L'imprégnation, étape cruciale de la préparation de catalyseurs supportés pour l'hydrotraitement de coupes pétrolières (CoMo / -Al2O3) , a été étudiée dans ce travail. L'objectif principal a été de déterminer les phénomènes physico-chimiques et les interactions entre la surface du support et les espèces en solution se produisant pendant cette étape puis faire le lien avec l'activité du catalyseur final.La formation directe et la stabilité de la solution (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) ont été étudiées de manière poussée en fonction du pH, de la concentration, du rapport Co/Mo. Cela a nécessité le développement de méthodes analytiques quantitatives (spectrométries Raman et UV-visible), réalisées via SIMPLISMA, un algorithme de traitement des données par analyses factorielles. L'étude de l'imprégnation de la solution (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) sur -Al2O3 a mené à une meilleure compréhension de cette étape. Il a été montré que la conservation de cette espèce sur le support dépend principalement de la densité en atomes de Mo / nm², mais également du rapport Co/Mo et du pH initial de la solution d'imprégnation, tous ces paramètres étant liés entre eux. Cette étude a mis en évidence le rôle majeur du support, via ses propriétés surfaciques.L'intérêt d'utiliser (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) pour préparer de tels catalyseurs réside dans la proximité du cobalt et du molybdène. La phase active résultante est très bien dispersée et hautement promue, et ce même si le précurseur est décomposé sur le support lors de l'imprégnation. Enfin, la méthodologie développée au cours de ce travail est transposable à la préparation de tout type de catalyseur supporté.

Dans le but de déterminer le phénomène physique ou chimique caché derrière l'efficacité des agents fluorescents à inhiber le photojaunissement de la lignine, plusieurs études ont été menées. Tout d'abord, une étude d'efficacité de nouvelles molécules d'agents fluorescents a été faite avec la technique des feuilles minces, faites de pâtes à haute teneur en lignine. Lors de cette étude, une molécule s'est démarquée du lot de par son efficacité à court et à long terme. Il s'agit d'UQTR-010. Par la suite, une étude de stabilité des agents fluorescents face aux conditions expérimentales en laboratoire a été menée. Cette étude a été réalisée en exposant des solutions aqueuses, ou des feuilles minces vaporisées d'agent fluorescent, à divers rayonnements, soit à une lumière rouge, aux fluorescents du laboratoire et à la lumière du jour pénétrant par les fenêtres du laboratoire. Une étude de cinétique de dégradation a aussi été faite. Ainsi, nous avons pu nous assurer que les lumières du laboratoire ne dégradaient pas nos agents fluorescents, autant sur matrice solide que liquide, ainsi que des précautions devaient être prises si les échantillons étaient manipulés dans un laboratoire ayant des fenêtres laissant entrer la lumière du soleil. Ensuite, nous avons mis en relation l'efficacité de certains agents fluorescents avec leurs propriétés physico-chimiques dans le but de trouver une corrélation qui nous guiderait dans nos études futures. Ainsi, nous avons utilisé comme propriétés le pourcentage d'isomères trans des agents fluorescents en solution aqueuse, la durée de vie de fluorescence et le temps de demi-vie des molécules fluorescentes. La conclusion de cette étude est qu'aucune corrélation n'est observée entre l'efficacité des agents et l'une ou l'autre de ces propriétés. Nous avons aussi corrélé l'efficacité des agents fluorescents avec la force de l'oscillateur de la première transition s'effectuant dans la molécule, soit la transition HOMO-LUMO, et la force de l'oscillateur de la seconde transition, soit la transition HOMO-LUMO+X. Aucune corrélation n'est observée du côté de la force de l'oscillateur de la première transition. Cependant, en se penchant du côté de la seconde transition, nous trouvons un coefficient de corrélation satisfaisant entre l'efficacité des agents fluorescents et la force de l'oscillateur de cette seconde transition. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Lignine, agents fluorescents, spectroscopie UV-Visible, spectroscopie de réflectance, modélisation moléculaire, transitions électroniques, feuilles minces

Depuis la découverte de la première exoplanète en 1995 par Mayor et Queloz, le nombre de planètes extrasolaires découvertes n'a cessé d'augmenter, pour dépasser les 1000 planètes à la fin de l'année 2013. Depuis le début des années 2000, la détection s'est accompagnée d'une volonté de caractérisation de l'atmosphère des exoplanètes. Les méthodes utilisées jusqu'ici sont la spectroscopie de transit primaire et l'étude des émissions thermiques en transit secondaire ou via l'étude des courbes de phase. L'objet de cette thèse s'inscrit dans cette recherche de caractérisation des atmosphères exoplanétaires, en s'intéressant à une méthode jusqu'ici inexplorée : l'analyse des émissions thermosphériques, i.e. les émissions de la haute atmosphère induites par les entrées énergétiques, flux extrême UV de l'étoile hôte et précipitations électroniques principalement. La première partie de cette thèse s'intéresse aux émissions thermosphériques de la Terre primitive avec une approche basée sur la modélisation. Le but étant la détermination des différentes émissions de la Terre à travers son histoire, afin de disposer de proxies pour la recherche et la caractérisation d'exoplanètes telluriques. Dans un premier temps nous avons calculé l'émission de l'atmosphère primordiale de la Terre irradiée par le Soleil jeune dans la raie Lyman Alpha. Nous avons montré que la raie planétaire, principalement formée par diffusion cohérente, montre un rapport d'émission avec le Soleil de l'ordre de 10-8, inaccessible aux observations, avec les instruments actuels ou de prochaine génération. Ce premier résultat nous à conduit à étudier la faisabilité d'une méthode indirecte de détection d'une couronne dense d'hydrogène autour d'une planète tellurique possédant une atmosphère de CO2 par les émissions des sous-produits de dissociation et d'ionisation de CO2. Les calculs menés sur la raie verte de l'oxygène (état O1S) et le doublet UV de CO2+ (état B2Σu+) ont montré que ces émissions présentaient des contrastes de l'ordre de 10^-12 avec le Soleil dans le cas d'une Terre primitive, et de l'ordre de 10^-6-10^-8 pour une planète tellurique proche d'une naine M. La conclusion générale des ces investigations est que les raies fines (atomiques ou moléculaires) des émissions thermosphériques sont trop faibles pour être détectées par les instruments actuels. Une voie possible serait l'étude des bandes d'émission moléculaires, qui nécessite une meilleure compréhension de la distribution en intensité des différentes bandes à travers le spectre, compréhension qui passe par l'étude expérimentale de ces émissions. C'est dans ce cadre que se situe la deuxième partie de cette thèse, qui s'intéresse à l'analyse spectroscopique de la Planeterrella, simulateur d'aurores boréales initialement développé à des fins pédagogiques. Nous avons réalisé une étude spectroscopique à basse et haute résolution de l'air, afin de caractériser les émissions présentes dans l'expérience d'une part, et aussi de disposer d'un spectre de référence qui servira à terme de test pour un code Monte Carlo développé pour étudier le dispositif expérimental, la caractérisation du dispositif constituant une étape nécessaire pour faire de la Planeterrella un objet d'étude scientifique. Enfin, la spectroscopie basse résolution du CO2 a été réalisée, avec des applications potentielles à Mars. / Since the discovery of the first exoplanet in 1995 by Mayor and Queloz, the number of extrasolar planets discovered has continuously grown up, to overtake 1000 planets at the end of 2013. Since the beginning of the 2000's, came with the detection the will to characterize the atmospheres of these exoplanets. Until now, the methods used are the primary transit spectroscopy and the study of the thermal emissions in secondary transit or using phase curves. The purpose of this thesis belongs to that search for characterizing exoplanetary atmospheres, by looking at a method unexplored until now: the study of the thermospheric emissions, i.e. emissions from the upper atmosphere induced by the energetic entries, mainly the extreme UV flux and the electronic precipitations. The first part of this thesis concerns the thermospheric emissions of the primitive Earth with an approach based on modeling. The goal is the determination of the several emissions of the Earth through its history in order to have proxies for the search and the characterization of telluric exoplanets. Initially we calculated the emission of the primary atmosphere of the early Earth under the young Sun in the Lyman Alpha line. We showed that the planetary line in mainly due to coherent diffusion and that the emission ratio between the planet and the Sun in this line is of about 10-8, far from the capabilities of current or next generation instruments. This first result lead us to study the feasibility of an indirect method to infer the presence of dense hydrogen corona surrounding a telluric planet with a CO2-dominated atmosphere, by studying its influence on the emissions of two CO2 by-products. The calculations carried out on the oxygen green line (O1S state) and the UV doublet of CO2+ (B2Σu+ state) showed that theses emissions present contrasts of about 10^-12 with the young Sun in the case of a primitive Earth, and of about 10^-6-10^-8 for a close-in telluric planet around a M dwarf. The general conclusion of the investigations is that the thermospheric emissions of thin (atomic or molecular) lines are too weak to be detected. A possible way could be the study of the molecular bands, of which emissions need to be better understood, especially concerning the intensity distribution of the several bands through the spectrum. This comprehension implies experimental studies of these emissions. The second part of this thesis lies in this scope and concerns the spectroscopic analysis of the Planeterrella, an aurora borealis simulator initially designed for outreach purpose. We made a spectroscopic study at low and high resolution with air, in order to characterize the emissions existing in the experiment, and also to have a reference spectrum which will be a final test for a Monte Carlo code developed to study the experimental device, the characterization of this device being a necessary step for the Planeterrella to become suitable for scientific purpose. Finally, we made a low resolution spectroscopic study of carbon dioxide, with potential applications to Mars.

L’objectif de ce travail a porté sur l’élaboration d’une sonde bimodale ADP–TEP (absorption à deux photons–tomographie par emission de positons) pour des applications en imagerie médicale.Dans un premier temps, le projet a consisté en le design, la synthèse et l’évaluation des propriétés photophysiques d’une nouvelle série de chromophores diaziniques A–p–D (A : groupement électro-attracteur, p : lien conjugué, D : groupement électro-donneur). Des études de relation structure-propriétés photophysiques impliquant des modulations sur chacune des sous-structures (groupements A et D, lien p-conjugué) ont été réalisées puis étudiées en UV et en fluorescence. Suite à l’obtention de ces premiers résultats, des mesures d’absorption à deux photons ont été effectuées sur ces fluorophores.Dans un second temps, les fluorophores ont été modifiés afin de greffer des parties hydrophiles. Des propriétés photophysiques encourageantes ont été obtenues et des premiers tests en imagerie bi-photonique ont été réalisés.L’insertion du fluor radiomarqué est envisagée via l’insertion d’un groupement –BF2. Pour cela des structures chélatantes, « mimes de BODIPY », incorporant une pyrimidine ou un triazole ont été élaborées. Des premiers essais ont été conduits mais n’ont pas permis l’obtention des composés borés correspondants. / The purpose of this subject has been the synthesis of a bimodal probe using TPA–PET techniques for a potential application in biological imaging.In this context, we have synthesized a new range of A–π –D fluorophores incorporating diazine (p-deficient heterocycle) as electron-withdrawing moiety, N,N-dimethylaniline as electron-donating part and fluorene as p-conjugated linker. In order to increase the conjugation along the scaffold, ethynyl and/or triazole bridges have been introduced on both sides of the fluorene. The UV/Vis and photoluminescence properties have been measured. Further to those results two-photon absorption cross-section of our fluorophores (dTPA) has been obtained. Following these promising results, hydrophilic compounds using PEG groups have been prepared and photoluminescence properties have been carried out. In order to use the boron center as a site for radiofluorination, the synthesis of "BODIPY-like" probes has been considered. A new series of pyrimidine and triazole ligand have been synthesized but the corresponding boron complexes haven’t been obtained.

En raison de leur capacité à intervenir dans les processus rédox, les ligands non-innocents ont depuis longtemps suscité un intérêt chez les spectroscopistes, mais leur potentiel en catalyse n'a été que récemment considéré. Le comportement non-innocent des ligands iminosemiquinonate et de leurs dérivés est bien établi et maîtrisé, et, associés à différents métaux, ces ligands ont démontré leur efficacité dans diverses applications synthétiques, telles que les oxydations et les réactions de couplage. Ce travail de thèse a pour objectif de développer des réactivités induites par des complexes de cuivre et nickel coordinés par des ligands de type iminosemiquinonate. Tout d'abord, la capacité de ces complexes à générer des radicaux CF3 par réduction d'une source électrophile de trifluorométhylation a été démontrée, et les espèces organométalliques résultant de l'oxydation monoélectronique centrée sur le ligand ont été identifiées par spectroscopie UV-visible. Un système catalytique a également été mis au point pour la trifluorométhylation radicalaire d'éthers d'énol silylés, d'hétéroarènes et l'hydrotrifluorométhylation d'alcynes. Les propriétés rédox des ligands iminosemiquinonates ont permis l'accès au premier complexe CuII–CF3 coordiné par des ligands oxydés iminobenzoquinones. L'étude de sa réactivité a mis en évidence le rôle essentiel des ligands oxydés, qui stabilisent le degré d'oxydation +II du cuivre, sans empêcher un comportement de CuIII haute valence. Ces observations ont été attestées par un ensemble de données spectroscopiques et théoriques. Enfin, l'étude de l'influence des ligands iminosemiquinonate sur la structure et la réactivité d'espèces cuivre–nitrène, impliquées dans les réactions de transfert de nitrène catalytique, est au centre d'un projet en cours. / Because of their ability to get involved in redox events, non-innocents ligands have long sparked the interest of spectroscopists, and their potential in catalysis has only later been considered. Iminosemiquinonate radical ligands and their derivatives are well-established non-innocent ligands and have been previously used with several metals, showing their efficiency in specific synthetic applications, such as oxidations and cross-couplings. This thesis work deals with the development of reactivities using iminosemiquinonate copper and nickel complexes. First, the ability of these complexes to induce the controlled generation of CF3 radicals by reduction of a CF3+ source was demonstrated, and key organometallic species resulting from a ligand-centered single electron transfer were identified using UV-vis spectroscopy. Catalytic conditions were developed and applied to the trifluoromethylation of silyl enol ethers, heteroarenes and hydrotrifluoromethylation of alkynes. Then, the synthesis of the first well-defined CuII–CF3 complex bearing fully oxidized iminobenzoquinone ligands was achieved. The study of its reactivity revealed the prominent role of the redox ligands, which stabilize a (+II) oxidation state without preventing its ability to behave as a high-valent CuIII complex. These observations were substantiated by a combination of advanced EPR spectroscopy techniques with DFT calculations. Finally, the influence of iminosemiquinonate ligands on the structure and the reactivity of copper–nitrene species, in catalytic nitrene transfer reactions, is the focus of a last project, which is still in progress.

L'imprégnation, étape cruciale de la préparation de catalyseurs supportés pour l’hydrotraitement de coupes pétrolières (CoMo / y-Al2O3) , a été étudiée dans ce travail. L'objectif principal a été de déterminer les phénomènes physico-chimiques et les interactions entre la surface du support et les espèces en solution se produisant pendant cette étape puis faire le lien avec l'activité du catalyseur final.La formation directe et la stabilité de la solution (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) ont été étudiées de manière poussée en fonction du pH, de la concentration, du rapport Co/Mo. Cela a nécessité le développement de méthodes analytiques quantitatives (spectrométries Raman et UV-visible), réalisées via SIMPLISMA, un algorithme de traitement des données par analyses factorielles. L'étude de l'imprégnation de la solution (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) sur y-Al2O3 a mené à une meilleure compréhension de cette étape. Il a été montré que la conservation de cette espèce sur le support dépend principalement de la densité en atomes de Mo / nm², mais également du rapport Co/Mo et du pH initial de la solution d’imprégnation, tous ces paramètres étant liés entre eux. Cette étude a mis en évidence le rôle majeur du support, via ses propriétés surfaciques.L’intérêt d’utiliser (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) pour préparer de tels catalyseurs réside dans la proximité du cobalt et du molybdène. La phase active résultante est très bien dispersée et hautement promue, et ce même si le précurseur est décomposé sur le support lors de l’imprégnation. Enfin, la méthodologie développée au cours de ce travail est transposable à la préparation de tout type de catalyseur supporté. / Impregnation, crucial step of the preparation of supported catalysts used for hydrotreatment of petroleum fractions (CoMo / gamma-alumina), has been studied in this work. The main aim has consisted in determining the physico-chemical phenomena and the interactions between the support surface and the aqueous species during this step, and then linking these results to the activity of the final catalyst.The direct formation and stability of the (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) solution have been studied as a function of pH, concentration and Co/Mo ratio. This has required the developement of analytical quantitative methods (Raman and UV-visible spectroscopies) carried out thanks to SIMPLISMA, an algorithm of data treatment by factorial analysis. The study of impregnating (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) solutions onto gamma alumina has led to a best understanding of this step. It was showed that the conservation of these species on the support mainly depends on the surface density of molybdenum atoms per square nanometer, but also on the Co/Mo ratio and the initial pH of impregnating solutions, all these parameters being linked together. This study has underlined the major role of the surface properties of the support. The interest of using (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) solutions to prepare such catalysts lies in the proximity of cobalt and molybdenum. The resulting active phase is very well dispersed and highly promoted, even if the precursor is decomposed on the support during impregnation. Finally, the methodology developed in this work is transferable to the preparation of any supported catalyst.

Les matériaux à base de vanadium sont largement utilisés comme catalyseurs pour l'oxydation de composés organiques. Les propriétés catalytiques des catalyseurs au vanadium pour l'oxydation dépendent de l'état et de la stabilité des espèces de vanadium. Dans cette étude, nous développons des nouveaux catalyseurs hétérogènes au vanadium pour la réaction d’oxydation.Dans la première partie du travail, les matériaux mésoporeux à base de silice (MCM-41) contenant du Al (III) et du Ti (IV) sont envisagés comme supports. L'effet d'ancrage chimique de ces hétéroatomes sur les ions V (V) et leur dispersion dans la silice MCM- 41 ont été étudiés à l'aide d'une analyse quantitative des spectres UV-visible de réflectance diffuse. En complément, les matériaux ont été caractérisés par diffraction des rayons X (DRX), mesure de sorption d’azote, spectroscopie de résonance magnétique électrique (RPE) et la spectroscopie Raman. Les spectres UV-visible des échantillons hydratés et déshydratés mettent en évidence la coexistence de plusieurs espèces V (V) de différente nucléarité et différent taux d'hydratation. Le décalage vers le bleu de la bande UV des échantillons contenant comme des additifs les ions Al(III) ou Ti(IV) est cohérent avec une meilleure dispersion des ions vanadium présentant entre autres plus d’espèces mononucléaires (isolées). L'effet bénéfique du titane sur la dispersion de vanadium est compatible avec la formation directe de ponts covalents de type Ti-O-V.Dans la seconde partie, les ions V(IV) ont été déposés sur des matériaux mésoporeux à base de silice en utilisant une nouvelle stratégie dite de pochoir moléculaire ou « Molecular-Stencil Patterning ». La stratégie de pochoir moléculaire s’applique à la silice contenant des tensioactifs ioniques en utilisant ces derniers comme agent de masquage lors du greffage covalent de diverses fonctions. Cette stratégie de surface moléculaire permet de contrôler à la fois le voisinage moléculaire et la dispersion à longue distance des espèces de vanadium entre elles. La caractérisation a été effectuée en utilisant plusieurs méthodes telles l’analyse thermogravimétrique (ATG), la spectroscopie de résonance magnétique nucléaire (RMN), la spectroscopie infrarouge (IR) et la spectroscopie UV-visible. L'incorporation des ions titane (IV) joue le rôle d’ancre chimique pour les ions V(IV) comme dans le chapitre précédent. Il est montré qu’une proportion de V/Ti inférieure à un et proche de trois génère les meilleures conditions pour éviter la formation de gros agrégats d’oxyde de vanadium.Enfin, ces nouveaux matériaux au vanadium ont été testés en phase liquide pour catalyser l'oxydation partielle du cyclohexane en une huile désignée par son rapport molaire K/A de cyclohexanone (K) et de cyclohexanol (A). Ce mélange est utilisé comme telle en chimie industrielle de base, an particulier comme précurseurs de l'acide adipique et de caprolactame pour la synthèse du nylon. Les tests ont démontré que l’introduction de titane combiné à la stratégie de pochoir moléculaire a notablement amélioré les propriétés catalytiques de ce type de catalyseurs au vanadium.En conclusion, la silice MCM-41 au vanadium a été conçu par l’introduction des hétéroatomes d'ancrage et de la stratégie de pochoir moléculaire, afin d'améliorer la dispersion et la stabilité des sites actifs. Les matériaux conçus ont montré de meilleures propriétés et caractéristiques catalytiques dans divers caractérisation et la réaction d'oxydation. / Vanadium-based materials are widely used as catalysts for oxidation of organic compounds. The catalytic properties of vanadium catalysts for oxidation are related closely to the state and the stability of vanadium species. Therefore, a series of vanadium-containing MCM-41 silica were designed and developed in this study, and their catalytic application for oxidation reactions was evaluated as well.In the first part of work, the chemical anchoring effect of Al(III) or Ti(IV) heteroatoms on the dispersion of V (V) in MCM-41 type silica was investigated using a quantitative analysis of diffuse reflectance UV-visible spectra. The characteristic properties of prepared materials were determined by various characterization such as X-ray diffraction (XRD), N2 sorption measurement, Electron paramagnetic resonance (EPR) spectroscopy, UV-visible spectroscopy and Raman spectroscopy. UV-visible spectra of hydrated and dehydrated samples evidenced the coexistence of several V(V) species of different oligomerization and hydration levels. The global blue shift of the band in the presence of Al(III) or Ti(IV) additives was then assigned to a higher proportion of less clustered and isolated V(V) species. The stronger beneficial effect of Ti on the vanadium dispersion is consistent with a higher stability of the X-O-V bridges moving from X = Si to X = Al and Ti. In the second part, new mesoporous silica materials containing vanadium species were synthesized according to the molecular stencil patterning technique. Molecular stencil patterning is developed specifically for silica templated with ionic surfactants used as masking agent to sequentially immobilize via covalent bonding (grafting) different functions. This molecular surface engineering was proved to improve the vanadium species dispersion according to Thermogravimetric Analysis (TGA), Nuclear Magnetic Resonance spectroscopy (NMR), Infrared spectroscopy (IR) and UV-visible spectroscopy. The incorporation of titanium species played again the role to immobilize the vanadium species as the results in previous work. The V/Ti ratio should be less than 1 to control the formation of clusters of vanadium species.Lastly, the vanadium-containing materials were applied to the liquid phase oxidation of cyclohexane into cyclohexanol (A) and cyclohexanone (K). A mixture of these two products is often called K/A oil in the industrial chemical production. K/A oil is widely used as a raw material for adipic acid and caprolactam in the nylon industry. The catalysis results proved that the modification by adding titanium chemical anchors combined with the MSP technique improve the catalytic properties of vanadium-containing heterogeneous catalysts.In conclusion, the dispersion and stability of vanadium active sites has been improved in new syntheses of vanadium-containing MCM-41 type silica by combining both anchoring heteroatoms and molecular stencil patterning techniques. Such a novel design leads to better catalytic performance in oxidation reaction in correlation with the structural and physical characteristics of the material.

La pollution atmosphérique urbaine pose des problèmes au niveau de l'environnement et de la santé publique pour plus de la moitié de la population mondiale. Afin de réduire la pollution de fond dans les villes, un matériau cimentaire innovant a été développé et permet de dégrader les polluants atmosphériques grâce à ses propriétés photocatalytiques induites par l'ajout de TiO2. Ce travail a porté sur la corrélation entre les propriétés physico-chimiques et l'efficacité photocatalytique d'un mortier enrichi en TiO2 lors de la dégradation de 2 composés organiques volatils (COV), le formaldéhyde et le toluène ainsi que sur un mélange d'oxydes d'azote (NOx). Le taux de présence de la surface en dioxyde de titane, le pourcentage relatif de titane et l'absorbance des photons UV par TiO2 ont été respectivement déterminés par spectroscopie Raman, microscopie électronique à balayage couplé à une analyse X et spectroscopie UV-visible par réflexion diffuse. La proportionnalité entre ces 3 grandeurs a été démontrée. L'efficacité photocatalytique des matériaux cimentaires enrichis en TiO2 a été mise en évidence pour la dégradation des 2 COV et des NOx. L'efficacité photocatalytique est reliée à la présence de TiO2 en surface ainsi qu'à la capacité de TiO2 à absorber des photons UV. La matrice cimentaire permet également, à l'obscurité, de réduire significativement la concentration en formaldéhyde. L'étude de l'influence des paramètres matériaux et environnementaux a montré l'importance de la teneur en TiO2, du flux lumineux et de l'humidité relative sur les propriétés photocatalytiques du mortier et permis de contribuer à une meilleure compréhension des réactions intervenant lors de la dégradation des polluants par un matériau cimentaire photocatalytique / More than half of the world population is exposed to urban air pollution which poses problems for the environment and human health. To reduce the background of the pollution in cities, an innovative cementitious material has been developed and used to degrade pollutants thanks to its photocatalytic properties induced by the addition of TiO2. This work was focused on the correlation between physicochemical properties and the photocatalytic efficiency of a mortar enriched with TiO2 during the degradation of two volatile organic compounds (VOCs), formaldehyde and toluene as well as a mixture of nitrogen oxides (NOx). The occurence rate of of titanium dioxide on the surface, the relative percentage of titanium and the absorptance of UV photons by TiO2, respectively, were determined by Raman spectroscopy, scanning electron microscopy coupled with X-ray analysis and UV-visible diffuse refectance spectroscopy. Proportionality between these three variables has been demonstrated. The photocatalytic efficiency of TiO2-rich cementitious materials has been demonstrated for the degradation of the 2 VOCs and also for NOx. The photocatalytic efficiency is related to the presence of TiO2 on the surface and the ability of TiO2 to absorb UV photons. The cement matrix can also, in the dark, reduced significantly the concentration of formaldehyde. The study of the influence of materials and environmental parameters showed the importance of the TiO2 content, the luminous flux and relative humidity on the photocatalytic properties of the mortar and allowed to contribute to a better understanding of the reactions occurring during the degradation of pollutants by a photocatalytic cementitious material

Ce travail de thèse a été consacré au développement de nouvelles méthodologies de caractérisation des affinités intermoléculaires par le biais de la calorimétrie de titration isotherme (ITC), après validation de systèmes modèles par l'intermédiaire des spectroscopies UV-visible, RMN et de l'électrophorèse capillaire. Nous avons en particulier montré que la mise en place et le couplage d'expériences non conventionnelles avec les protocoles classiques permettait d'améliorer la caractérisation calorimétrique, avec notamment une diminution parfois spectaculaire des incertitudes liées aux paramètres thermodynamiques. Ce potentiel de l'analyse globale d'expériences différenciées a été évalué sur un plan théorique, permettant ainsi la définition et l'optimisation des expériences à mettre en oeuvre en fonction du type de complexe étudié. L'exploitation expérimentale de ces stratégies a également permis l'étude de complexations problématiques sur le plan analytique, dans le cadre de complexes impliquant des molécules telles que les cyclodextrines ou l'albumine, et s'inscrivant dans des applications liés aux domaines de l'environnement et de la santé. Ainsi, nos stratégies ont levé les difficultés liées aux complexes athermiques, aux complexes de faibles affinités, aux équilibres multiples et aux faibles solubilités de l'un ou l'autre des partenaires de la complexation. Enfin, l'évaluation d'un nouveau modèle de traitement thermo-cinétique du thermogramme ITC a été réalisée, accroissant encore le potentiel de cette technique vis-à-vis de la caractérisation des interactions moléculaires. / This work was dedicated to the development of new isothermal titration calorimetry (ITC) methodologies for the characterization of intramolecula affinities, after validation of model system via capillary electrophoresis, UV-visible and NMR spectroscopy. We have demonstrated that the coupling of unconventional experiments with the conventional protocols generally improves the calorimetric characterization, with a dramatic decrease of the uncertainties on thermodynamic parameters. The potential of global analysis applied to differentiated experiments was evaluated on a theoretical level, allowing the definition of optimal experiments, depending on the type of studied complex. These strategies also enabled, on a experimental point of view, the study of complexations which cannot be analyzed by conventional approaches, in the case of complexes involving cyclodextrins or albumin. Indeed, our strategies overcomes the difficulties associated with athermic complexes, with complexes of low affinity, with multiple equilibria and with the low solubility of interacting partners. Finally, the evaluation of a new thermo-kinetic treatment of ITC thermograms has been achieved, further increasing the potential of this technique in the characterization of molecular interactions.

Dans le cadre du développement durable, les procédés rapides, propres et peu énergivores sont très recherchés particulièrement en chimie pour les réactions d’oxydation. A part les solutions de génie des procédés, la catalyse est l’un des meilleurs atouts pour améliorer le processus. Le vanadium étant l’un des meilleurs métaux catalytiques pour de tels réactions, nous avions à nous attaquer son problème de relargage dans le milieu réactionnel en vue d’applications acceptables pour l’environnement. Nous proposons donc dans cette thèse des catalyseurs au vanadium fixé à l’intérieur des nano pores de silices mésoporeuses hexagonales de type MCM-41. La grande dispersion et la rétention du vanadium sont promues grâce à la présence d’ion d’ancrage : Al(III), Ti(IV), Zr(IV) and Ce(IV). Une grande variété de catalyseurs de type V-(Al/Ti/Zr/Ce)-MCM-41 ont été préparés à partir de trois méthodes de synthèse: l’une, ultra-rapide en une étape assistée par micro-onde, la seconde à étapes séquentielles multiples mettant en œuvre une technique de pochoir moléculaire et la troisième à nombre d’étapes réduites utilisant un traitement thermique partiel d’une surface préalablement organosilylée avant le greffage des métaux. Un large panel de techniques physicochimiques fut appliqué à la caractérisation de ces solides avec une attention particulière portée à l’analyse de la bande de transfert de charge ligand-métal du vanadium au degré d’oxydation +5 dont le décalage vers le bleu est corrélé à la taille des clusters d’oxyde de ces ions. La rétention du vanadium dans le méthanol a été corrélée à la dispersion du vanadium comme la dégradation à l’air du 1,2-diphényle-2-méthoxyéthanol. Ce substrat fut choisi comme modèle pour étudier la dégradation de la lignine par clivage C-C ou C-O. Notons que ce bio-polymère produit du phénoxypropanol methylé bio-sourcé utilisé dans les bio-carburants et comme précurseur en chimie fine. Dans le cas présent, un balayage à haut débit de la dégradation de cette molécule mettant en œuvre 96 mini-réacteurs en parallèle a permis de sélectionner le solvant, le métal d’ancrage et la teneure des deux métaux donnant la plus haute conversion. Contrairement aux catalyseurs homogènes, nos catalyseurs présentent une très haute sélectivité en clivage C-C. / The search for practical large-scale, fast, clean and energy saving chemical processes are highly regarded in the frame of a sustainable development, particularly for the most problematic oxidation reactions. Apart from chemical engineering solutions, improving the process using heterogeneous catalysis is one of the most adapted solution. Vanadium being considered the best metal for such kind of reactions, one had to tackle the problem of its high dispersion on a support to minimize its high propensity for leaching and to optimize its stability for practicable, safe and clean uses. In the present thesis, vanadium is supported inside the nanopores of a mesoporous silica of MCM-41 type where the high dispersion is assisted by the presence of anchoring ions such as Al(III), Ti(IV), Zr(IV) and Ce(IV) ions. A large set of V-(Al/Ti/Zr/Ce)-MCM-41 catalysts was prepared according to three different methods of preparation: i) ultra-fast one-pot synthesis protocol using the assistance of microwave, ii) post-synthesis modification using molecular stencil patterning (MSP) technique and iii) partial thermal treatment (PTT) of the organo-silylated support. The catalysts were characterized thoroughly using a panel of physical techniques and, particularly, the blue shift of the optical gap measured from the vanadium charge transfer band known to correlated with the dispersion of the metal. In complement, the stability was tested from metal leaching using methanol as a corrosive solvent while their catalytic reactivity was estimated in the aerobic oxidation of 1,2-diphenyl-2-methoxyethanol. This is a model reaction that simulates the oxidative C-C bond cleavage in lignin, the most difficult and crucial step in the degradation of this biopolymer, then producing in a clean way valuable methoxylated phenoxy propanol units useful for biomass fuels or bio-sourced precursors for fine chemistry. A high throughput screening approach was applied to test this aerobic oxidation reaction running over 96 reactors in parallel at the same temperature and sorting out the best catalysts with the most suitable anchoring ions and metal loading for the highest catalytic efficiency. / 在可持续发展的背景下，对于清洁高效节能可行的大规模化工过程尤其是存在诸多问题的氧化反应过程的探索倍受瞩目。除化学工程解决方案之外，通过多相催化来改进反应过程也是最可行的途径之一。钒被认为是最适合于催化此类反应的金属之一，其亟待解决的问题是实现钒在载体上的高度分散，并最大限度地降低其浸出倾向，改善其稳定性，从而实现对其安全清洁有效的利用。本文提出将钒负载于MCM-41型六方介孔二氧化硅的纳米孔道中，通过锚定离子如Al(III)、 Ti(IV)、Zr(IV)、Ce(IV)离子的存在促进钒的高度分散和固载。采用三种不同的方法制备了一系列V-(Al/Ti/Zr/Ce)-MCM-41催化剂：1、超快微波一步合成法，2、使用分子复刻版技术改性的后嫁接法，3、对有机硅烷化载体进行部分热处理改性的后嫁接法。通过一系列物理化学技术对合成的催化剂进行了充分表征，特别是对与金属分散度相关的钒的电荷跃迁带的测量和与其对应的光谱带隙蓝移进行了分析。随后，以甲醇作为腐蚀溶剂对合成的钒催化剂进行了金属析出的稳定性测试。通过一种木质素模型化合物1,2-diphenyl-2-methoxyethanol的需氧氧化反应测试了所合成负载型钒催化剂的催化活性。在相同温度及反应条件下，用96通道高通量微反应器技术评价了所制催化剂对该反应的催化性能，筛选出具有最高催化效率的负载型钒催化剂及其最适合的锚定离子。该反应中的碳-碳键裂解反应是木质素降解的最关键也是最困难的步骤之一，可通过这类生物聚合物的降解以清洁的方式生产有用的生物质燃料或生物来源高附加值精细化学品前驱体。