones des deux alliages soudés par FSW ont montré l'engagement galvanique à l'interface entre eux pour de courtes durées d'analyse etde déplacement de la région la plus active dans le temps de test pour l'alliage AA7475-T651,plus précisément à l'interface entre la zone affectée thermomécaniquement et la thérmique affectée de cette alliage. / Friction Stir Welding (FSW) is an efficient process of joining high strength aluminum alloys avoiding defects that are usually created when conventional welding techniques are used. The aircraft industry has shown great interest in this welding method, both for welding of similar or dissimilar alloys. However, this process causes microstructural changes that are dependent on the thermal or thermomechanical conditions applied. Electrical contact between zones of different microstructures, in turn, can result in galvanic coupling. In the present study, FSW was used to join two dissimilar aluminum alloys, AA2024-T3 and AA7475-T651 and the effect of this processon the corrosion resistance of the welded joints and on the microstructure of the alloys was evaluated. For corrosion resistance evaluation, electrochemical tests were used, specifically,open circuit potential measurements (OCP) as a function of time of exposure time to the corrosive environment, polarization tests, and electrochemical impedance spectroscopy, global (EIS) orlocal (LEIS), in two solutions, either 0.1 M Na2SO4 or 0.1M Na2SO4 + 1 mM NaCl. The electrochemical tests showed galvanic coupling effects in the welded joints. Microstructural characterization was carried out by optical microscopy, scanning electron microscopy,transmission electron microscopy and differencial scanning calorimetry. The welded affected zones showed significant microstructural changes indicated by precipitation and dissolution of precipitates that affect the localized corrosion resistance. Intergranular and exfoliation corrosion resistance of the welded joints were also evaluated and compared to those of unwelded AA2024-T3 and AA7475-T651 alloys. The results showed increased susceptibility of welded joints to these forms of corrosion in comparison with the unwelded alloys with more severe attack associated tothe AA7475-T651 alloy. Identification of anodic and cathodic areas due to galvanic coupling in the welded joints was evaluated by a test consisting in depositing a gel layer (ágar-ágar) with universal indicator on the surface of the welded alloys. The AA2024-T3 alloy worked as cathode,while the AA7475-T651 as anode in the galvanic coupling. Furthermore, hydrogen evolution was observed at the interface region between the thermomechanically affected zone and the heat affected alloy AA7475-T651 showing that cathodic reactions also occurred on this last alloy. LEIS results obtained in different zones of the two FSW welded alloys showed galvanic coupling at the interface between them for short test times and displacement of the most active region to theAA7475-T651 alloy, at longer periods of test, specifically to the interface between the thermomechanically affected and the heat affected zones of this last alloy. / A soldagem por fricção (Friction Stir Welding - FSW) é um processo eficiente de unir ligas dealumínio de alta resistência evitando defeitos que são usualmente criados quando técnicasconvencionais de soldagem são utilizadas. A indústria aeronáutica tem mostrado grande interesseneste método de soldagem, tanto para a união de ligas similares como dissimilares. Entretanto,este processo causa modificações microestruturais dependentes das condições de tratamentotérmico ou termomecânico. Contato elétrico entre zonas de microestruturas diferentes, por sua vez,pode resultar em acoplamento galvânico. No presente estudo, a soldagem por FSW foi usada paraunir duas ligas de alumínio dissimilares, AA2024-T3 e AA7475-T651 e o efeito desta soldagem naresistência à corrosão das juntas soldadas e na microestrutura das ligas foi avaliada. Nainvestigação da resistência à corrosão foram utilizados ensaios eletroquímicos, especificamente,medidas de potencial de circuito aberto (OCP) em função do tempo de exposição ao meio corrosivo,ensaios de polarização e de espectroscopia de impedância eletroquímica, global (EIS) ou local(LEIS), em duas soluções, seja 0,1 M Na2SO4 ou 0,1 M Na2SO4 + 1 mM NaCl. Os ensaioseletroquímicos evidenciaram efeito de acoplamento galvânico nas juntas soldadas. Acaracterização microestrutural foi realizada por microscopia ótica, microscopia eletrônica devarredura, microscopia eletrônica de transmissão e por calorimetria diferencial. As zonas afetadaspela solda tiveram importantes modificações na microestrutura indicadas pela precipitação edissolução de precipitados que afetam a resistência à corrosão localizada. A resistência à corrosãointergranular e a resistência à esfoliação das juntas soldadas também foram avaliadas ecomparadas com as das ligas AA2024-T3 e AA7475-T651 não soldadas. Os resultados mostraramaumento da suscetibilidade das juntas soldadas a estas formas de corrosão em comparação comas ligas não soldadas sendo observado ataque mais severo na liga AA7475-T651. A identificaçãodas áreas anódicas e catódicas resultantes do acoplamento galvânico nas juntas soldadas foirealizada por teste que consistiu na deposição de camada de gel (ágar-ágar) com indicadoruniversal na superfície das ligas soldadas. A liga AA2024-T3 atuou como cátodo, enquanto aAA7475-T651, como ânodo no par galvânico. Além disso, evolução de hidrogênio foi observada naregião de interface entre a zona termomecanicamente afetada e a termicamente afetada da ligaAA7475-T651 mostrando que reações catódicas também ocorreram localmente nesta última liga.Resultados de LEIS obtidos nas diferentes zonas das duas ligas soldadas por FSW mostraramacoplamento galvânico na interface entre elas para tempos curtos de ensaio e deslocamento daregião mais ativa com o tempo de ensaio para a liga AA7475-T651, mais precisamente para ainterface entre a zona termomecanicamente afetada e a térmicamente afetada desta liga.

L'objectif du travail de recherche concerne la conception et la réalisation de biocapteurs à base de mesures impédimétriques, pour lesquels la demande est forte dans différents domaines d'intérêt sociétal, en particulier l'environnement, la sécurité alimentaire et le biomédical. Les biocapteurs sont des moyens d'analyse en plein essor à la fois rapides, sélectifs et peu coûteux applicables à des domaines extrêmement variés (environnement, santé, agroalimentaire,…). Dans ce type d'outil, un élément sensible de nature biologique (anticorps, enzyme, microorganisme, ADN…) doté d'un pouvoir de reconnaissance pour un analyte ou un groupe d'analytes est associé à un transducteur pouvant être de type électrochimique, optique ou thermique. Dans la première partie de ce travail, un aptasensor a été développé pour la détection de la thrombine. Deux aptamères different ciblant la thrombine étaient directement immobilisés sur l'électrode en or. L'aptasensor élaboré présente une grande sensibilité, spécificité et stabilité pour la thrombine. Dans la seconde partie, en utilisant la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS), nous avons surveillé l'immobilisation de protéines et sans marquage sur une surface d'or, au moyen d'une stratégie d'électro-adressage, compatible avec la production de biopuces pour multi-détection.Cette fonctionnalisation est réalisée par la cycloaddition alcyne / azoture, mieux connu comme la réaction «clic». Enfin, un biocapteur utilisant des protéines de phage à été développé pour la détection de E.coli / The objective of the research concerns the design and realization of biosensors based impedimetric measures, for which there is strong demand in various societal benefit areas, particularly the environment, food security and biomedical.Biosensors are rapid, selective and inexpensive devices that combine a biological recognition element, the so-called bioreceptor (e.g. enzymes, antibodies, DNA or microorganisms) to a physical transducer (e.g. electrochemical, optical, thermal or piezoelectrical). They can be used to detect one specific analyte or one family of analytes for a wide range of applications (e.g. environment, food, health). In the first part of this work, an aptasensor was developed for thrombin detection. Two different aptamers targeting thrombin were directly immobilized on the gold electrode. The aptasensor exhibits high sensitivity, specificity and stability in the detection of thrombin. In the second part, using electrochemical impedance spectroscopy (EIS), we have, monitored label-free protein immobilization on a gold surface, through a strategy of electroaddressing, compatible with the production of microarrays for multi-detection. This functionalization is achieved via the alkyne/azide cycloaddition, better known as the "click" reaction.Finally, a biosensor using phage proteins was developed for detecting E. coli

De nos jours, la galvanisation continue par immersion à chaud est largement utilisée dans les structures métalliques pour protéger les aciers contre la corrosion. Le zinc offre une barrière protectrice grâce à la formation d'un oxyde de surface et d'un effet de protection sacrificielle. Cependant, les procédés de fabrication de la structure ou les assemblages mécaniques par déformation plastique peuvent créer des dommages affectant les performances de corrosion du revêtement.L’objectif de ce travail était d’étudier la durabilité, en environnement agressif, par des essais d’immersion et en enceinte climatique, de revêtements galvanisés déformés à la suite d’une mise en forme. Trois revêtements différents ont été choisis. Un revêtement de zinc utilisé comme référence, un revêtement Zn-Al-Mg dans lequel l’ajout de magnésium et d’aluminium permet une meilleure tenue à la corrosion et enfin un revêtement Zn-55Al choisi pour sa très bonne durabilité en environnement agressif en raison de la quantité importante d’aluminium présente dans sa composition. / Nowadays continuous hot-dip galvanizing is widely used in metallic structures to protect steels against corrosion. Zinc provides a protective barrier thanks to the for-mation of a surface oxide and a sacrificial protection effect. However, structure manufacturing processes or mechanical assemblies by plastic deformation can create damage affecting the corrosion performance of the coating.The objective of the present work is to study changes of corrosion resistance induced by plastic deformation using immersion and climatic chamber tests. Three different coatings were chosen. A zinc coating used as a reference, a Zn-Al-Mg coating in which the addition of magnesium and aluminum allows a better resistance to corrosion and finally a Zn-55Al coating chosen for its very good durability in aggressive environment in Because of the large amount of aluminum present in its composition.

Le dihydrogène se présente comme un vecteur énergétique d'avenir pour la diversification des sources de production d'énergie. L'électrolyse de l'eau dans le système PEMWE (Proton Exchange Membrane Water Electrolyzer) permet l'obtention de dihydrogène de grande pureté. Les atouts de cette technologie induite par l'utilisation d'assemblage membrane électrode (AME) permettent son couplage aux énergies renouvelables. Toutefois, l'amélioration de l'activité catalytique des matériaux anodiques et leur stabilité pour baisser la tension de cellule et la diminution de la teneur en métaux nobles dans la composition des matériaux sont nécessaires.Lors de ces travaux de thèse, une voie de synthèse a été élaborée pour préparer des nanomatériaux à base de ruthénium. L'ajout d'iridium a permis dans un premier temps de prévenir l'oxyde de ruthénium de la dissolution tout en maintenant l'activité du catalyseur initial. Les meilleures performances catalytiques des AMEs en termes de densité de courant, de tension de cellule et de durabilité ont été délivrées avec les matériaux anodiques dont la composition molaire en Ru est supérieure à 70 %. La substitution partielle des métaux précieux (Ru et Ir) par du cérium et du niobium dans le but de proposer des catalyseurs à moindre coût a été aussi réalisée. Contrairement au niobium qui apporte une phase amorphe dans la structure du matériau, le cérium jusqu'à une teneur de 10 % permet de conserver les performances de l'anode telles que obtenues dans le matériau bimétallique. Le cérium se présente donc comme un métal prometteur à intégrer de manière appropriée dans la composition des matériaux anodiques. / Hydrogen seems to be the most promising energetic vector in order to diversify the sources of energy production. Water splitting in a Proton Exchange Membrane Water Electrolyzer (PEMWE) provides a sustainable way of producing clean hydrogen. One of the main advantages of this technology based on the utilization of Membrane Electrode Assembling (MEA) is its potential coupling with renewable energy sources. However, the improvement of the catalytic activity of anode materials, their stability and the reduction of the noble metal content in their composition are required.During this thesis work, a new synthesis approach that consists in hydrolysis of metallic precursors in ethanol medium has been undertaken to prepare non-supported ruthenium-based nanomaterials. The addition of iridium to the nanocatalysts composition prevents the ruthenium oxide from dissolution without decreasing the initial activity of the anode catalyst. The best catalytic performance of MEAs in terms of current density, cell voltage and durability were observed with anode materials whose ruthenium molar composition is higher than 70 %. The partial substitution of precious metals (Ru and Ir) either by cerium or niobium with the purpose of decreasing the catalysts cost was also attempted. While the substitution with niobium introduces an amorphous phase in the material structure, the trimetallic materials containing cerium were shown to be crystalline. Furthermore, cerium contents up to 10 % allows maintaining the catalytic activity of the trimetallic anode close to that obtained with the bimetallic oxide material. Thus cerium appears as a promising metal to include in a suitable way on the composition of anode materials.

Les bicouches lipidiques constituent l’architecture socle des membranes biologiques et l’environnement bidimensionnel de leurs protéines. Ancrées sur une interface hydrophile hydratée, ces systèmes conservent leur fluidité et sont localisés durablement près d’un substrat. Dans ce domaine, nous avons développé une stratégie de fonctionnalisation rapide, peu coûteuse et versatile, permettant la formation d’une membrane biomimétique fluide, ancrée sur des substrats conducteurs spécifiquement conçus pour son étude structurale et dynamique. La chimie de surface proposée forme une liaison covalente forte entre le substrat et des molécules commerciales amphiphiles (Brij, etc), utilisées comme système ancre-harpon. L’extrémité hydrophile (coté ancre) possédant un alcool primaire peu réactif est engagée sur une première couche organique par substitution nucléophile. L’autre extrémité hydrophobe (l’harpon) peut s’insérer dans la membrane et la stabiliser. Un mélange adapté, de ces molécules ancre-harpon avec d’autres purement hydrophiles (PEG, etc), apporte l’hydratation et la densité d’ancres nécessaire à l’interface pour maintenir la membrane éloignée du substrat, permettant ainsi l’intégration de protéines et le transport ionique à travers la membrane. Grâce au support conducteur, la dynamique des ions face aux membranes peut être étudiée par spectroscopie d’impédance électrochimique. Sa faible rugosité et semi-transparence permettent aussi l’utilisation de nombreuses autres techniques dont les microscopies optiques, exaltées ou de fluorescence. Localisées sur une électrode, ces bicouches ancrées s’ouvrent également aux applications biotechnologiques. / Lipid bilayers are the structural backbone of biological membranes and provide a two-dimensional environment for proteins. Tethered on a hydrophilic substrate, these biomimetic models are fluid, long-term stable and localized. In this regard, we propose a direct, cheap and versatile strategy of surface functionalization to tether membranes on a substrate adapted to their structural and dynamics study. The process is based on the functionalization of any flat metal thin film by the covalent binding of commercial surfactant molecules (Brij, …) as “anchor-harpoons”-like systems. Most of these molecules possess unresponsive –OH terminated groups on their hydrophilic moiety (anchor) that can bind a first organic layer by nucleophilic substitution. The opposite hydrophobic tail (harpoon) of the molecule can insert into the membrane and make it stable. An ideal mixing ratio of anchor-harpoons molecules with purely hydrophilic ones (PEG, …), provides the required hydration and density of anchors to the interface for tethering fluid membranes away from the substrate. A few nanometers distance enable ionic flows through the membrane and protein inclusion. The substrate conductivity enables studying ion dynamics facing the membrane by means of electrochemical impedance spectroscopy. Flatness and semi-transparency of the conductor opens the route to many other techniques’ including exalted light microscopy or fluorescence. Localized on electrodes, tethered bilayers further provide a biomimetic model and a support for biotechnology applications.