En vue de la numérisation des images radiologiques, les propriétés luminescentes de l'europium divalent dans diverses familles de composés du strontium ou du baryum comportant un halogène ont été étudiées. Dans les composés riches en halogène (MCl2, M4OCl6, M5SiO4Cl6...) (M=Sr, Ba), l'extinction thermique de l' émission ne débute qu'au-dessus de 300 K. De fortes densités de centres colorés présentant des bandes d'absorption à grande longueur d'onde ont pu être obtenues après irradiation X. La conjonction de ces deux caractéristiques permet, notamment dans le cas des halogènosilicates Sr5SiO4Cl6(1-x)Br6x:Eu, l'obtention de rendements de luminescence photostimulée par laser argon particulièrement élevés.

Th.--Sci.--Bordeaux 1, 1984. N°: 808.

De nombreux composés oxygénés ternaires MIIAO contenant un élément alcalino-terreux ou le plomb ont été signalés et étudiés au cours des cinquantes dernières années. Certains se sont révélés par ticulièrement importants en raison de leurs propriétés physiques : les ferrites ferrimagnétiques de structure magnétoplombite...

La chimie des métaux alcalino-terreux lourds (calcium, strontium et baryum) a longtemps été décrite comme difficile et imprévisible contrairement à la chimie du magnésium, leur plus léger congénère. Cependant, au cours des dernières décennies, de nombreux complexes basés sur ce type de métaux ont émergés en tant que précatalyseurs efficaces pour un grand nombre de transformations organiques (polymérisation, hydroélémentation, couplage déshydrogénants, etc..). Cette thèse décrit la synthèse et l’étude (expérimentale et théorique) de nouveaux complexes de baryum de basse coordinance basée sur l’utilisation de ligands alcoolates pauvres en électrons. L’étude de ces composés a permis d’améliorer notre compréhension des différents phénomènes nécessaires à la stabilisation de tels composés. Dans un second temps, deux nouveaux systèmes de couplages déshydrogénants BO‒H/H‒Si et SiO‒H/H‒Si ont été développés et étudiés. Ces systèmes ont permis la formation catalytique de borasiloxanes et de siloxanes dissymétriques de façon sélective. Enfin, ces travaux montrent la synthèse et l’utilisation de nouveaux ligands ancillaires pour la formation de complexes hétéroleptiques de baryum stables. Ces derniers ont démontré une forte activité catalytique en hydrophosphination intermoléculaire avec des TOF pouvant atteindre 200 h-1 pour l’hydrophosphination du styrène par la HPPh2. / Heavy alkaline earth metals chemistry (calcium, strontium and barium) has been described as difficult and unpredictable for a long time, unlike the chemistry of magnesium, their lightest congener. However, in the last decades, many complexes based heavy alkaline earth metals have emerged as effective precatalysts for many applications and organic transformations (polymerization, hydroelementation, dehydrogenating coupling, etc.). This thesis describes the synthesis and study (experimental and theoretical) of new low-coordinate barium complexes based on electron-poor alkoxide ligands. The study of these compounds has improved our understanding of the different phenomena required to stabilize such compounds. Then, two new dehydrocoupling systems BO-H/H-Si and SiO-H/H-Si were developed and studied. These systems have allowed the catalytic formation of borasiloxanes and asymmetric siloxanes in a selective manner. Finally, this work shows the synthesis and use of new ancillary ligands for the formation of stable heteroleptic barium complexes. The latter have demonstrated strong catalytic activity in hydrophosphination with TOFs up to 200 h-1 for the intermolecular hydrophosphination of styrene by HPPh2.

Les complexes organométalliques de métaux alcalino-terreux lourds (Ca, Sr, Ba), ont émergé ces deux dernières décennies en tant que précatalyseurs efficaces, biocompatibles et disponibles à bas coûts pour des réactions d'hydroélémention d'oléfine ou de polymérisation de cycloesters. Cette thèse décrit la synthèse de complexes de métaux du groupe 2 (Ca, Sr, Ba) et leur utilisation en catalyse de couplage déshydrogénant N-H/H-Si. Le précatalyseur Ba[CH(SiMe3)2]2(THF)3 s'est montré le plus efficace pour le couplage d'amines avec des hydrosilanes, présentant une activité catalytique parmi les plus élevées à ce jour (TOF jusqu' 3600 h-1 ; TON jusqu'à 396). La combinaison de résultats théoriques (calculs DFT en collaboration avec le Dr. Sven Tobisch) et expérimentaux ont permis de comprendre les mécanismes opératoires de ces réactions. Le développement de procédés de synthèse pour la production d'oligo- ou polysilazanes a été mené par l'intermédiaire de ces couplages déshydrogénants. Des structures macromoléculaires linéaires ou cycliques de type polycarbosilazane, présentant de nombreuses applications en chimie des matériaux, ont notamment été synthétisées par polycondensation catalysée par Ba[CH(SiMe3)2]2(THF)3. Dans un dernier temps, la synthèse de complexes innovants de métaux des groupes 12 (Zn, Cd, Hg) et 14 (Pb) a été effectuée en collaboration avec l'équipe du Pr. Silvestru de l'université de Babeş-Bolyai (Cluj-Napoca, Roumanie). / In the past two decades, heavier alkaline-earth (Ca, Sr, Ba) complexes have emerged as highly efficient and biocompatible precatalyst for hydroelementation or polymerisation reactions. This PhD thesis describes the synthesis and characterisation of heavier alkaline-earth complexes and their applications as precatalyst for cross-dehydrocoupling of hydrosilanes and amines. The homoleptic precatalyst Ba[CH(SiMe₃)₂]₂(THF)3 displayed high catalytic activity (TOF up to 3600 h⁻¹ ; TON up to 396), with excellent chemoselectivity in reaction of (di)amines with (di)hydrosilanes. Combination of experimental and DFT investigations (collaboration with Dr. Sven Tobisch) revealed the reactions proceed by nucleophilic attack of a metal amide at the incoming silane and subsequent turnover-limiting hydrogen transfer to the metal center. Development of synthesis of oligo- and polysilazanes was performed using our best barium precatalysts. Cyclic or linear polycarbosilazanes (Mw up to 10 000 g.mol⁻¹) were also produced by fast and controlled barium-catalyzed N-H/H-Si polycondensation. In a collaboration with Prof. Silvestru from Babeş-Bolyai University (Cluj-Napoca, Roumanie), synthesis of interesting zinc, cadmium, mercury and lead complexes were achieved in complement of this work.

Dans ce travail, nous présentons une étude originale de l'utilisation des catalyseurs basiques solides dans la réaction de transestérification des acrylates. La réaction de l'acrylate d'éthyle avec le n-hexanol a été choisie comme réaction modèle. Les catalyseurs employés, à base d'alumines modifiées par des ions alcalins, alcalino-terreux ou fluorures, se sont avérés être actifs et sélectifs dans la réaction de transestérification, réalisée en conditions douces, sans solvant, en utilisant un rapport stoéchiométrique des réactifs. Les réactions secondaires ont été identifiées comme étant des réactions d'addition de Michael. Nous avons mis en évidence que la réaction de transestérification se produit sur des sites basiques faibles, le catalyseur Ca(NO3)2/ γ-Al2O3 ayant montré la sélectivité la plus élevée en acrylate d'hexyle (> 90%) pour une conversion supérieure à 60%. L'étude du recyclage du catalyseur nous a permis de déterminer les facteurs les plus influents tels que le contact du catalyseur avec le CO2 et l'eau ainsi que la teneur en fer de l'alumine employée comme support. Ces facteurs sont déterminants pour le recyclage du catalyseur, qui peut alors être recyclé jusqu'à 4 fois dans la réaction de transesterification de l'acrylate d'éthyle par le n-hexanol sans observer de changements significatifs de la conversion et de la sélectivité / We present an original study of the use of solid basic catalysts in the transesterification reaction of acrylates. The reaction of ethyl acrylate with n-hexanol was chosen as model reaction. The catalysts employed, based on alumina modified with alkalin, alkalin earth, and fluoride ions were shown to be active and selective for the reaction of transesterification reaction carried out under mild conditions, without solvent, using a stoechiometric amount of reactants . The secondary reactions were identified as Michael addition reactions. We demonstrated that the transesterification reaction occurs on weak basic sites, the catalyst Ca (NO3)2 /γ-Al2O3 has shown the highest selectivity in the hexyl acrylate (> 90%) for conversion greater than 60%. The study of the catalyst recycling allowed to determine the most influential factors such as the catalysts contact between CO2 and water as well as the iron content of the alumina support. These factors are critical to the success of the catalyst recycling, which was done four times in the reaction of transesterification of ethyl acrylate with n-hexanol without observing significant changes in the conversion and selectivity

Afin d'étudier les processus collisionnels qui se produisent lors de la formation de condensats de Bose-Einstein moléculaires, nous avons entrepris, à l'aide d'une méthode quantique indépendante du temps basée sur les coordonnées hypersphériques, l'étude de la dynamique entre atomes et diatomiques à ultra-basse énergie. Nous présentons des résultats théoriques pour trois systèmes d'alcalins, chacun formé d'atomes de lithium, de sodium ou de potassium, et pour un système d'alcalino-terreux formé d'atomes de calcium. Nous avons également étudié la dynamique lorsque la longueur de diffusion atome-atome devient grande et positive. Les résultats mettent en évidence la suppression des processus inélastiques pour un système composé d'atomes fermioniques ainsi qu'une relation de proportionnalité entre la longueur de diffusion atome-diatome et la longueur de diffusion atome-atome.

Parmi les défis que le Monde devra affronter dans les prochaines décennies, le plus difficile est l’utilisation d’énergie durable. Dans un scénario où les sociétés occidentales sont fortement dépendantes des combustibles fossiles pour garder leur niveau de bien-être (chauffage domestique, transport et production d’électricité), complété par les pays en voie de développement qui ont besoin d’alimenter leurs économies croissantes, il est nécessaire de souligner l’impact négatif sur l’environnement causé par l’utilisation de ces ressources fossiles mais aussi les problèmes géopolitiques pour les pays « non producteurs ». La collecte d’énergie provenant des sources renouvelables peut limiter la dépendance des combustibles fossiles, pourtant cette dernière ne peut remplacer les centrales électriques classiques à cause de son caractère intermittent.Les batteries sont des dispositifs qui peuvent résoudre définitivement cette limitation, puisqu’elles sont capables d’accumuler l’excès d’énergie produit afin de le délivrer au moment souhaité. De plus elles ont été envisagées comme les dispositifs principaux pour toutes les applications portables (téléphones et ordinateurs portables mais aussi véhicules). Grâces à ses excellentes performances et sa technologie bien développée, les batteries lithium-ion ont un rôle déterminant dans le support de cette nouvelle révolution énergétique. Pourtant leur usage répandu a été récemment remis en question à cause de la faible disponibilité de lithium, qui est un élément rare et concentré seulement dans certaines zones du monde. L’emploie du lithium pourrait donc engendrer les mêmes problèmes que les combustibles fossiles. De plus, cette technologie semble avoir atteint son niveau de développement maximal et ne pourrait plus être suffisante pour satisfaire des applications de plus en plus énergivores. Il est donc nécessaire d’envisager des alternatives au lithium en axant les recherches sur des ressources plus abondantes que lithium et à moindre coût mais aussi sur des systèmes plus performantes.Les batteries post-lithium, qui sont basées sur d’autres porteur de charges que le Li+, pourrait représenter des alternatives plus sécurisées, respectueuse de l'environnement et aussi plus attractifs en termes de capacité stockée. Le magnésium est un candidat prometteur pouvant remplacer le lithium dans les systèmes électrochimiques de stockage d’énergie, grâce à son abondance, son faible coût et sa capacité volumique qui est doublée par rapport à cette du lithium. Cependant, l’obstacle le plus important au développement des batteries rechargeable au magnésium est la mauvaise compatibilité entre les électrolytes classiques et le magnésium métal. Dans cette optique il est encore nécessaire d’utiliser des mélanges de sel/solvant extrêmement dangereux dans les prototypes proposés. En revanche, la recherche de possible alternatives au magnésium métal, c.-à-d. des matériaux capable de réagir à bas potentiel avec le Mg, permettrait de réaliser une véritable batterie aux ions de magnésium (MIB), compatible avec des formulations d’électrolyte classiques.Cette thèse est dédiée à l’investigation des comportements électrochimiques de plusieurs éléments du bloc p (In, Sn, Sb, Bi) qui peuvent s’allier réversiblement avec le Mg à bas potentiel. Des possibles synergies entre ces éléments ont été aussi explorées (composite Sn-Bi, phases intermétalliques BixSb1-x et InBi) qui puissent être employés comme électrodes négatives pour MIBs. Des poudres micrométriques ont été obtenues par broyage/alliage mécanique, technique de synthèse simple à mettre en œuvre. Une attention particulière a été portée à l’étude des mécanismes électrochimiques d’alliage et/ou conversion avec la diffraction des rayons X en mode operando. L’évaluation des performances électrochimiques a permis de sélectionner le meilleur candidat pour être testé comme électrode négative dans un prototype de batterie magnésium-ion. / One of the most challenging hurdles that the World has to face in the next decades is the sustainable use of energy. In a scenario where western societies are largely dependent of the fossil fuels for maintaining their wellness, i.e. for heating, automotive transportation and electricity production, and developing countries need to feed their growing economies, it is worth underlying both the major impact on the environment due to the indiscriminate use of such combustibles but also the geopolitical issues for the non-producing countries. Energy harvesting by renewable sources can help limiting the dependence on fossil fuel exploitation but cannot perfectly replace conventional power plant due to its intrinsic intermittency.Batteries are the devices that can draw a line under this situation, since they can stock the energy surplus when the plant is operating and then can squeeze it in the power grid when there is a lack of production. Moreover, they are also targeted to fulfil the even growing demand of energy for portable applications (mobile phones and computers, and nowadays cars and trucks). The excellent performance and the well-established technology of Lithium-ion batteries (LIBs) put them in a crucial position for supporting this new energy revolution. However their ubiquitous role has been recently questioned for two main reasons: i) of the low availability of Li, which is a rare and not-uniformly spread element that may lead to the similar problems caused by fossil fuels. And ii) the effective capacity to satisfy the highly energy-demanding applications, since Li-ion technology seems reaching is upper limit in terms of overall performance. Therefore cheaper and more powerful alternative to Li-based systems are needed.Post-Lithium-based batteries, based on other charge carriers than Li+ can be offer safer, more sustainable and performing alternative to LIBs. Mg is a promising candidate that can replace Li in electrochemical systems due to its abundance, low cost and a theoretical volume capacity twice higher than that of Li. Although the efforts devoted to the realization of a rechargeable Mg battery were made in the last 15 years, the major hurdle represented by the low compatibility between metallic Mg and conventional electrolytes still obliges the use of hazardous salt/solvent mixtures in research prototypes. Searching alternative negative electrodes to the Mg metal, i.e. compounds able to reversibly react with Mg at low potential, will pave the way for a veritable Magnesium-ion battery (MIB), allowing the use of conventional electrolytes.The present thesis is devoted to investigate the electrochemical behaviour of several p-block elements that can reversibly alloy with Mg at low potential (In, Sn, Sb, Bi). Possible synergies between these elements are also explored, realizing composite materials (Sn-Bi), or intermetallic phases (BixSb1-x and InBi) that could be employed as negative electrodes in MIBs. The chosen synthetic route for obtaining micrometric-sized particles is the mechanical milling/alloying, since it is simple, cost-effective and upscalable. Particular attention is put on the study of electrochemical mechanisms through the operando X-ray diffraction. Electrochemical performance evaluation allows selecting the best candidate for an effective test as negative electrode in MIB prototype.

Différents phosphates ont été préparés et testés pour la déshydratation de l'acide lactique en phase gaz. La sélectivité en acide acrylique dépend fortement de la température de réaction mais peu du temps de contact. A 380°C, des valeurs de sélectivité allant de 19 à 50% ont été mesurées pour des phosphates alcalino-terreux qui sont stables sur au moins 24 h. Des mesures d'acido-basicité ont montré que ces phosphates contiennent une forte proportion de sites de même force faible. De plus, une corrélation entre la sélectivité en acide acrylique et le ratio molaire acide/base a été établie : elle atteint 50% pour un rapport proche de 1 et diminue lorsque ce ratio augmente. L'acide lactique étant thermiquement peu stable (fonction acide très réactive), nous nous sommes tournés vers la conversion du lactate d'éthyle pur. Les sélectivités en produits de déshydratation sont largement favorisées avec une sélectivité maximale de 87% à 15% de conversion. Cependant, les catalyseurs sont moins actifs et se désactivent fortement sur 24 h. La désactivation peut être inhibée par ajout d'eau dans la phase gaz. La caractérisation de surface a montré que les vitesses de réaction augmentent avec le rapport P/M et a révélé la présence d'une phase amorphe hydroxylée correspondant à des mono, dihydrogénophosphates ou des polyphosphates. Les groupements P-OH présents dans cette phase sont consommés ou modifiés en condition de réaction pour les deux réactifs suggérant qu'ils constituent des sites actifs. Enfin, le suivi DRIFT des TPD-NH3 a permis de proposer que des paires acide-base (M2+ et P-O-) sont dosées dans ce cas. Elles constitueraient le site d'adsorption de l'acide lactique conduisant ensuite à un mécanisme de déshydratation de type E2 / Various alkaline-earth phosphates were prepared and evaluated for gas phase dehydration of lactic acid. Selectivity to acrylic acid strongly depends on the reaction temperature but not on the contact time. At 380 °C, values ranging from 19 to 49% were measured for alkaline–earth phosphates catalysts that are stable for at least 24 h. Acid–base properties measurements revealed that such phosphates contain high proportion of acidic and basic sites with same weak strength. Furthermore, correlation between selectivity to acrylic acid and the acid–base balance was clearly established: it was 50% for balance close to 1 and decreased increasing this parameter. Because of poor thermal stability of lactic acid, we then focused on the ethyl lactate conversion. Selectivities in dehydration products were much higher with a maxima of 87% at 15% conversion. However, the catalysts were less active and stable. The deactivation can be inhibited adding water in the gas phase. Surface characterization of catalysts showed that catalytic activities are correlated with the P/M ratio and revealed the presence of an hydroxylated amorphous phase corresponding to mono / dihydrogenophosphates or polyphosphates. The P-OH species present in these phases are consumed or modified for both reactants suggesting that they are active sites. Finally, NH3-TPD measurements followed by DRIFT suggested that acid base pairs (M2+ and P-O-) are then probed. Such pairs would constitute the adsorption site of lactic acid which then dehydrate in acrylic acid by an E2 mechanism

Cette thèse présente l'étude théorique de processus cohérents d'excitation et d'ionisation dans les alcalino-terreux. Les paramètres atomiques indispensables pour décrire la dynamique sont calculés en combinant la méthode de matrice R et la théorie du défaut quantique à plusieurs voies (MQDT). Nous analysons les résultats expérimentaux obtenus par l'équipe d'Elliott concernant le contrôle des taux de production de trois états ioniques du baryum obtenus par interférence entre deux chemins d'ionisation quasi-résonnants avec un état intermédiaire dans un processus à deux photons de couleurs différentes. Introduisant un hamiltonien effectif, nous montrons que la dynamique d'évolution suit l'état adiabatique formé par l'excitation cohérente des deux états intermédiaires. Nous utilisons un formalisme MQDT dépendant du temps, valable en champ faible, pour analyser l'expérience de Ramsey optique, réalisée par van Leeuween et al, portant sur le contrôle des énergies et des distributions angulaires de photoélectrons émis par un paquet d'onde autoionisant créé dans le calcium par excitation du c÷ur isolé d'un état de Rydberg. Le flux radial instantané d'électrons créé par une ou deux impulsions pouvant présenter une dérive de fréquence est aussi étudié. Nous présentons un formalisme nouveau adapté à l'étude de la dynamique de paquets d'onde autoionisants créés par des impulsions brèves et intenses excitant des résonances étroites. Les résonances sont introduites explicitement dans les équations d'évolution. Leur énergie complexe (position et largeur), leurs couplages avec les voies ouvertes induits par le potentiel atomique et ceux avec les états discrets dûs aux laser sont déduits des expressions MQDT par le calcul numérique des pôles et des résidus de la matrice de diffusion physique S et de l'opérateur déplacement lumineux. Le lien entre ces pôles et les états de Siegert permet d'associer une fonction d'onde aux résonances et donc de les identifier.