Pour concevoir avec succès l'instrumentation nécessaire aux nouvelles technologies de fabrication avec une précision nanométrique, la méthodologie de conception doit prendre en compte de nombreux sujets différents liés à la chimie, à la physique, à la mécanique, à l'électronique et à l'automatisation, travaillant ensemble pour atteindre l'objectif souhaité. Dans cette thèse, cette méthodologie de conception a été mise en œuvre avec un grand nombre d’outils et d’approches permettant d’optimiser avec succès une méthode de nanofabrication appelée dépôt par couche atomique spatiale (SALD) afin de déposer des couches minces d’un matériau potentiellement utile en tant que composant du dispositifs à énergie solaire non-silicium, séparateurs d’eau photoélectrochimiques et composants électroniques transparents à couche mince, entre autres: oxyde cuivreux (Cu2O).En ce qui concerne la technologie de fabrication et la conception mécatronique, SALD est une technique de fabrication prometteuse qui permet la fabrication de films minces avec une précision nanométrique et avec la capacité de contrôler leurs propriétés mécaniques, électriques et cristallographiques. De plus, l'approche SALD utilisée dans cette thèse et dans le Laboratoire des matériaux et du génie physique (LMGP) fonctionne à l'air libre (sans chambre de dépôt) et constitue donc potentiellement une approche compatible avec l'industrie pour les films minces homogènes de grande surface fabrication avec un débit élevé. De plus, SALD peut être utilisé dans des conditions qui le rendent compatible avec les substrats flexibles et avec les approches de rouleau à rouleau (R2R). Enfin, SALD offre une flexibilité sur le processus de dépôt afin qu’il puisse être ajusté pour obtenir différentes propriétés sur les films fabriqués avec un minimum de modification de l’instrumentation.À l'aide de simulations CFD (Computational Fluid Dynamics), les phénomènes de la mécanique des fluides qui se produisent pendant le processus de dépôt dans le système SALD ont été analysés pour différentes configurations du réacteur. L'influence sur les propriétés du film a été étudiée et une validation avec des dépôts expérimentaux a été effectuée. Ensuite, en utilisant les connaissances et les directives obtenues avec les simulations CFD, et afin de réduire le coût et la complexité de la modification de certains composants mécaniques du système, un flux de travail comprenant la conception assistée par ordinateur (CAO) et la fabrication additive (également appelé impression 3D) impression) a été mis en place au LMGP pour la fabrication de l’un des composants principaux du système SALD à LMGP: la tête de dépôt. Ici, c'est la première fois qu'une telle technique de fabrication innovante est appliquée aux processus de nanofabrication en couches minces, offrant de nombreuses applications potentielles dans le domaine. Dans cette thèse, un tel flux de travail est présenté et expliqué, ainsi que les directives apprises et les limitations découvertes également présentées.Enfin, couches minces de Cu2O ont été déposé avec succès avec la méthode SALD. Le Cu2O est l’un des rares matériaux aux propriétés électroniques prometteuses en tant que semi-conducteur transparent de type p. Ici, les films de Cu2O fabriqués utilisant le système SALD à LMGP sont rapportés et leur conductivité de type p et leur cristallographie sont analysées.Les résultats de ces travaux fournissent des directives initiales pour la conception industrielle d’un système de fabrication à haut débit basé sur la technologie SALD, dans lequel la conception de ses composants est optimisée pour chaque matériau souhaité. Cette approche de conception rend également ce travail utile pour augmenter la quantité de matériaux compatibles avec le SALD, ainsi que pour développer davantage la méthodologie SALD dans des processus de fabrication innovants de matériaux et de dispositifs. / To successfully design the instrumentation needed for new manufacturing technologies with nanoscale precision, the design methodology must take into account many different topics related to chemistry, physics, mechanics, electronics and automation, working together to achieve the desired goal. In this thesis, this design methodology has been implemented with a large number of tools and approaches to successfully optimize a nanofabrication method called spatial atomic layer deposition (SALD) in order to deposit thin films. a potentially useful material as a component of non-silicon solar energy devices, photoelectrochemical water separators and transparent thin-film electronic components, among others: cuprous oxide (Cu2O).With respect to manufacturing technology and mechatronics design, SALD is a promising manufacturing technique that enables the fabrication of thin films with nanoscale precision and the ability to control their mechanical, electrical and crystallographic properties. In addition, the SALD approach used in this thesis and in the Laboratoire des Matèriaux et du Génie Physique(LMGP) works in the open air (without a repository) and is therefore potentially an industry-compatible approach to film Thin homogeneous high-area manufacturing with high throughput. In addition, SALD can be used under conditions that make it compatible with flexible substrates and roll-to-roll approaches (R2R). Finally, SALD offers flexibility on the deposit process so that it can be adjusted to obtain different properties on films manufactured with a minimum of instrumentation modification.Using CFD (Computational Fluid Dynamics) simulations, the fluid mechanics phenomena that occur during the deposition process in the SALD system were analyzed for different reactor configurations. The influence on the properties of the film was studied and a validation with experimental deposits was carried out. Then, using the knowledge and guidance obtained with CFD simulations, and to reduce the cost and complexity of modifying certain mechanical components of the system, a workflow that includes computer-aided design (CAD) and manufacturing additive (also called 3D printing) printing) was set up at the LMGP for the manufacture of one of the main components of the LMGP SALD system: the deposit head. Here, it is the first time that such an innovative manufacturing technique has been applied to thin-film nanofabrication processes, offering many potential applications in the field. In this thesis, such a workflow is presented and explained, along with learned guidelines and discovered limitations also presented.Finally, thin layers of Cu2O have been successfully deposited with the SALD method. Cu2O is one of the few materials with promising electronic properties as a p-type transparent semiconductor. Here, Cu2O films made using the LMGP SALD system are reported and their p-type conductivity and crystallography are analyzed.The results of this work provide initial guidance for the industrial design of a high throughput manufacturing system based on SALD technology optimized for each desired material. This design approach also makes this work useful for increasing the amount of SALD compatible materials, as well as for further developing the SALD methodology in innovative materials and device manufacturing processes.

La régulation de la photosynthèse est cruciale pour les organismes photoautotrophes et est habituellement opérée par la modulation de l'absorption de la lumière ou par la réorientation des électrons vers des puits alternatifs afin de redistribuer l'énergie entre plusieurs voies métaboliques. Parmi les différents mécanismes décrits, le remodelage de l'appareil photosynthétique est crucial dans des conditions de carences nutritives ou de fluctuations de la lumière. Il est bien connu que l'oxyde nitrique (NO) joue un rôle de signalisation dans de nombreuses réponses au stress abiotique, agissant comme second messager et / ou modifiant les protéines cibles par des modifications post-traductionnelles redox. Sa participation a été récemment décrite au cours de la carence en azote chez Chlamydomonas reinhardtii. Ce travail se concentre sur le remodelage de l'appareil photosynthétique lors de la carence en soufre et lors des fluctuations de lumineuses chez Chlamydomonas reinhardtii, avec un intérêt particulier pour la voie de signalisation impliquée dans ces réponses. Tout d'abord, nous avons caractérisé la carence en soufre en conditions d’hétérotrophie ou de photo-autotrophie. En faible lumière ou à l’obscurité, l'inactivation photosynthétique est obtenue grâce à la dégradation spécifique de la Rubisco et du cytochrome b6f et ne se produit qu'en présence de carbone réduit dans le milieu. Nous avons également montré une forte production de NO après le début de la carence, avec des sondes fluorescentes sensibles au NO visualisées par microscopie confocale. Nous fournissons des preuves pharmacologiques que la production de NO intracellulaire régit cette voie de dégradation. En outre, ici, nous fournissons des preuves claires de l’existence d’un circuit régulateur qui contrôle la traduction cytosolique du LHCII en réponse à des changements de quantité de lumière. Ce circuit nécessite la protéine de liaison à l'ARN cytosolique NAB1 pour réprimer la traduction de certains ARNm de LHCII. La nitrosylation spécifique de la Cys-226 diminue l'activité de NAB1 et a été démontrée in vitro et in vivo. La forme moins active et nitrosylée de NAB1 se trouve dans les cellules acclimatées à un apport de lumière limité, ce qui permet l'accumulation de protéines des antennes et la capture efficace de la lumière. En revanche, une intensité lumineuse plus élevée provoque la dénitrosylation de NAB1, activant ainsi la répression de la synthèse des protéines LHCII et diminuant ainsi la pression de la lumière au niveau du PSII. La dénitrosylation de NAB1 est efficacement réalisée par le système thiorédoxine cytosolique in vitro. À notre connaissance, NAB1 est le premier exemple de dénitrosylation induite par un stimulus dans le contexte de l'acclimatation photosynthétique. Dans l’ensemble, nos données suggèrent un rôle pivot pour la signalisation NO dans le contrôle des réponses au stress environnemental. / The regulation of photosynthesis is crucial for photoautotrophic organisms and is usually operated by the modulation of light absorption or by redirection of electrons towards alternative sinks, in order to redistribute energy among several metabolic pathways. Between different mechanisms described, the remodeling of the photosynthetic apparatus is crucial under conditions of nutrient starvation or light fluctuations. It is well known that nitric oxide (NO) plays a signaling role in many abiotic stress responses, acting as a second messenger and/or modifying target proteins through redox post translational modifications. Its involvement has been recently described during nitrogen starvation in Chlamydomonas reinhardtii. This work focuses on the remodeling of the photosynthetic apparatus upon sulfur starvation and light fluctuations in Chlamydomonas reinhardtii, with particular interest for the signaling pathway involved in the responses. First we characterized sulfur starvation under heterotrophy and photo-autotrophy. Photosynthetic inactivation under low light and darkness is achieved through specific degradation of Rubisco and cytochrome b₆f and occurs only in the presence of reduced carbon in the medium. We have also shown a strong NO production after the onset of starvation, with NO-sensitive fluorescence probes visualized by confocal microscopy. We provide pharmacological evidence that intracellular NO production governs this degradation pathway using NO scavengers, NO synthesis inhibitors and NO donors. Furthermore, here, we provide clear evidence for a regulatory circuit that controls cytosolic LHCII translation in response to light quantity changes. This circuit requires the cytosolic RNA-binding protein NAB1 to repress translation of certain LHCII mRNAs. Specific nitrosylation of Cys-226 decreases NAB1 activity and could be demonstrated in vitro and in vivo. The less active, nitrosylated form of NAB1 is found in cells acclimated to limiting light supply, which permits accumulation of light harvesting proteins and efficient light capture. In contrast, elevated light supply causes NAB1 denitrosylation, thereby activating the repression of light-harvesting protein synthesis and decreasing the light pressure at the level of PSII. Denitrosylation of NAB1 is efficiently performed by the cytosolic thioredoxin system in vitro. To our knowledge, NAB1 is the first example of stimulus-induced denitrosylation in the context of photosynthetic acclimation. Taken together, our data suggest a pivotal role for NO-signaling in the control of environmental stress responses.

L'imagerie de photoluminescence synchrotron apparaît comme uneméthode particulièrement prometteuse pour l’étude de matériaux hétérogènesmêlant composés minéraux et organiques, comme ceux des sciences des matériaux anciens.Au cours de ce travail de thèse, nous avons développé le dispositif de microscopie de photoluminescence existant de la ligne DISCO du synchrotron SOLEIL afin d’identifier de nouveaux marqueurs de photoluminescence permettant de caractériser des processus physico-chimiques intervenant pendant la fabrication ou l’altération des matériaux anciens. Ces travaux ont conduit au développement d'un système de microscopie multi-spectrale optimisé. Le développement optique d'une illumination homogène, l’optimisation de la détection et la calibration radiométrique du dispositif ont mené à l’obtention d’images de photoluminescence quantitatives.Ce dispositif a été optimisé pour répondre au mieux à des problématiques archéologiques et patrimoniales avec une analyse topologique, chimique et des structures électronique et cristalline. Ces nouveaux développements ont été testés dans le cadre de systèmes d’étude réels composés de semi-conducteurs à grand gap. En étudiant des pigments d’artiste historiques composés d’oxyde de zinc (ZnO), nous montrons que les propriétés de photoluminescence du ZnO permettent de discriminer des pigments homogènes à macro-échelle, par l’hétérogénéité de photoluminescence à micro-échelle. Deux artefacts archéologiques en alliage de cuivre et un résidu en bronze ont été étudiés. L’étude en particulier du Cu2O en microscopie de photoluminescence multi-spectrale a mis en évidence l’apport de l’analyse par photoluminescence pour reconstruire la chaîne opératoire de métallurgie et apporter de nouvelles informations dans la compréhension des processus d’altération.Ces travaux ont démontré le potentiel de cette nouvelle méthodologie etl’intérêt de développer une telle approche au champ d’application desmatériaux anciens, matériaux présentant une forte hétérogénéité sur plusieurséchelles successives. / Synchrotron photoluminescence imaging has emerged as a promisingmethod to study heterogeneous materials,composed of inorganic and organic compounds as those in ancient materials sciences.During this Ph.D., we have further developed the existing photoluminescencemicroscopy set-up of the DISCO beamline at the SOLEIL synchrotron, to identify new photoluminescence markers that allow characterizing physico-chemical processes taking place during the manufacturing or alteration processes of ancient materials. This work led to the development of an optimized multi-spectral microscopy set-up. The optical development of an homogeneous illumination, the optimisation of detection and the radiometric calibration of the set-up led to quantitative photoluminescence images. This set-up has been optimized to respond at best to archaeological and cultural heritage questions with a topological, chemical, electronic and crystalline analysis. Those new instrumental developments were tested on real systems made of wide-bandgap semiconductors. By studying historical artists' pigments composed of zinc oxide (ZnO), we have shown that the photoluminescence properties allow discriminating homogeneous pigments at macro-scale from the heterogeneity oh the photoluminescence response at the grain scale. Two copperbasedarchaeological artefacts and a bronze slag were studied. Particularly, the study of cuprous oxide (Cu2O) pointed out the considerable interest of multi-spectral photoluminescence analysis to retrieve the operational sequence of metallurgy and to provide new information for a better understanding of alteration processes.This work demonstrated the potential of this new methodology and the interest to develop such a method for ancient materials, that are characterized by a strong heterogeneity at successive scales.

Le butadiène est une molécule d’intérêt industriel qui peut être produite par le procédé dit Ostromislensky, avec l’éthanol en tant que matière première. Cette étude a pour objectif de développer un modèle cinétique pour expliquer la transformation d’un mélange éthanol/acétaldéhyde en butadiène, dans le cadre de la seconde étape de ce procédé. Le modèle cinétique est basé sur un schéma réactionnel et un modèle de réacteur. Le schéma proposé comprend la voie de Gorin Jones, communément acceptée dans la littérature, et une toute nouvelle voie impliquant un intermédiaire buténone. Les étapes clés ont été étudiées spécifiquement via des tests dédiés. Le schéma décrit aussi les étapes amenant aux principaux produits secondaires. Il a été validé à partir d’une base de données expérimentale, générée en amont de l’étude sur une unité de type gaz/solide, lit fixe, isobare (3 bara) et isotherme, avec un catalyseur Ta2O5 SiO2. L’influence des conditions opératoires sur l’effluent a été observée pour trois ratios éthanol/acétaldéhyde et sur des gammes de PPH (1,1 à 8,1 g·gcata 1·h-1) et de températures (320 à 370 °C). Le réacteur (piston dispersif sans limitations diffusionnelles) intégrant des lois cinétiques d’ordre, a été modélisé à l’état permanent via un solveur LSODE. Les paramètres cinétiques ont été estimés via un optimiseur Levenberg Marquardt à partir de la base de données expérimentale. Le modèle cinétique obtenu, basé sur un schéma réactionnel inédit, est en capacité de représenter et de prédire les débits des composés principaux et les tendances et ordre de grandeurs des débits des composés minoritaires selon les effets de PPH, de charge et de température, excepté dans certaines conditions opératoires limites isolées / Butadiene is a molecule of industrial interest that can be produced by the so-called Ostromislensky process, with ethanol as raw material. This study aims to develop a kinetic model to explain the transformation of an ethanol/acetaldehyde mixture into butadiene, as part of the second step of this process. The kinetic model is based on a reaction scheme and a reactor model. The proposed scheme includes the commonly accepted Gorin Jones pathway and a new pathway involving a butenone intermediate. The key steps were specifically studied via dedicated experiments. The scheme describes also steps leading to by products. It was validated from an experimental database, generated upstream of the study on a gas / solid type unit, fixed bed, isobaric (3 bara) and isothermal, with a Ta2O5 SiO2 catalyst. The influence of the operating conditions on the effluent was observed for three ethanol/acetaldehyde ratios and over ranges of PPH (1.1 to 8.1 g·gcata 1·h-1) and temperatures (320 to 370 °C). The reactor (plug flow without diffusional limitations) integrating kinetic laws of order, was modeled in the permanent state via a solver LSODE. Kinetic parameters were estimated via a Levenberg Marquardt optimizer from the experimental database. The kinetic model obtained, based on a brand new reaction scheme, is able to represent and predict the flow rates of the main compounds and the trends and orders of magnitude of the flow rates of the minority compounds according to the effects of PPH, charge and temperature, except under certain isolated operating conditions

Les travaux présentés dans ce manuscrit abordent l’étude de deux familles distinctes de molécules photoactivables induisant des processus biologiques différents sous excitation 2-photon : les triphénylamines (TPAs) et les Nanotriggers de deuxième génération (NTs). Les TPAs présentent un grand intérêt pour la thérapie photodynamique (PDT) 2-photon, grâce à leur section efficace d’absorption 2-photon élevées (325-764 GM) et leur capacité à induire la mort cellulaire, médiée par la production d’espèces réactives de l’oxygène (ROS) sous excitation 1- ou 2-photon. De plus, leur forte fluorescence permet d’imager la mort cellulaire grâce à un comportement singulier dans les cellules : les TPAs sont initialement localisés dans le cytoplasme des cellules vivantes, principalement au niveau mitochondrial, mais se re-localisent dans le noyau des cellules en apoptose. Les NTs de deuxième génération ont été conçus suivant le modèle de NT1, le premier Nanotrigger synthétisé. Leur structure générale a été conceptualisée pour se fixer à la protéine NO synthase (NOS) et générer un potentiel redox élevé uniquement sous excitation lumineuse, initiant ainsi un transfert d’électron à travers la NOS aboutissant à une production de NO. Les structures chimiques des sept molécules nouvellement synthétisées diffèrent à plusieurs niveaux. Cette étude a permis d’identifier, parmi les sept NT de deuxième génération, deux molécules ayant la capacité de pénétrer dans les cellules endothéliales, de cibler la eNOS et d’initier le transfert d’électron à travers la eNOS sous excitation 1- ou 2-photon. Les expériences réalisées au cours de cette thèse sur les deux familles de composés, ont également permis de mettre en évidence les relations entre la structure des molécules et les différents mécanismes induits par leur photo-activation. / The presented works in this manuscript approach the study of two distinct families of photoactivatable molecules that induce different biological processes under 2-photon excitation : triphenylamines (TPAs) and second generation Nanotriggers (NTs). TPAs present a great interest for 2-photon photodynamic therapy (PDT), thanks to their high 2-photon absorption cross-sections (325-764 GM) and their ability to induce cell death mediated by reactive oxygen species (ROS) production under 1- or 2-photon excitation. Moreover, their high fluorescence allows the imaging of cell death due to their particular behaviour in cells: TPAs initially localize in the cytoplasm of living cells, but translocate to the nucleus of apoptotic cells. Second generation NTs were designed based on the model of NT1, the first synthesized Nanotrigger. Their general structure has been designed to bind to the NO Synthase protein (NOS) and generate a high redox potential under excitation only, leading to the initiation of the electron flow through the protein and resulting in NO production. The chemical structures of the seven newly synthesized molecules differ on many levels. This study has identified, among the seven second generation NTs, two molecules which are able to penetrate in endothelial cells, target eNOS and initiate the electron transfer at the eNOS level under 1- or 2-photon excitation. The experiments presented in this thesis allowed to establish structure-activity relationships for each compound family regarding the different mechanisms induced by their photoactivation.

Les terres rares (ETR) sont de plus en plus utilisées dans le développement des technologies de dernière génération. Leur usage est sans cesse croissant dans les pays industrialisés. Le Canada s’est récemment tourné vers l’exploitation du scandium (Sc). Il n’existe pourtant aucune donnée de surveillance biologique de l’exposition à ce contaminant et aucune étude toxicocinétique publiée pour ce métal à ce jour afin d’aider à interpréter les données de surveillance biologique. Dans le but d’explorer la toxicocinétique du Sc, des doses de 0,3 ou 1 mg /kg p.c. d’oxyde de scandium (Sc203) ont été administrées par voie intraveineuse (IV), dans la veine jugulaire, à des rats mâles Sprague-Dawley. La voie intraveineuse a été utilisée comme voie de référence et les rats mâles Sprague-Dawley ont été sélectionnés sur la base d’études toxicocinétiques antérieures. Des prélèvements séquentiels de sang sur 14 jours et des excrétas sur 21 jours ont été effectués, et les organes (foie, rate, reins, poumons, cerveau) ont été recueillis après le sacrifice des rats au jour 21. La spectrométrie de masse à plasma à couplage inductif (ICP-MS) a permis la quantification du Sc dans les différents organes et tissus. Les résultats obtenus montrent des différences dans la cinétique en fonction de la dose administrée. Dans le sang, les niveaux maximums ont été observés au premier temps de prélèvement, soit à 5 minutes post-exposition et représentent en moyenne (± écart-type) 1,1 ± 0,96 % de la dose administrée de 0,3 mg/kg p.c. et 0,31 ± 0,14 % de dose de 1 mg/kg p.c., suivie d’une élimination sanguine biphasique. À partir des profils temporels dans le sang, un temps de résidence moyen (MRTIV) du Sc dans l’organisme de 19,7 ± 5,9 et 43,4 ± 24,6 h a été calculé pour les doses de 0,3 et 1 mg/kg p.c. respectivement. Indépendamment de la dose, une rétention tissulaire a été observée en particulier dans le foie (8,9 ± 6,4% pour la dose faible et 4,6 ± 1,1% pour la dose élevée) et les poumons (10,6 ± 6,2% et 3,4 ± 2,3% respectivement) et l’excrétion n’était pas complète à 21 jours. Bien qu’une faible fraction de la dose ait été retrouvée dans l’urine (0,06 ± 0,02% et 0,02 ± 0,005% d’excrétion cumulative sur 21 jours respectivement pour la faible dose et la dose élevée), la voie fécale s’est avérée la principale voie l’élimination du Sc de l’organisme chez les rats, avec une excrétion cumulative sur 21 jours respective de 76,8 ± 5,6% et 23,8 ± 2,3% aux doses de 0,3 et 1 mg/kg p.c.. Ces résultats mettent en exergue l’importance du poumon et du foie comme sites de rétention majeure et questionnent sur le risque toxicologique chez les travailleurs exposés par inhalation. De plus, considérant la faible fraction excrétée dans l’urine, ils remettent en question l’usage de l’urine comme matrice fiable pour le suivi biologique de l’exposition aux ETR. / Rare earth elements (REEs) are increasingly used in the development of emerging technologies. Their use is constantly increasing in industrialized countries. Canada has recently turned to the exploitation of scandium (Sc). However, there are no biological monitoring data on exposure to this emerging contaminant and no published toxicokinetic studies for this metal to date to help interpret biological monitoring data. To investigate the toxicokinetics of Sc, doses of 0.3 or 1 mg/kg bw of scandium oxide (Sc2O3) were injected intravenously (IV), via the jugular vein, into male Sprague-Dawley rats. The IV route was used as the reference route and male Sprague-Dawley rats were selected based on previous toxicokinetic studies. Sequential 14-day blood and 21-day excreta samples were collected, and major organs (liver, spleen, kidney, lung, brain) were collected after sacrifice of the rats on day 21. Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was used to analyze Sc levels. The results obtained showed differences in the kinetics of Sc at the different doses explored. In blood, the maximum levels were observed at the first sampling time, i.e. at 5 minutes post-exposure, and represented on average (± standard deviation) 1.1 ± 0.96% of the 0.3 mg/kg bw dose and 0.31 ± 0.14 % of the 1 mg/kg bw dose, followed by a biphasic blood elimination. From the blood concentration-time profiles, a mean residence time (MRTIV) of Sc in the body of 19.7 ± 5.9 and 43.4 ± 24.6 h was calculated for the 0.3 and 1 mg/kg bw doses, respectively. Regardless of dose, tissue retention was observed particularly in the liver (8.9 ± 6.4% for the low dose and 4.6 ± 1.1% for the high dose) and lungs (10.6 ± 6.2% and 3.4 ± 2.3%, respectively) and excretion was not complete by 21 days. Although a small fraction of the dose was detected in the urine (0.06 ± 0.02% and 0.02 ± 0.005 % cumulative 21-day excretion for the low and high dose, respectively), the fecal route was the main route of elimination of Sc from the body in rats with a cumulative 21-day excretion of 76.8 ± 5.6% and 23.8 ± 2.3% at the 0.3 and 1 mg/kg bw doses, respectively. These results show the importance of the lung and liver as the main retention sites and raise questions about the toxicological risk in workers exposed by inhalation. Moreover, the low fraction of Sc excreted in urine questions its use as a reliable matrix for the biological monitoring of REE exposure.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdorales, 2014-2015 / Au cours des dernières décennies, la photocatalyse par les semiconducteurs a été intensivement étudiée pour une grande variété d'applications, y compris la production d'hydrogène à partir de la dissociation de l'eau et la décomposition des polluants dans l'air et l'eau. Actuellement, TiO2 est le matériau photocatalytique le plus largement étudié en raison de son faible coût et ses propriétés physiques et chimiques exceptionnelles. Cependant, la rapide recombinaison électron-trou et son absorption dans la région de l’ultra-violet le rendent inefficace sous la lumière du soleil. Cette thèse vise à développer des photocatalyseurs efficaces à base de TiO2 en appliquant différentes stratégies telles que le contrôle de la morphologie des nanoparticules de TiO2, le couplage du TiO2 avec des métaux et d’autres semi-conducteurs, et l'optimisation de la porosité des photocatalyseurs. Nous avons mis au point une méthode de synthèse solvo-thermique pour produire des nanocristaux de TiO2 hautement cristallins de différentes formes, tel que rhombique, sphérique, et sous forme de tige. Les nanocristaux TiO2 obtenus ont ensuite été décorés par des clusters d'Ag de taille contrôlée pour former des hybrides Ag-TiO2 ayant une performance photocatalytique supérieure à celle du photocatalyseur conventionnel Ag-TiO2-P25. Nous avons également développé une technique non-hydrolytique pour la synthèse de nanodisques uniformes de TiO2 de diamètre contrôlé entre de 12 nm et 35 nm. Ces nanodisques ont ensuite été utilisés comme blocs de construction pour la synthèse des photocatalyseurs multi-composants solubles dans l'eau à base de CdS-Titanate-Ni; ces derniers sont très actifs pour la production d'hydrogène grâce à leur absorption efficace de lumière visible et leur séparation efficace d’électrons et trous. Finalement, nous avons construit un assemblage tridimensionnel ordonné de nanosphères creuses de coquille mince de Au/TiO2, en utilisant les blocs de construction de nanodiques de titanate. Ces photocatalyseurs présentent non seulement une surface spécifique très élevée, mais aussi un comportement photonique et une diffusion multiple de la lumière, ce qui améliore significativement l'absorption de la lumière visible. Ces nanosphères creuses de structure ordonnée tridimensionnelle présentent une activité photocatalytique induite par la lumière visible, étant plusieurs fois plus élevée que celle des nanopoudres conventionnelles d’Au/TiO2. / Semiconductor photocatalysis has been intensively studied over the past decades for a wide variety of applications including hydrogen production from water splitting and decomposition of pollutants in air and water. Currently, TiO2 is the most widely investigated photocatalytic material because of its low cost and outstanding physical and chemical properties. However, its fast electron-hole recombination and light absorption only in ultra-violet region make it inefficient working under sunlight. The goal of the research presented in this thesis is to design efficient TiO2 based photocatalysts by applying various strategies encompassing controlling the morphology of TiO2 particles, coupling TiO2 with metals, and other semiconductors and optimizing porosity of the photocatalysts. We have developed a solvothermal synthetic method for producing highly crystalline TiO2 nanocrystals with various shapes, such as rhombic, spherical, and bar. The obtained TiO2 nanocrystals were then decorated with size-controlled Ag clusters to form Ag-TiO2 hybrids which exhibit superior photocatalytic performance in comparison to conventional Ag-TiO2-P25 photocatalyst. We have also developed a nonhydrolytic technique for the synthesis of uniform titanate nanodisks with controlled diameter in the range of 12 nm to 35 nm. These nanodisks were then used as building blocks for the design of water-soluble CdS–Titanate–Ni multicomponent photocatalysts which are highly active for hydrogen generation due to their effective visible light absorption and efficient charge separation. Finally, we have constructed a three-dimensional ordered assembly of thin-shell Au/TiO2 hollow nanospheres from titanate nanodisk building blocks. The designed photocatalysts exhibit not only a very high specific surface area but also photonic behavior and multiple light scattering, which significantly enhances visible light absorption. As a result, Au/TiO2 hollow nanospheres with three-dimensional ordered structure exhibit a visible-light-driven photocatalytic activity that is several times higher than conventional Au/TiO2 nanopowders.

Des couches minces amorphes dérivées d'oxydes de cobalt (LiCoO2) et de nickel (LiNiO2) ont été préparées par pulvérisation cathodique radiofréquence. La caractérisation de ces matériaux par analyses nucléaires (RBS et PIGE) a permis la détermination de leurs compositions. Les propriétés structurales et texturales ont été étudiées respectivement par diffraction des rayons X et par microscopie électronique a transmission (MET). Les nombres d'oxydation des atomes de cobalt et d'oxygene ont été déterminés par XPS dans les couches minces LixCoO2+y ainsi que lors de l'intercalation et la désintercalation des atomes de lithium dans ces dernières. Par ailleurs, les études par spectroscopie IR et XPS ont permis de préciser l'environnement des atomes de lithium et des atomes de cobalt dans ces matériaux. Les différentes couches minces ont été testées en tant qu'électrode positive dans des microgénerateurs électrochimiques au lithium.

De nouveaux verres, conducteurs ioniques de l' ion Ag+, ont été mis en évidence dans les systèmes TeO2-Ag2O-AgI et TeO2-Tl2O-AgI. Les caractérisations structurales (IR, Raman et RMN 109Ag) ont révèle l'existence de deux sous-réseaux, l'un iode, l'autre oxygène. L'étude des propriétés électriques en fonction de la composition montre que la conduction ionique est principalement liée a la mobilité des ions Ag+ situes dans un environnement iode. La substitution de AgI par la composition eutectique (AgI0,75TlI0,25) permet d'élargir le domaine vitreux et d'obtenir des verres présentant de très bonnes performances électriques. La présence de TlI semble induire l' existence de chemins de conduction plus ouverts facilitant ainsi un meilleur déplacement des ions Ag+.

L' acces aux proprietes optiques non lineaires de materiaux tels que les verres mineraux ouvre de nouvelles perspectives dans le domaine du transport de l' information par fibre optique, voire dans celui de la commutation optique fonctionnant avec des temps de reponse tres brefs (domaine de la subpicoseconde). Concretement, leur potentialite peut etre estimee par une figure de merite F, expression d' un compromis qui doit etre trouve entre la necessite d' accroitre la vitesse et l' amplitude de changement d' indice de refraction et l' obligation d' attenuer la variation thermique de l' indice due a l' echauffement du materiau que provoque l' intensite du faisceau lumineux. Une analyse des criteres de choix des materiaux nous a conduit a centrer cette premiere etude sur des verres du systeme Na2O-TiO2-P2O5. Les resultats peuvent s' analyser en terme de reconnaissance des entites structurales se formant dans les verres et de performances obtenues sur le plan des non linearites optiques: l' analyse structurale des verres effectuee essentiellement par spectroscopie d' absorption des rayons X a conduit a l' identification des entites hyperpolarisables a l' origine des proprietes non lineaires, a savoir les groupements TiO5; les valeurs des indices non lineaires se situent un peu au-dessous de celles des verres contenant des ions lourds. En revanche, l' absence de tels constituants a permis d' accroitre considerablement les facteurs de merite. De ce point de vue, ces phosphates se placent sans doute en tete par rapport a tous les resultats publies a ce jour. Enfin, la pertinence des valeurs experimentales des indices lineaires et non lineaires a pu etre mise en evidence par une tentative de modelisation. Cette approche repose sur le modele de M. E. Lines qui a decrit la reponse electronique d' un cristal sous l' effet d' une perturbation electromagnetique en terme de processus interionique par une analyse de la liaison anion-cation.