Le travail s’inscrit dans un cadre interdisciplinaire, à l’interface de la chimie sol-gel, la biologie et la physique des matériaux. Nous nous sommes intéressés en premier lieu à l’étude d’une matrice de silice obtenue par le procédé sol-gel à partir d’un mélange de silice colloïdale et de silicates de sodium. Le but était de comprendre les interactions entre les précurseurs et d’étudier l'effet des différents paramètres de synthèse sur la structure de la matrice afin de trouver les meilleures propriétés optiques et mécaniques. Ces matrices ont été largement caractérisées au moyen de différentes techniques (absorption UV-Visible, infrarouge, ATG, BET, RMN, MET et MEB). Cette étude nous permet pour la première fois de partir des propriétés finales désirées et de préciser la combinaison nécessaire pour les obtenir en termes de concentrations des précurseurs et de pH. Ensuite, nous avons pu étudier l’effet des propriétés de la matrice sur la survie des cellules photosynthétiques encapsulées et on a pu obtenir des matériaux phyco-compatibles avec une large gamme de propriétés optiques et mécaniques. Après avoir fixé les conditions de synthèse convenables pour la survie des micro-organismes, on a pu passer à l’étude de la fonctionnalité des matériaux en présence des contaminants toxiques (qui sont les métaux lourds Cd (II) et Pb (II) et un hydrocarbure aromatique polycyclique l’anthracène) et on a réussi à obtenir un biocapteur fonctionnel. De façon intéressante, une certaine spécificité de la détection a pu être obtenue en fonction du couple microalgue/matrice choisi / The work is an interdisciplinary framework, at the interface of the sol-gel chemistry, biology and physics of materials. First, we are interested to the study of a silica matrix obtained by sol-gel process from a mixture of colloidal silica and sodium silicate. The goal was to understand the interactions between the precursors and to study the effect of different synthesis parameters on the structure of the matrix in order to find the best optical and mechanical properties. These matrices have been extensively characterized using various techniques (UV-Visible absorption, IR, TGA, BET, NMR, TEM and SEM). This study allows us for the first time to choose final properties and to specify the initial combination to get them in terms of concentrations of precursors and pH. Next, we studied the effect of the matrix properties on the survival of photosynthetic encapsulated cells and we got phyco-compatible materials with a wide range of optical and mechanical properties. After precising the best synthesis conditions for the survival of microorganisms, one could proceed to study the functionality in the presence of toxic contaminants (heavy metals Cd (II) and Pb (II) and a polycyclic aromatic hydrocarbon: anthracene) and we managed to get a functional biosensor. Interestingly, some specificity of detection could be obtained according to the combination of microalga / selected matrix

Une étude haut-débit de la polycondensation du silicate est réalisée grâce à des outils robotisés couplés à des mesures macroscopiques (turbidité, gélification). Cette approche permet de dégager les limites de gélification d'un silicate industriel ainsi que les mécanismes mis en jeu. Cette thèse présente aussi deux outils miniaturisés basés sur des technologies microfluidiques, adaptés à des mesures in-situ et sous écoulement de diffusion des rayons X aux petits angles et de diffusion dynamique de la lumière. Ces outils permettent d'étudier les mécanismes de la polycondensation du silicate de sodium dans le procédé industriel, à des échelles de temps courtes (1 à 10 s). / Abstract

Afin de lutter contre les phénomènes de drainage minier acide DMA, nous avons étudié la possibilité de passivation/inertage de rejets miniers sulfurés. L'inhibition de l'oxydation superficielle de phases pyriteuses a été effectuée par adsorption de molécules: acide humique HA, thymol et silicate de sodium. L'étude fondamentale réalisée sur une pyrite pure (masse 1-5g) a ensuite été conduite à des rejets miniers (masse 2 kg). L’adsorption de molécules passivantes a été réalisée dans des conditions dynamiques (colonne chromatographique) et statiques (batch). L’ordre d’efficacité est: acide humique> thymol>silicate de sodium. Les essais dynamiques ont montré que l’adsorption d'HA sur la pyrite est irréversible. L’étude par voltamétrie cyclique a montré que de faibles concentrations en HA adsorbée (de 0,15 à 0,3mg/g–[thêta]<1) sont suffisantes pour bloquer plus de 90% de l’activité électrochimique initiale. L’analyse de la surface par la spectroscopie IR en mode réflexion diffuse a mis en évidence l’importance des phases oxydées superficielles dans le processus d’adsorption. La description des fronts chromatographiques a été possible à partir du modèle trimodal dynamique basé sur l’existence de trois sites d’adsorption dont la nature chimique, le nombre et l’accessibilité évoluent pendant l’adsorption. D'autres expériences conduites en cellules humides simulant le comportement d’un stérile minier d'Abitibi-Témiscamingue en conditions naturels de stockage, ont montré que le traitement à l’HA est efficace pendant plus de 30 équivalent-années. Aussi, un stérile traité avec HA ne génère plus de DMA alors que celui non traité est générateur d’acide pendant les 6 premières années / To fight against the phenomena of acid mine drainage DMA, we studied the possibility of passivation/inertage of sulphurized mining discharges. The inhibition of the superficial oxidation of pyriteuses phases was made by adsorption of molecules: acid humique HA, thymol and silicate of sodium. The fundamental study realized on a pure pyrite (mass 1-5g) was then driven to mining refusals (masse 2 kg). The adsorption of passivantes molecules was realized in dynamic conditions (chromatographic column) and statics (batch) . The order of efficiency is: acid humique > thymol > silicate of sodium. The dynamic experiments showed that the adsorption of HA on the pyrite is irreversible. The study by cyclic voltammetry showed that weak concentrations in adsorbed HA (of 0,15 in 0,3mg/g–[thêta]<1) are sufficient to block more than 90 % of the initial electrochemical activity. The analysis of the surface by the spectroscopy IR in mode diffuse reflection put in evidence the importance of the superficial oxidized phases in the process of adsorption. The description of chromatographic fronts was possible from the model dynamic trimodal based on the existence of three sites of adsorption among which the chemical nature, the number and the accessibility evolve during the adsorption. Other experiments led in wet cells feigning the behavior of sterile one mining of natural Abitibi-Témiscamingue in conditions of storage, showed that the treatment in the HA is effective counterpart more than 30 equivalents-years. So, sterile one treated with HA generate no more DMA while that untreated is generative of acid during the first 6 years