Des poudres céramiques multiéléments dans le système Si/C/N peuvent être obtenues avec le procédé de spray pyrolyse. Les paramètres de synthèse et leur influence sur la composition et la morphologie de poudres obtenues a fait l’objet de précédentes études. Toutefois, les mécanismes de décomposition et de recombinaison des espèces dans la zone de réaction restent inconnus. Cette étude vise à approfondir la compréhension du procédé, de la formation de l’aérosol jusqu’aux mécanismes de formation des particules solides. Ainsi, la caractérisation de l’aérosol par ombroscopie laser, couplée à la mise en place d’un modèle numérique du transport et traitement des gouttes du précurseur au sein du dispositif, a permis l’identification de distributions en taille de gouttes de type bimodal jusqu’à leur entrée en zone de réaction. Cette double approche a également permis de vérifier l’effet des phénomènes physiques et hydrodynamiques sur les distributions en taille des gouttelettes lors de leur transport vers la zone réactionnelle. L’introduction d’une distribution bimodale dans le four de pyrolyse permet d’envisager un mécanisme de décomposition du précurseur en deux étapes, lié à la taille des gouttelettes. Cette hypothèse combinée à l’étude de décomposition du précurseur Hexaméthyldisilazane à haute température a permis de proposer des mécanismes de formation de poudres dont la composition chimique varie selon l’atmosphère de synthèse utilisée. / Multielement ceramic powders in the Si/C/N system could be obtained by spray pyrolysis process. Synthesis parameters and their effect on powder chemical composition and morphology have been already studied. Nevertheless, the mechanisms of precursor decomposition and gas phase species recombination that take place in the reaction zone are still unknown. The aim of this study is the comprehension of the process, from the aerosol generation to the solid powders formation mechanisms. The shadowgraphy technique was used to characterize the spray, and coupled with the implementation of a numerical model of droplets transport and treatment through the device allowed to identify bimodal size distributions at the furnace entrance. This double approach let confirm the effect of physical and hydrodynamic phenomenon in drop size evolution. The introduction of a bimodal distribution into the pyrolysis furnace allows to consider a precursor decomposition mechanism in two steps, depending on the drop sizes. This hypothesis combined to the study of precursor decomposition at high temperature led to the proposal of powder formation mechanisms in which their chemical composition varies with the synthesis atmosphere.

L’objet de cette thèse est la synthèse et la caractérisation de nouveaux filtres UV inorganiques nanostructurés, efficaces dans le domaine des UVA. Dans ce contexte, nous avons choisi d’étudier le dioxyde de cérium (CeO2) et l’hématite (α-Fe2O3) en raison notamment de leurs propriétés optiques d’absorption des UV. Deux méthodes de synthèse ont été sélectionnées pour l’élaboration de ces oxydes, purs ou dopés, sous la forme de poudre nanométrique: la co-précipitation et le spray-pyrolyse. Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées grâce à de la diffraction des rayons X et de l’analyse thermique. La structure cristalline ainsi que la granulométrie des échantillons obtenus ont été caractérisées par diffraction des rayons X et microscopies électroniques. La granulométrie et la morphologie des échantillons sont reliées aux méthodes de synthèse, aux conditions opératoires (atmosphère et température de calcination), à la nature et à la concentration des éléments dopants. Les propriétés optiques des échantillons suspendus dans de l’éthanol ont été étudiées par spectroscopie d’absorption UV-visible. Elles sont reliées à la granulométrie des échantillons ainsi qu’à des phénomènes localisés au sein de la maille cristallographique (changements de valence, présence de défauts). Les échantillons à base de CeO2 et α-Fe2O3 ont finalement été incorporés en émulsion solaire, à la place de ZnO, afin de tester leurs performances anti-solaires (SPF et FP-UVA) par mesure in vitro. Les résultats montrent que le ZnO peut être positivement remplacé dans les produits de protection solaire par l’oxyde de cérium ou de fer qu’ils soient purs ou dopés. / The subject of this thesis is the synthesis and the characterization of new UVA-efficient nanostructured inorganic UV filters. In this context, we chose to study cerium dioxide (CeO2) and hematite (α-Fe2O3), most importantly because of their optical absorption properties. Two methods were selected to synthesise cerium dioxide and hematite in nanostructured powder form: the co-precipitation method and the spray-pyrolysis method. Cerium dioxide was studied in both non-doped and doped forms. Optimal synthesis conditions were determined by X-ray diffraction and thermal analysis. The crystalline structure and granulometry of the obtained samples were characterised by X-ray diffraction and electronic microscopy techniques. Granulometry and morphology of the samples are linked to: the synthesis method, the experimental conditions (atmosphere and temperature of calcinations), and the nature and concentrations of the dopes. The optical properties of ethanol suspended samples were studied by UV-visible absorption spectroscopy. They are linked to the samples’granulometry as well as localised phenomena in the crystallographic lattice (valence changes, defects presence). Cerium dioxide- and hematite-based samples were finally incorporated in emulsion, instead of ZnO, in order to test their photoprotection performance (SPF and PF-UVA) by measuring in vitro. Results show that ZnO can be positively replaced by pure or doped cerium or iron oxide in sunscreen, when these are associated with the inorganic filter TiO2.

L'objet de cette thèse est la synthèse et la caractérisation de nouveaux filtres UV inorganiques nanostructurés, efficaces dans le domaine des UVA. Dans ce contexte, nous avons choisi d'étudier le dioxyde de cérium (CeO2) et l'hématite (α-Fe2O3) en raison notamment de leurs propriétés optiques d'absorption des UV. Deux méthodes de synthèse ont été sélectionnées pour l'élaboration de ces oxydes, purs ou dopés, sous la forme de poudre nanométrique: la co-précipitation et le spray-pyrolyse. Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées grâce à de la diffraction des rayons X et de l'analyse thermique. La structure cristalline ainsi que la granulométrie des échantillons obtenus ont été caractérisées par diffraction des rayons X et microscopies électroniques. La granulométrie et la morphologie des échantillons sont reliées aux méthodes de synthèse, aux conditions opératoires (atmosphère et température de calcination), à la nature et à la concentration des éléments dopants. Les propriétés optiques des échantillons suspendus dans de l'éthanol ont été étudiées par spectroscopie d'absorption UV-visible. Elles sont reliées à la granulométrie des échantillons ainsi qu'à des phénomènes localisés au sein de la maille cristallographique (changements de valence, présence de défauts). Les échantillons à base de CeO2 et α-Fe2O3 ont finalement été incorporés en émulsion solaire, à la place de ZnO, afin de tester leurs performances anti-solaires (SPF et FP-UVA) par mesure in vitro. Les résultats montrent que le ZnO peut être positivement remplacé dans les produits de protection solaire par l'oxyde de cérium ou de fer qu'ils soient purs ou dopés.

Cette étude a pour objet d'apporter des éléments de compréhension quant à l'amélioration de la résistance à la corrosion des alliages de ZnMg(Al), en comparaison du Zn, en milieu atmosphérique chloré. Le cheminement de réflexion part de considérations fondamentales et tend vers des conditions réelles d'utilisation. La première étape a consisté à synthétiser et caractériser des films de ZnO dopé Mg et notamment l'évolution de la structure cristalline, la structure électronique, la résistivité, (...) avec le dopage. La pertinence de ces paramètres a ensuite été évaluée et discutée au regard de la stabilité de ces films en solution. Dans un second temps, les produits de corrosion formés, en laboratoire, en présence ou non de chlorures, sur des phases pures de Zn et ZnMg, ont été caractérisés. Les processus physico-chimiques liés à la formation de ces produits ont ensuite été discutés, afin de mettre en lumière le rôle du Mg dans l'amélioration de la résistance à la corrosion. La dernière étape, s'est attachée à caractériser des produits de corrosion formés après 6 mois en milieu naturel, en atmosphère marine, sur des phases pures de Zn et ZnMg, et des revêtements industriel de type ZnMgAl. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence une meilleure stabilité en solution des films de Zn0.84Mg0.16O en comparaison du ZnO, en corrélation avec une présence accrue de liaisons hydroxyles, une augmentation de la résistivité et de la fonction de travail. Ces trois paramètres sont apparus également pertinents, sur les produits de corrosion formés en laboratoire et naturellement en présence de Mg et de Mg, Al, et corrélés à l'amélioration de la résistance à la corrosion.

Le couplage covalent sur surface métallique en UHV (Ultra High Vacuum) est une technique émergente permettant de synthétiser des structures moléculaires impossibles à obtenir par la chimie en solution (nanorubans de graphène, polymères 2D par exemple). Aujourd'hui, le plus grand défi reste le développement de ces réactions sur des surfaces isolantes pour différentes applications comme, par exemple, l'électronique moléculaire. En particulier, le couplage de dérivés d'acides benzoïques, greffés sur les surfaces de carbonate de calcium en UHV par des groupes carboxyliques, a été démontré récemment pour la première fois. Lors de ces travaux, nous avons dans un premier temps synthétisé des molécules précurseurs de réactions de couplage (homo-couplage d'éthyne, photopolymérisation, polycondensation et réaction d'Ullmann) sur des surfaces de carbonate de calcium en UHV. Par la suite, nous avons mené cette étude à l'échelle macroscopique (semi-préparatoire), par greffage de molécules sur des microparticules de carbonate de calcium, puis activation de la réaction, et enfin dissolution du substrat afin d'extraire le produit final. Les microparticules ont été obtenues par broyage de produit commercial ainsi que par spray pyrolyse et complètement caractérisées par FTIR, ATG/DTG, DRX, MEB et BET. Les réactions de couplage ont été activées par deux méthodes sans solvant: par broyage dans une broyeuse planétaire ou par traitement thermique sous vide. Alors qu'en UHV le couplage de l'acide 4-iodobenzoïque donne l'acide biphenyldicarboxylique, en mécanochimie nous avons obtenu l'acide benzoïque et par activation thermique l'éther dibenzoïque. / Covalent coupling on metallic surfaces in UHV (Ultra High Vacuum) conditions is a new method for preparing molecular structures otherwise impossible to achieve in solution (graphene nanoribbons, 2D polymers for instance). The major challenge is now to extend these reactions from metallic to insulating surfaces, for future applications as, for instance, in molecular electronics. In particular, the coupling reaction of benzoic acid derivatives, grafted on calcite via carboxylic groups, has been demonstrated for the first time in UHV conditions. In the first part of this work, we synthesized precursor molecules for specific reactions (homocoupling of ethynes, photopolymerization, polycondensation and Ullmann reaction) on calcium carbonate in UHV conditions. In the second part of this work we extended this investigation up to the macroscale level (semi-preparative) by grafting molecules on calcium carbonate microparticles, followed by reaction activation and finally by dissolution of the substrate in order to recover the coupling products. The calcium carbonate microparticles were prepared by grinding commercial product or by spray pyrolysis and were fully characterized by FTIR, TG/DTG, XRD, SEM and BET techniques. Then, after grafting of organic reactant, the reactions were activated with two different solvent-free methods: by grinding in a planetary milling machine or by heating the samples in a furnace under vacuum. Whereas in UHV conditions, 4-iodobenzoic acid affords biphenyldicarboxylic acid, mechanochemical condition gives benzoic acid and thermal activation the dibenzoic acid ether.

Dans la perspective d’améliorer les cellules du futur, nous avons élaboré respectivement des couches minces de ZnO dopé Mo par la méthode spray pyrolyse et dopé Yb par sputtering. Quel que soit la technique utilisée, toutes ces couches sont polycristallines, transparentes avec des surfaces uniformes. De plus les mesures d’effet Hall montrent une conductivité de type n dans le cas des deux systèmes étudiés. Concernant les films minces de ZnO dopé Mo, les propriétés électriques restent potentiellement intéressantes pour des applications en photovoltaïque en tant que dopant additionnel en plus des terres rares. Quant aux films minces de ZnOYb, les résultats de mesures PL ont clairement mis en évidence un couplage optique entre ZnO et l’Yb avec l’observation d’un photon infrarouge pour un photon UV incident. Ceci suggère que le concept « down-shift » est susceptible d’être validé. / In view of improving the cells of the future, we have elaborated respectively doped ZnO thin films by Mo spray pyrolysis method and doped Yb by sputtering. Whatever the technique used all these layers are polycrystalline, transparent with smooth surfaces. In addition, the Hall effect measurements show an n-type conductivity in the case of two systems studied. On thin films of ZnO doped Mo, the electrical properties are potentially interesting for photovoltaic applications as additional dopant in addition to rare earths. As for thin films ZnOYb, PL measurement results have clearly demonstrated an optical coupling between ZnO and Yb with the observation of a photon infrared photon UV incident. This suggests that the concept of "down-shift" is likely to be validated.

Cette étude a pour objet d’apporter des éléments de compréhension quant à l’amélioration de la résistance à la corrosion des alliages de ZnMg(Al), en comparaison du Zn, en milieu atmosphérique chloré. Le cheminement de réflexion part de considérations fondamentales et tend vers des conditions réelles d’utilisation. La première étape a consisté à synthétiser et caractériser des films de ZnO dopé Mg et notamment l’évolution de la structure cristalline, la structure électronique, la résistivité, (…) avec le dopage. La pertinence de ces paramètres a ensuite été évaluée et discutée au regard de la stabilité de ces films en solution. Dans un second temps, les produits de corrosion formés, en laboratoire, en présence ou non de chlorures, sur des phases pures de Zn et ZnMg, ont été caractérisés. Les processus physico-chimiques liés à la formation de ces produits ont ensuite été discutés, afin de mettre en lumière le rôle du Mg dans l’amélioration de la résistance à la corrosion. La dernière étape, s’est attachée à caractériser des produits de corrosion formés après 6 mois en milieu naturel, en atmosphère marine, sur des phases pures de Zn et ZnMg, et des revêtements industriel de type ZnMgAl. Les résultats obtenus ont permis de mettre en évidence une meilleure stabilité en solution des films de Zn0.84Mg0.16O en comparaison du ZnO, en corrélation avec une présence accrue de liaisons hydroxyles, une augmentation de la résistivité et de la fonction de travail. Ces trois paramètres sont apparus également pertinents, sur les produits de corrosion formés en laboratoire et naturellement en présence de Mg et de Mg, Al, et corrélés à l’amélioration de la résistance à la corrosion. / The aim of this study was to provide some understanding about the improvement of the corrosion resistance of ZnMg and ZnMgAl alloys in comparison to Zn, in chloride content atmospheric environment, from fundamental considerations gradually towards the actual use of these materials. The first approach consisted in the synthesis and physicochemical characterization of films of magnesium doped zinc oxide and particularly the evolution of parameters such as the crystal structure, the electronic structure (band gap), the resistivity, (…) with doping. The relevance of these parameters was then evaluated and discussed regarding to the stability of these films in a solution of pH 8.4. The second stage focused on the characterization of corrosion products formed in the laboratory with or without chloride, on pure Zn and ZnMg. The physico-chemical processes related to the formation of these products were then discussed to highlight the role of Mg in the improvement of the corrosion resistance of ZnMg alloys in comparison with the Zn. The third and final stage consisted in the characterization of corrosion products formed in marine atmosphere on pure Zn and ZnMg, as well as on industrial coating-type ZnMgAl, after 6 months of exposure. The results obtained in this study showed a better stability in solution of solid solution films of Zn0.84Mg0.16O in comparison with the ZnO, correlated with the increase of hydroxyl bonds, associated with an increase of resistivity and work function. These three parameters appeared also relevant regarding the corrosion products formed naturally in the laboratory and in the presence of Mg and Mg-Al, and correlated with improvement of the corrosion resistance.