Cette thèse a pour objet l’élaboration et la caractérisation d’oxyapatite silicatées de lanthane, matériaux potentiellement utilisables comme électrolyte pour piles à combustible à oxyde solide. Des poudres et céramiques denses d’apatite de stœchiométries en oxygène et de compositions (substitutions) différentes ont été élaborées par réaction à l’état solide à haute température. Il ressort que quelque soit la composition, le paramètre principal qui gouverne les propriétés de conduction est la stœchiométrie en oxygène. La conductivité atteint 1,7 x 10-2 S.cm-1 à 700°C pour la composition La10Si5,5Mg0,5O26,5. La combinaison d’analyses spectroscopiques (Diffusion Raman, Résonance Magnétique Nucléaire) et de diffraction des neutrons a permis de définir un mécanisme de conduction des ions oxydes dans la structure. L’existence d’un site interstitiel localisé dans les canaux de la structure apatite en (-0,01, 0,04, 0,06) est confirmée. Un chemin de diffusion des ions oxyde de type « lacune sur le site 2a – atome interstitiel » est proposé le long de l’axe c. Ce mécanisme semble facilité par le déplacement des tétraèdres situés à la périphérie du canal. / This work is devoted to the elaboration and the characterisation of apatite type lanthanum silicates as new electrolyte for SOFC fuel cells. Apatite powders and dense ceramics with different oxygen stoichiometries and compositions (substitutions) were prepared by high temperature solid state reaction. Whatever the composition, we can conclude that the key parameter which governs the conduction properties is the oxygen stoichiometry. The conductivity reaches 1.7 x 10-2 S.cm-1 at 700°C for the La10Si5,5Mg0,5O26,5 composition. By combining Raman spectroscopy, NMR and neutron diffraction, an oxide ion conduction mechanism was deduced. The existence of an interstitial site located at (-0.01, 0.04, 0.06) was confirmed. This allows to proposed a realistic oxygen diffusion pathway through this interstitial site along the c axis. Moreover, this mechanism seems to be facilitated by the displacement of tetrahedral located at the periphery of the oxide channels.

Les piles à combustibles à électrolyte solide de type SOFC permettent de transformer directement l’énergie de la réaction chimique de formation de l’eau à partir de l’hydrogène et de l’oxygène, en énergie électrique. De nos jours, les apatites de type silicates de terres rares présentent beaucoup d’intérêt comme électrolyte solide en raison de leurs propriétés de transport élevées avec une forte conductivité ionique et une faible énergie d'activation. Ils peuvent fonctionner de manière stable à une température intermédiaire sur une large plage de pression partielle d'oxygène en maintenant d'excellentes performances. Ils sont ainsi considérés comme de bons candidats pour les électrolytes de piles de type IT-SOFC. Parmi cette série de conducteurs, le type La-Si-O possède une conductivité plus élevée et leur performance serait modifiée par différents éléments dopants.L'objectif de cette thèse est d'étudier les effets des éléments de substitution / dopage ainsi que les méthodes de synthèse sur les propriétés structurales ainsi que sur la conductivité des apatites de type silicates de lanthane. Dans cette étude, nous utilisons une double approche: une approche de simulation et une approche expérimentale pour optimiser la pureté et les performances des matériaux d'électrolyte.Dans l'approche de simulation, le calcul basé sur la DFT (Théorie de la fonctionnelle de la densité) a été réalisée en vue d’étudier l'effet des positions de dopage: dopant Sr à La position de La et dopant Ge à la position de Si. Les résultats obtenus par le calcul concernant la conductivité ionique confirment ceux obtenus par l’expérience.Avec l’approche expérimentale, nous présentons la synthèse et la caractérisation de La10Si6O27 (LSO) dopé par Sr et élaboré par des procédés sol-gel. Les résultats montrent que la conductivité ionique est activé thermiquement et que les valeurs se situent entre 4,5 × 10-2 et 1 x 10-6 S·cm-1 à 873 K et dépend des conditions d’élaboration et de la composition de la poudre. / The Solid Oxide Fuel Cell (SOFC) defined by its ceramic and oxide electrolyte, is an electrochemical energy conversion device that produces electricity directly from the chemical reaction of fuel. Nowadays, apatite type rare earths silicates and germaniums attract many interests as the solid electrolyte due to the superior transport properties with high ionic conductivity and low activation energy. They can operate stably at intermediate temperature over a wide oxygen partial pressure range and maintain excellent performances, being considered as a candidate for IT-SOFC electrolytes. Among this series of conductors, the La-Si-O type has a higher conductivity and the performance would be modified by different doping elements.The objective of this thesis is to study the effects of element substitution/doping and synthesis methods on the structural and conductivity properties of apatite type lanthanum silicates. In this study, we use a double approach: a simulation approach and an experimental approach to optimize the electrolyte materials purity and performance.Using simulation approach, a first principle calculation based on DFT (Density Functional Theory) was carried out to investigate the effect on doping positions: Sr dopant at La position and Ge dopant at Si position. The calculation results give a connection to the ionic conductivity obtained by experiments.With experimental approach, we present the synthesis and characterization of Sr-doped La10Si6O27 (LSO) prepared through an optimized water-based sol-gel process. The results show that the ionic conductivity is thermally activated and values lies between 4.5×10-2 and 1×10-6 Scm-1 at 873 K as a function of the composition and powder preparation conditions.