Les pigments au plomb (minium, céruse), couramment employés en peinture depuis l'Antiquité, sont connus pour subir des transformations entraînant des décolorations de la couche picturale (noircissement, blanchissement, verdissement). Les conditions de stabilité des pigments sont étudiées par des essais de vieillissement artificiels de pigments bruts et d'éprouvettes peintes. Ceux-ci montrent la décomposition de l'hydrocérusite en présence de chaux ainsi que la transformation de Pb3O4 en plattnérite (b-PbO2) en milieu acide dilué. La caractérisation d'échantillons de minium prélevés sur un peinture murale expérimentale après 25 ans de vieillissement naturel révèle que le noircissement du minium est lié à la formation de plattnérite par un mécanisme possible de disproportionnation de Pb3O4 en milieu acide. Le<br />blanchissement est dû à la recristallisation du plomb divalent sous forme de cérusite (PbCO3) et d'anglésite (PbSO4), causée par l'absorption de polluants gazeux (CO2, SO2).

Les composés appartenant à la famille Pb5Al3F19 (M = Ti, V, Cr, Fe, Ga) présentent une transitions de phases ferroélectrique-paraélectrique. L'association du doublet 6(sp)2 de l'ion Pb2+ et de l'ion Al3+ de petite taille donne naissance à des distorsions cristallographiques diverses conduisant ici pour Pb5Al3F19 à la séquence de transitions suivante : ferroelectrique -> antiferroélectrique -> ferroélastique -> paraélastique. Des déterminations structurales réalisées à différentes températures ont permis de déterminer l'origine des propriétés.

La connaissance des vitesses de diffusion du plomb dans la monazite est indispensable pour comprendre les anomalies des âges U-Th-Pb de ce minéral, qui est un des plus utilisés en géochronologie après le zircon. <br />Des expériences de diffusion ont été faites dans des monocristaux de NdPO4 et des polycristaux de Nd0.66Ca0.17Th0.17PO4 à partir de couches minces de Nd0.66Pb0.17Th0.17PO4, pour étudier les échanges Pb2+ + Th4+ 2 Nd3+ et Pb2+ Ca2+. Les recuits de diffusion ont été effectués entre 1200 et 1500°C, à pression ambiante, pour des durées comprises entre une heure et un mois. Les profils de diffusion ont été analysés en MET et en RBS. <br />Les diffusivités extraites pour l'échange Pb2+ + Th4+ 2 Nd3+ suivent une loi d'Arrhenius de paramètres E = 509 ± 24 kJ mol-1 et log D0 (m2 s-1) = -3.41 ± 0.77. Les données préliminaires pour l'échange Pb2+ Ca2+ concordent avec ce résultat. <br />L'extrapolation de nos données aux températures crustales donne de très faibles diffusivités. Par exemple, le temps nécessaire pour qu'un grain de monazite de 50 µm perde tout son plomb à 800°C est supérieur à l'âge de la Terre. <br />De ces résultats et d'autres évidences de la littérature, nous concluons que la plupart des perturbations des âges U-Th-Pb des monazites ne peut pas être attribuée à la diffusion du plomb à l'état solide, mais plus vraisemblablement à des interactions avec des fluides

Ce travail de thèse s'inscrit dans le cas d'un projet européen nommé " microfluiD ". Ce projet vise principalement la détection des polluants organiques par voie microfluidique (les micotoxines dans les aliments de bétail, les bactéries et les métaux lourds). Devant les dangers écologiques des ions Pb2+, Hg2+ et Cd2+ dans l'environnement, il est important de multiplier le nombre d'analyses dans les eaux du robinet. L'utilisation de la fluorescence et des microlasers organiques présente de nombreux avantages. Outre leur faible coût, leur sensibilité ainsi que leur sélectivité, il est possible de concevoir à partir de ces techniques des dispositifs transportables sur le terrain. Deux approches sont principalement développées : Une première est basée sur la fluorescence - elle a consisté à synthétiser des ligands fluorescents de type DPPS-PEG et CalixDANS-3-OH pour la détection du mercure et du plomb. Les études de la complexation des ions Hg2+, Pb2+ ont d'abord été effectuées en solution. La complexation de Cd2+ en circuit microfluidique à partir du composé commercial Rhod-5N a aussi été étudiée. Des résultats très prometteurs ont été obtenus pour la détection de Hg2+ par DPPS-PEG. Nous avons aussi étudié la possibilité de détecter Pb2+ à partir du CalixDANS-3-OH greffé sur les parois du circuit microfluidique. Malgré une dégradation de la sonde, nous avons réussi à détecter une faible concentration de plomb. Une très bonne sélectivité vis-à-vis des cations interférents testés a été obtenue. La seconde approche est basée sur la détection par microlasers. Nous avons synthétisé deux copolymères blocs pour la détection du plomb et du mercure. Des problèmes de solubilité nous empêchant de fabriquer des microcavités organiques à partir de ces polymères, une deuxième stratégie consistant à greffer les ligands spécifiques de Pb2+ et de Hg2+ sur les microcavités laser PMMA a été développée. Cette dernière nous a permis d'apporter une preuve de principe pour de la détection du mercure en fonctionnalisant le mercaptopropyltriéthoxysilane à la surface du PMMA. Ce travail nous a aussi amené à synthétiser des colorants laser à base de Bodipy pour la fabrication des microcavités lasers par polymérisation à deux photons (2PP).

Les batteries redox à circulation d'électrolyte constituent une solution prometteuse pour le stockage de masse de l'électricité. Parmi elles, la technologie au plomb soluble dans l'acide méthanesulfonique est intéressante pour son architecture de cellule simplifiée et son faible coût potentiel. Ses performances sont toutefois limitées par l'électrode positive de PbO2 qui implique un faible rendement énergétique et une courte durée de vie des cellules. Le premier objectif de cette thèse est de mieux comprendre les mécanismes électrochimiques en jeu à l'électrode positive. La cinétique de la réaction parasite de production d'oxygène est étudiée. Des mécanismes de dissolution du PbO2 sont proposés et des additifs sont testés pour améliorer sa cyclabilité. Les réponses complexes du potentiel de l'électrode en cyclage galvanostatique sont également interprétées. Le second objectif est de proposer un réacteur innovant comprenant une électrode positive de grande surface spécifique. La structure " nid d'abeilles " est en particulier étudiée. Un réacteur utilisant cette structure est proposé, ses caractéristiques principales sont simulées avec un modèle électrochimique ad hoc, et des prototypes sont fabriquées et testés en cyclage.

La gesse commune (Lathyrus sativus L.) est une légumineuse cultivée principalement en Inde, au Bangladesh et en Ethiopie qui présente des niveaux de résistance élevés pour de nombreuses contraintes abiotiques, telles que la sécheresse et l'inondation. Dans ce travail, les capacités de tolérance du Lathyrus (lignées locales " Raipur " et " Bangladesh ") à une autre contrainte abiotique, la présence de plomb, ont été déterminées des points de vue physiologique et moléculaire. Un système expérimental de culture hydroponique a été mis au point pour ces plantes. Le plomb y est introduit sous forme de nitrate de plomb (Pb(NO3)2). Les teneurs en plomb des différents organes des plantes (racines, tiges, feuilles) ont été déterminées par ICP-OES. Les réponses cellulaires dans ces organes ont été étudiées par RTPCR quantitative (PCR en temps réel). Des amorces spécifiques du Lathyrus ont été dessinées à partir des 11 séquences d'ADN complémentaires (ADNc) isolées pour la première fois et séquencées. L'un des ADNc isolé est complet et code une cystéine protéase (LsCP, 427 aa). Les autres sont des ADNc partiels et correspondent à une aspartique protéase (LsAP, 270 aa), deux ascorbate peroxidases cytosolique (LsAPXc, 195 aa) et peroxisomale (LsAPXp, 226 aa), une protéine de choc thermique (" Heat Shock Protein 70 " ; LsHSP70, 287), une homoglutathion synthétase (LshGSHS, 329 aa), une glutathion S-transférase (LsGST, 66 aa), une glutathion réductase (LsGR, 336 aa), une phytochélatine synthétase (LsPCS, 64 aa), une phospholipase D a (LsPLDa, 288 aa), un transporteur membranaire spécifique du Pb (LsCNGC, 136) et une protéine soluble (LsABCt, 331 aa). Les plantes exposées au nitrate de plomb accumulent de grandes quantités de métal dans leurs racines sous forme de plomb fortement lié aux tissus. L'accumulation d'ARN messagers de la LsPLDa suggère que les racines subissent une contrainte cellulaire et s'y adaptent. La stimulation de l'expression des gènes LsGST, LsGR et LsAPX correspondrait à la formation de complexes Pb-glutathion et à une activation du cycle ascorbate-glutathion pour la neutralisation des espèces activées de l'oxygène (ROS) délétères. Dans les feuilles exemptes de plomb, l'augmentation de l'expression des gènes LsCP, LsAP, LsAPXc, LsAPXp, LsHSP70, LsGR et LsPCS semble indiquer l'émission d'un signal racinaire transmis de manière systémique vers le reste de la plante où il déclenche la sur-expression de ces gènes. Ceci pourrait permettre aux tissus épargnés par le polluant de se préparer à son éventuelle arrivée. La chélation du Pb avec de l'EDTA dans le milieu de culture conduit à son transport vers les parties aériennes et à son accumulation dans les feuilles. L'expression du gène LsCNGC chez ces plantes est activée dans les feuilles, suggérant une participation de ce transporteur à l'entrée des complexes Pb-EDTA dans le symplasme. Comme observé chez d'autres espèces végétales, le plomb affecte le métabolisme du glutathion chez la gesse commune. Cependant, la mise en évidence d'une réaction systémique en réponse au plomb à partir des racines ainsi que la surexpression de gènes d'autolyse sont réalisées pour la première fois et pourraient être des éléments contribuant fortement à la tolérance au plomb chez cette espèce végétale sous-utilisée.

Depuis la seconde moitié du XXème siècle, l'industrialisation, l'urbanisation croissante, les transports et les pratiques agricoles ont entraîné une contamination généralisée des écosystèmes et des modifications profondes dans la composition et la structure des paysages. Ces changements majeurs induisent des perturbations physiologiques et comportementales des organismes et ont des effets négatifs sur la biodiversité. L'Abeille mellifère (Apis mellifera) est au coeur de cette problématique : 1/ les colonies d'abeilles déclinent dramatiquement depuis quelques années en Europe et aux Etats-Unis, et 2/ les abeilles sont reconnues comme d'excellentes sentinelles pour évaluer la contamination environnementale grâce à leurs caractéristiques physiologiques et biologiques. C'est dans ce contexte, que des abeilles, du miel et du pollen récoltés dans l'Ouest de la France ont été analysés pour évaluer leurs contaminations et la présence dans l'environnement d'hydrocarbures aromatiques polycycliques, de plomb, de pesticides et de médicaments vétérinaires. Les échantillons ont été prélevés dans 18 ruchers de contextes paysagers différents (ville, bocage, culture et insulaire) sur 4 périodes (printemps, début d'été, milieu d'été et début d'automne) en 2008 et en 2009. Les résultats d'analyses toxicologiques mettent en évidence des sensibilités différentes en fonction du polluant environnemental, de la matrice étudiée, de la période de prélèvements et du contexte paysager. En dépit de ces différences, le plus souvent propres à chaque rucher, notre étude montre une contamination généralisée des matrices apicoles quels que soient le paysage et la période considérés. Même si les concentrations mesurées sont généralement faibles, cette pression par les xénobiotiques s'ajoute à, voire amplifie l'action des nombreux autres stresseurs environnementaux qui menacent la survie des abeilles en général.

Intérêt industriel, pression politique : deux raisons majeures pour lesquelles la synthèse de couches minces piézoélectriques sans Plomb performantes est devenue un sujet de recherche important. L'objectif de ces travaux est la synthèse et la caractérisation d'un matériau prometteur : le BNT. L'élaboration de couches minces de BNT par pulvérisation cathodique rf-magnetron a été optimisée. L'étude montre qu'un recuit à 675°C sous Oxygène permet la meilleure cristallisation du BNT. Les caractérisations électriques ont mis en évidence de bonnes propriétés diélectrique, ferroélectrique et piézoélectrique. Les valeurs de polarisation et de déplacement obtenus en appliquant un champ électrique sont remarquables. Cependant, les valeurs rémanentes sont peu élevées. L'étude en température a permis de déterminer les transitions de phase et de démontrer le caractère relaxeur du BNT. Le mélange de BT avec le BNT dans une solution solide doit améliorer les performances électriques. Des courants de fuite ont provoqué l'effet inverse c'est-à-dire une dégradation des propriétés de nos couches minces.

Le mercure est un élément reconnu pour sa toxicité pour les êtres humains, pouvant être notamment la cause de maladies neurologiques ou rénales une fois absorbé dans l'organisme. Il est rejeté dans l'environnement, et en particulier dans les eaux de surface, par des phénomènes naturels comme le volcanisme, mais également par le biais des activités humaines liées à l'industrie. Une fois rejeté, il est ingéré par la faune et la flore marine et bioaccumule tout le long de la chaîne alimentaire. Il est alors présent dans les espèces marines prédatrices dans des proportions importantes, mettant en danger la santé de ces espèces animales et exposant les êtres humains à des quantités importantes de mercure dans l'alimentation. La législation Européenne est très stricte en ce qui concerne les taux de mercure autorisés dans les eaux et se base sur des valeurs relevant de la trace voir de l'ultra trace. Les techniques actuelles permettant de détecter de si faibles doses sont efficaces mais possèdent de nombreux inconvénients tel que leur coût ou l'impossibilité de faire des mesures in situ. Les capteurs électrochimiques sont actuellement l'une des alternatives les plus prometteuses pour la détection de ce métal lourd en solution. L'objectif de ces travaux a donc été de mettre au point un capteur électrochimique basé sur la fonctionnalisation d'une électrode en carbone vitreux par des couches organiques et des nanoparticules d'or pour la détection du mercure. Deux types de couches organiques ont été utilisées et les interfaces ainsi développées caractérisées par voltammétrie cyclique et Microscopie Électronique à Balayage. Deux protocoles d'activation des nanoparticules ont été testés. Les performances des interfaces ont été évaluées au regard de la détection de traces de mercure, ainsi que leur stabilité au stockage. / Mercury is known for its toxicity on human beings, causing neurological and kidney diseases when absorbed in the body. It is rejected in the environment, and especially in surface waters, through natural processes like volcanism and human industrial activities. When present in water, it is ingested by marine plants and wildlife and bioaccumulates all along the food chain. It is then present in high proportions in marine predators, jeopardizing their health and exposing human beings to important mercury quantities in the food supply. The European legislation is very strict regarding to allowed mercury levels in waters, and is based on very low values, from traces to ultra traces. Current techniques able to detect such small doses are efficient but suffer from numerous drawbacks like their cost or the impossibility to use them for in situ measurements. Electrochemical sensors appear to be one of the most interesting alternatives for detection of this heavy metal in aqueous solution. The aim of this work was then to develop an electrochemical sensor based on the functionalization of a glassy carbon electrode with organic layers and gold nanoparticles for mercury detection. Two types of organic layers were used and the interfaces were characterised by using cyclic voltammetry and Scanning Electron Microscopy. Two different gold nanoparticles activation processes were tested. The interfaces performances were evaluated for detection of traces of mercury, as well as their storage stability.

L’assemblage et le conditionnement en électronique représentent un enjeu de création de nouveaux systèmes électroniques hybrides rassemblant sur un même substrat des éléments électroniques, optiques, mécaniques… La technologie Flip-chip , introduite par IBM et baptisée C4 (Control Collapse Chip Connection), garantit une plus grande densité d’intégration tout en gardant les mêmes dimensions de puce. Au coeur de cette technologie, le « Bumping » est un procédé qui consiste en l’introduction d’une microbille conductrice entre deux plots de connexion des puces afin de réaliser une liaison électrique et mécanique avec le niveau de packaging suivant. La technique de dépôt par sérigraphie de pâte à braser est récemment devenue pratique en raison de son adaptation aux alliages sans plomb. Cette méthode présente l'avantage d'un faible coût et d'une possible production à grande échelle. Nous avons donc choisi de développer cette technique afin d’obtenir des matrices de connexions électriques de dimensions comprises entre 50 μm et 100 μm, pour une pâte à braser de type Sn3.0Ag0.5Cu. Nous avons déterminé les paramètres de sérigraphie afin d’obtenir un minimum d’étalement de pâte pour un remplissage maximum des ouvertures du masque choisi en Ni-électroformé d’épaisseur 50μm : une vitesse de racle de 20mm/s et une vitesse de démoulage de 4mm/s sont par exemple à retenir pour une pâte de type 5. L’étude du masque de sérigraphie a conduit au choix d’ouvertures circulaires. Des formes de billes circulaires ont été obtenues pour des UBM (Under Bump Metallurgy) également circulaires, de diamètre ¼ et ½ le diamètre de l’ouverture du masque. L’optimisation du profil de refusion a permis de déterminer qu’un palier à 180°C, un TAL de 90s ou plus et une température maximale à 250°C favorisaient l’obtention de billes circulaires avec absence de vides. Pour une pâte de type 6, des billes de 60à 70μm de diamètre ont été obtenues pour des ouvertures de masque de 100μm. Une étude de fiabilité de ces billes à partir de tests de cisaillement et de l’analyse des IMC (composés intermétalliques) formés après refusion a permis de montrer que des UBM en Cr-Cu-Au, de diamètre égal à la moitié de l’ouverture du masque, permettaient d’assurer un meilleur maintien mécanique des billes / The semiconductor industry has continuously improved its products by increasing the density of integration resulting in an increasing of the I/Os, always with a low cost requirement. To obtain high-density and high-speed packaging, the Flip-Chip interconnection technology was introduced by IBM also called C4 (Control Collapse Chip Connection). Solder bumps have been widely used in electronic industry and were generally based on the Sn-Pb alloy, for its low melting point and good wetting property. Containing highly toxic element (Pb), Pb-Sn solder alloy has been banned. The ternary alloy Sn-Ag-Cu seems to be the best compromise, in fact it as physical and chemical characteristics equivalent to that of Sn-Pb.In this study we are interested to optimize stencil printing process and adjust it with the flip-chip technology, in order to obtain solder bumps which height is between 50µm and 100µm associated to pitches less than or equal to 200µm, using Sn-3.0Ag-0.5Cu solder paste. We have optimized the stencil printing parameters machine, the stencil apertures shape and size (circular shape and 50µm height, for a Ni-electroformed stencil). Spherical solder balls have been achieved with circular UBM (Under Bump Metallurgy), which diameter is ¼ and ½ the diameter of the stencil aperture. The reflow thermal profile is the key to the formation of a reliable solder bump. It must allow a homogeneous reflow for all particles of the metallic solder paste. We define a thermal profile with a Time above liquidus (TAL) of 90s, a temperature in soaking zone (Ts) of 180°C and a maximum temperature (Tmax) of 250°C. For type 6 solder pastes, balls of 60-70µm diameter have been obtained for 100µm stencil apertures.The quality of a solder joint is directly related to the adhesion of the solder ball to the substrate. Among the various methods of mechanical testing, shear testing is the most widely used to assess the strength of the attachment of beads to the substrate and determine the fragility of the ball at the interface caused by the intermetallic layer compounds (IMC) formed after the reflow step. We have shown that Cr-Cu-Au UBM, with a diameter equal to the half of the stencil aperture, ensure the mechanical adhesion of the balls