La stratégie de Capture et Séquestration du dioxyde de carbone (CO2) (CCS) a pour objectif de récupérer ce gaz en sortie des fumées de combustion des centrales thermoélectriques. La technologie membranaire est une des technologies envisageables. Pour les membranes polymères, de nouvelles voies d'élaboration de matériaux sont entreprises pour la séparation de gaz. Une de ces voies nous a conduits à utiliser le concept de la Chimie Dynamique Constitutionnelle (CDC). Appliqué au domaine des polymères, ce concept conduit aux polymères dynamiques moléculaires covalents (dynamères). Ils sont rendus dynamiques par création de liaisons covalentes réversibles entre unités monomériques moléculaires ou macromoléculaires, ce qui permet de moduler leurs paramètres intrinsèques et leur donnent un caractère adaptif et évolutif. L'objectif de notre étude consiste à élaborer des dynamères susceptibles d'être utilisées comme membrane permsélective par rapport au dioxyde de carbone. Dans un premier temps, le changement climatique ainsi que la technologie de séparation membranaire appliquée aux gaz sont exposés. Par la suite, les mécanismes de transferts de gaz à travers une membrane à base de polymères sont développés. Puis nous avons synthétisé trois séries de dynamères par auto-assemblage de monomères et de macromonomères de géométries et de tailles différentes en créant des liaisons imines. La variation des pourcentages en précurseurs nous permet de moduler la géométrie architecturale du système macromoléculaire. Pour vérifier cela, plusieurs méthodes de caractérisation ont été entreprises. Les analyses spectroscopiques infrarouges et RMN 1H ont permises de mettre en évidence la bonne connexion de nos précurseurs ainsi que le respect des quantités des précurseurs introduites. Les résultats des analyses DSC et de fractions de volumes libres des systèmes macromoléculaires indiquent une évolution dans la géométrie architecturale du système en fonction du pourcentage de précurseurs macromonomériques. Nous avons déterminé le coefficient de perméabilité, de diffusion et de solubilité de gaz pour les membranes dynamères synthétisées par la méthode dit du temps de retard. Au final, pour évaluer les performances de ces membranes dynamères, les résultats de permsélectivité sont reportés sur les diagrammes de Robeson. Ils indiquent que certaines membranes dynamères possèdent des performances en termes de perméabilité et de sélectivité qui sont tout à fait correctes, et ce pour plusieurs couples de gaz et en particulier ceux qui concernent le dioxyde de carbone. / The strategy of Capture and sequestration of carbon dioxide (CO2) (CCS) aims to recover the gases leaving the combustion gases of thermoelectric plants. Membrane technology is one of feasible technologies. For polymeric membranes, new ways of developing materials are undertaken for gas separation. One route led us to use the concept of Dynamic Constitutional Chemistry (DCC) molecular. When applied to polymers, this concept leads to covalent polymer molecular dynamics (dynamères). They are made dynamic by creating reversible covalent bonds between molecular or macromolecular monomer units, which allows modulating their intrinsic parameters and gives them an adaptive and evolutionary nature. The aim of our study was to develop dynamers could be used as membrane for carbone dioxide separation. Firstly, climate change and membrane separation technology applied to gases are exposed. Thereafter, the transfer mechanisms of gases through membrane-based polymers are developed. Then we synthesized three series of dynamers by self-assembly of monomers and macromonomers of geometries and sizes by creating links imines. The percentage change in precursors allows us to modulate the architectural geometry of macromolecular system. To verify this, several methods of characterization were undertaken. Infrared spectroscopic analysis and 1H NMR allowed us to highlight the good connection of our precursors and respect quantities of precursors introduced. The results of DSC analysis and free volume fraction of macromolecular systems show a marked change in the geometry of the system architecture based on the percentage of precursor's macromonomerics. We determined the permeability coefficient, diffusion and solubility of gas for dynamères membranes synthesized by the method of said delay. Finally, to evaluate the performance of these membranes dynamers, permselectivity results are shown in the diagrams of Robeson. They indicate that some membranes have dynamères performance in terms of permeability and selectivity are quite correct, and those for several pairs of gases and in particular those concerning carbon dioxide.

Le monoxyde de carbone (CO) est un gaz diffusible dont la production à l'état physiologique est majoritairement issue de la dégradation de l’hème par l’hème oxygénase (HO). Le CO endogène a des propriétés vasorelaxantes comparables à celles du monoxyde d’azote. L’effet du CO a été étudié dans des modèles d’ischémie coronarienne, d’insuffisance rénale aigue et d’hypertension artérielle : des propriétés anti-agrégantes, anti-prolifératives, anti-inflammatoires et anti-apoptotiques ont été mises en évidence. Ces propriétés suggèrent que le CO pourrait aussi jouer un rôle dans la prévention de la thrombose vasculaire, et la prévention de la progression de l’insuffisance rénale chronique. Dès lors, les objectifs de cette thèse ont été : 1) d’évaluer les effets in vivo d’un inducteur de l’HO-1, l’hémine, administré en chronique respectivement dans un modèle de thrombose carotidienne et dans un modèle d’insuffisance rénale chronique chez le rat et ; 2) de fournir des éléments susceptibles d’expliquer la mécanistique qui sous-tend les effets liés à l’induction de l’HO-1. Dans le modèle de thrombose artérielle validé chez le rat par notre laboratoire, l’administration chronique d’hémine à la dose de 50 mg/kg a réduit significativement le taux d’occlusion vasculaire par rapport aux animaux non traités (7,2% versus 71%; p<0,01). A l’inverse, les animaux traités par l’hémine recevant parallèlement un inhibiteur de l’HO-1 ont présenté des taux d’occlusion vasculaire comparables à ceux des animaux "contrôles". Ces résultats suggèrent que la réduction du taux d’occlusion artérielle observée, qui ne s’est pas accompagnée de modifications significatives de la pression artérielle, des paramètres sanguins ou de l’hémostase, est directement liée à l'expression vasculaire de l’HO-1. Dans le modèle d’insuffisance rénale chronique par néphrectomie des 5/6 chez le rat, l’administration chronique 2 fois par semaine d’hémine à la dose de 50 mg/kg a diminué significativement, par rapport aux animaux contrôles, la protéinurie (1,0 versus 7,3 g/mmol de créatinine), les index de glomérulosclérose (0,84 versus 2,53) et d’atrophie tubulaire rénale (0,9 versus 2,33), l’expression des protéines impliquées dans la progression de l’insuffisance rénale [(TGF-???0,62 versus 1,0) caspase-3 (0,35 versus 0,71); BMP-4 (0,11 versus 0,32)] et a augmenté significativement l’expression de la protéine BMP-7 néphroprotectrice (1,31 versus 0,38). Par rapport aux animaux recevant un antagoniste des récepteurs AT1 de l'angiotensine II (losartan à la dose de 20 mg/kg), traitement de référence utilisé au cours de l'étude, les effets de l'hémine ont été comparables pour l’expression de TGF-?? (0,62 versus 0,65) voire supérieurs pour son effet sur protéinurie (1 g/mmol de créatinine versus 2,2 g/mmol de créatinine), l’index de glomérulosclérose (0,84 versus 1,68) et d’atrophie tubulaire (0,9 versus 1,66), malgré une réduction de la pression artérielle plus faible (152,4 mmHg versus 134,7 mmHg). D’autres travaux doivent à présent être entrepris afin d’évaluer si l’induction de l’HO-1 peut constituer une approche thérapeutique d’avenir dans la prévention de la thrombose carotidienne et dans la progression de l’IRC. / No summary available.

Tout être vivant a besoin d'eau pour survivre. Cette ressource occupe une place importante parmi les éléments nécessaires à la vie sur le globe terrestre. Ainsi, il est essentiel d'avoir accès à une eau parfaitement sécurisée et pure. Ceci représente un des enjeux économique et sociétal majeurs qui ont poussé les acteurs industriels du domaine de l'eau à innover technologiquement pour développer de nouveaux procédés de traitement. Les membranes et les technologies membranaires s'imposent comme une solution innovante de développement durable pour répondre à cette problématique. C'est dans ce cadre que se place ce travail de thèse dont l'objectif est de produire un dispositif de traitement des eaux en valorisant les ressources naturelles libanaises. Les argiles collectées se sont avérées aptes au frittage et la température de calcination permettant d'obtenir un matériau consolidé se situe dans la gamme 950°C - 1200°C. Ces conditions de traitement thermique permettent de conserver une certaine porosité en vue d'une utilisation comme support membranaire. Avant le dépôt de la couche active en carbone bio-sourcé sur ces supports, une filtration préliminaire d'organismes pathogènes a été réalisée. Afin d'éviter la formation de biofilms à la surface des supports en argile, des diffuseurs d'huiles essentielles ont été développés. Ces derniers, connus depuis la haute antiquité pour leurs effets bactéricides et fongicides ont remplacé l'utilisation des antibiotiques pour diverses maladies. Dans ce contexte, des huiles essentielles issues de la lavande, du romarin et de l'origan ont été extraites et diffusées dans l'eau à travers les supports en argile. Parallèlement, des membranes en carbone bio-sourcé ont été réalisées à partir des sous-produits issus des industries agroalimentaires libanaises. Des nanoparticules de carbone ont été synthétisées par carbonisation hydrothermale à partir de déchets de bière puis déposées par spin-coating et slip-casting sur les supports membranaires à base d'argiles et des supports commerciaux de caractéristiques variées. / Providing people worldwide an access to clean and safe water is one of the most motivating scientific and economical challenges of our modern society. Water purification and remediation can be afforded by membrane technology. The preparation of membranes using low-cost and locally-available resources appears as an economically-competitive solution. This drawback may be considered in the framework of a sustainable chemistry approach. In this context, our work is focused on the elaboration of supports and membranes from Lebanese resources. For this purpose, ceramic supports were developed from natural clays. Inorganic bio-sourced carbon membranes were prepared from by-products of the Lebanese agro-alimentary industries.The thermal treatment required to ensure the support adequate properties was fixed around 950°C - 1200°C. Clay supports (flat and tubular) were elaborated by extrusion and roll-pressing of plastic clay green pastes. Before the deposition of the carbon membrane active layer, it was necessary to filtrate bacteria to avoid and/or limit biofouling. Indeed, microorganisms especially bacteria represent a possible cause of human diseases proliferation. Drinkable water should be thus disinfected to ensure the health of the population and notably in the third countries. It is well known that the essential oils extracted from aromatic plants were used as remedies for many diseases, to prevent the possible side effects of antibiotics. In this context, lavender, rosemary and oregano were diffused through clay ceramic supports to prevent all types of bacteria and biomass film growth in the water tanks.At the same time, a sustainable route to carbon membranes was developed using by-products of food industries. Starting from wastes of Lebanon beers, carbon nanoparticles were synthetized by hydrothermal carbonization. The carbon colloids were then deposited on the clay-based supports to form carbon membranes by slip-casting and spin-coating.

La capture du carbone de combustion implique le transport de gaz riches en CO2 a haute temperature. Cette etude vise a preciser les facteurs controlant l'oxydation d'alliages chromino-formeurs dans ces environnements. Des alliages modeles Fe–Cr et Fe–Cr–Ni ont ainsi ete exposes a des melanges Ar–CO2–H2O a 650 et 800 °C, et les produits de reaction examines a l'aide de techniques de metallographie conventionnelles. La precipitation de carbures sous des couches d'oxyde indique une sursaturation en carbone a l'interface metal/oxyde, par rapport a l'atmosphere exterieure. Sur la base d'un modele d'equilibre thermodynamique local, les vitesses de carburation et fractions volumiques de precipites mesurees sont utilisees pour evaluer l'influence de la composition de l'oxyde et de la presence d'H2O dans le gaz sur le transport du carbone. En analysant la depletion en chrome dans l'alliage sous-jacent, nous montrons que la carburation limitee sous une couche de chromine n'altere pas la stabilite de l'oxyde. L'evolution morphologique des nodules d'oxydes riches en fer formes a la suite de la rupture localisee de la chromine est mise en relation avec la capacite de l'alliage a fournir du chrome a l'interface metal/oxyde. L'application de modeles de germination-croissance aux cinetiques de developement de nodules permet d'evaluer la resistance des couches de chromine via des frequences de germination determinees a partir des taux de recouvrement de nodules et des gains de masse des echantillons. Nous examinons enfin l'importance relative de la germination et de la croissance des nodules dans le controle de la performance globale des alliages en fonction de la temperature de reaction. / Materials to convey hot CO2-rich gases are needed in carbon capture technologies currently being developed. This work is aimed at investigating the factors controlling the oxidation of chromia-forming alloys in these atmospheres. To do so, model Fe–Cr and Fe–Cr–Ni alloys were exposed to Ar–CO2–H2O gas mixtures at 650 and 800 °C,and the reaction products examined using conventional metallography techniques. Carbide precipitation beneath oxide scales reflects a carbon supersaturation at the metal/oxide interface relative to the external atmosphere: as a gradient of oxygen potential is established across the growing scale, an elevated carbon activity results at the interface if the scale transmits carbon. On the basis of a local equilibrium model, measured carburisation rates and precipitate volume fractions were used to evaluate the influence of oxide composition and of the presence of H2O in the gas on carbon uptake/transport in the scales. Limited carburisation beneath Cr2O3 scales was shown by means of an analysis of subscale chromium depletion not to alter the oxide stability. The morphological evolution of Fe-rich oxide nodules formed as a result of localised Cr2O3 failure was studied in relation to the alloy ability to supply chromium to the metal/oxide interface. Application of nucleation-growth models to the kinetics of nodule development allowed the resistance of Cr2O3 scales to be evaluated in terms of nodule nucleation rates determined from experimental nodule surface coverages and specimen weight gains. The relative importance of nodule nucleation and growth in determining the overall alloy performance as a function of reaction temperature is discussed.

La mise en évidence des nanotubes de carbone mono-feuillets (SWCNTs) en 1993 par S. Iijima a été une des découvertes qui a marqué la recherche dans le domaine des nanos. L'étude de leurs propriétés a révélé qu'elles étaient supérieures à celles de matériaux déjà connus et a laissé entrevoir un champ très large d'applications potentielles. Les méthodes de synthèse actuelles permettent de produire des SWCNTs en grande quantité. Cependant, les échantillons de SWCNTs peuvent être hétérogènes tant au niveau de leur composition (impuretés carbonées et métaux catalytiques) qu'en ce qui concerne les caractéristiques des SWCNTs eux-mêmes. Des traitements post-synthèses sont donc indispensables pour améliorer les caractéristiques des échantillons. Dans ce travail, nous avons dans un premier temps mis en oeuvre une procédure de purification (multi-étape) couramment utilisée. En accord avec la littérature, l'optimisation des paramètres expérimentaux notamment en ce qui concerne le traitement d'oxydation n'a pas permis d'obtenir de bons rendements de purification et une sélectivité de réaction performante. Une méthode de purification alternative a été développée. Elle consiste essentiellement à un traitement thermique sous flux de dichlore. Elle a permis de diminuer significativement la proportion d'impuretés métalliques tout en préservant les nanotubes. Elle s'est également révélée efficace avec des échantillons produits selon différentes méthodes. L'autre difficulté majeure dans l'utilisation des nanotubes est leur processabilité. La modification de l'état de surface des nanotubes passe par la fonctionnalisation chimique. Pour cela, nous avons étudié le greffage de fonctions sondes / The discovery of single-walled carbon nanotubes (SWCNTs) in 1993 by S. Iijima has been one of the milestones of scientific research in the domain of nanos. The study of their properties has revealed that they were superior to those of materials already known and has let to foresee a field of numerous potential applications. The actual methods of synthesis enable to produce SWCNTs in large quantities. However, the SWCNT samples can be heterogeneous regarding both their composition (carbonaceous and metal impurities) and the features of the as-produced SWCNTs. Post-synthesis treatments are therefore indispensable to improve the characteristics of the samples. In this work, firstly we have carried out a standard multi-step purification procedure. In agreement with literature, the optimization of experimental parameters notably those used for the oxidation treatment did not permit us to obtain neither good yields of purification nor efficient selectivity of reaction. An alternative purification method has thus been developed. It consists mainly in a thermal treatment under a dichlore stream. It has enabled to significantly decrease the proportion of metallic impurities in the samples while preserving the nanotubes. It has also shown that this new purification process was efficient with samples produced by different methods. The other main difficulty in using nanotubes is their processability. Chemical functionalization is then needed to modify nanotube surface properties. In that case, we have studied the grafting of probe functions

L’incorporation de nanotubes de carbone dans une matrice polymère permet d’obtenir des matériaux nanocomposites avec des propriétés exceptionnelles. Toutefois, ces dernières dépendent de l’état de dispersion et distribution des nanotubes dans la matrice. Afin de conférer de meilleures propriétés, il est essentiel que le procédé de synthèse des nanocomposites permette une répartition contrôlée des nanotubes dans la matrice. Un procédé de polymérisation in situ, en présence de nanotubes de carbone, a été choisi. Ce dernier permet de contrôler la répartition des nanotubes dans la matrice grâce à l’utilisation des ultrasons. Afin d’optimiser ce procédé, et notamment lors de la polymérisation anionique activée de l’e-caprolactame, l’influence de la présence des nanotubes sur la vitesse de polymérisation et les propriétés rhéologiques du milieu polymérisant a été déterminée. Grâce à une étude calorimétrique suivie d’une étude rhéocinétique, il a été démontré que la présence de nanotubes ralentit la polymérisation et augmente fortement la viscosité du milieu. Cette inhibition provient probablement d’une réaction entre les nanotubes et le catalyseur utilisé pour la polymérisation et dépend donc de l’état de dispersion des nanotubes dans la matrice, lequel peut ainsi être estimé par les études cinétiques. L’étude des propriétés rhéologiques et électriques des nanocomposites à matrice polystyrène et à renforts de nanotubes de carbone a également été entreprise. Suivant l’état de dispersion ainsi que les différents paramètres opératoires, les seuils de percolation électrique et rhéologique ont ainsi pu être déterminés / The introduction of carbon nanotubes into polymers leads to nanocomposite materials with exceptional properties. These later depend, however, on the dispersion and distribution of carbon nanotubes inside the matrix. A key objective, in nanocomposite preparation, is the set up of incorporation processes allowing a good state of dispersion of the nanotubes into the matrix. An in situ polymerization process, coupled with an ultrasound processor, was chosen to best fulfill this objective. The optimization of this process implies the knowledge of the evolution of reaction kinetics and rheological properties during the polymerization. The influence of carbon nanotubes on the anionic activated polymerization of e-caprolactam was investigated by calorimetric and rheokinetic studies. Carbon nanotubes were found to slow down polymerization kinetics and highly increase the viscosity after a certain conversion degree. This inhibition phenomenon could be produced by a reaction between carbon nanotubes and the catalyst employed for the polymerization reaction. The inhibition effect depended also on the state of dispersion of the nanotubes, consequently, kinetic and rheokinetic measurements are an indirect method to estimate the state of dispersion. The electrical and rheological properties of the nanocomposites were also investigated. The influence of the state of dispersion and other parameters, such as temperature, on the electrical and rheological percolation thresholds was identified

L’utilisation des microorganismes marins ou terrestres pour la séquestration à long terme du CO2 est une des solutions envisagées pour diminuer la teneur en CO2 dans l'atmosphère. Le travail de cette thèse se concentre sur les microorganismes calcifiants, et notamment les cyanobactéries, qui peuvent fixer du CO2 sous forme de biomasse et carbonate de calcium. Ce dernier, insoluble dans l’eau, précipite et peut donc constituer un puits à long terme. La compréhension des mécanismes de calcification induits par les cyanobactéries et la possibilité de contrôler ces processus sont nécessaires pour développer une technologie de séquestration du CO2. Cette biotechnologie pourrait constituer une alternative à la technologie de capture et stockage géologique du CO2. Synechococcus PCC8806 une souche marine de cyanobactérie purifiée à l'Institut Pasteur de Paris est utilisée comme organisme au cours du travail expérimental réalisé dans le cadre de cette thèse. Le premier résultat important de cette thèse est le développement d'une stratégie analytique ayant permis d'accéder à un bilan de masse carbone et calcium au cours d'une culture de cyanobactérie sur hydrogénocarbonate. La mise en œuvre de cette stratégie au cours de différents essais réalisés dans le cadre de ce travail a permis par ailleurs de quantifier avec précision la production de carbone organique (biomasse) et de carbone inorganique (CaCO3) en fonction du calcium et du carbone inorganique présent dans les milieux de culture. Nous avons ensuite étudié la précipitation de la calcite au cours de la croissance de Synechococcus PCC8806 en présence de calcium. Pour cela les conditions de culture ont été variées de telle sorte que la survenue des évènements de précipitations a pu être comprise ainsi que l'influence de sites de nucléation mis en évidence. Le grossissement des cristaux a également été étudié attentivement par microscopie électronique à balayage. Une autre partie de ce travail a permis d'identifier la source de carbone inorganique utilisée par Synechococcus PCC8806 pour la photosynthèse. Cela a été l'occasion de réécrire les équations liées aux transferts entre le CO2 atmosphérique et le système carbonaté, ainsi que les équations de photosynthèse en fonction des conditions de disponibilité des deux sources de carbone inorganique (CO2 et hydrogénocarbonate). De plus ont pu être mis en évidence, les effets des phases diurne et nocturne de la croissance de cyanobactéries sur les équilibres du système carbonaté et le pH. Ce travail a également permis de déterminer les vitesses de croissance des cyanobactéries et donc de calculer des rendements de croissance par unité de surface. Cela permettra à terme d'optimiser la production de biomasse et de calcite dans un procédé industriel / The use of marine or terrestrial microorganisms for long-term sequestration of CO2 is a possible solution to reduce the CO2 content in atmosphere. This thesis work focuses on calcifying organisms, in particular the cyanobacteria, which can fix CO2 as biomass and calcium carbonate. The latter is insoluble in water; precipitates may therefore constitute a long term sink. Understanding of the calcification mechanisms induced by cyanobacteria and the possibility of controlling these processes are necessary to develop a technology for CO2 sequestration. This biotechnology could be an alternative technology to CO2 capture and geological storage. Synechococcus strain PCC8806, marine cyanobacteria purified by the Institute Pasteur de Paris is used during the experimental work in this thesis. The first important result of this work is to develop an analytical strategy that allowed access to a mass balance of carbon and calcium in a cyanobacteria culture on hydrogencarbonate. The implementation of this strategy in various tests of this work has also allowed to accurately quantify the production of organic carbon (biomass) and inorganic carbon (CaCO3) according to the calcium and Ci introduced (hydrogencarbonate) in the medium. We then studied the calcite precipitation during growth of Synechococcus PCC8806 in the presence of calcium. For that, culture conditions were varied in order to understand the occurrence of precipitation events and the influence of nucleation sites. The development of crystals has also been carefully studied by scanning electron microscopy. Another part of this work has identified the inorganic carbon source used by Synechococcus PCC8806 for photosynthesis. This was an opportunity to rewrite the equations related to transfers between atmospheric CO2 and the carbonate medium, as well as the equations of photosynthesis depending on the conditions of availability of two sources of inorganic carbon (CO2 and hydrogencarbonate). In addition, we have revealed the effects of diurnal and nocturnal phases of the growth of cyanobacteria on the carbonate system balance and pH. This work also allowed estimating the cyanobacteria growth rates and thus calculating growth yields per unit area. This will ultimately optimize biomass and calcite production in an industrial process

Le dopage non covalent de nanostructures carbonées par transfert de charge depuis/vers des molécules donneuses ou acceptrices (EDA) ou bien par des molécules d’acide sulfurique H2SO4, est considéré comme potentiellement intéressant pour de nombreuses applications. Parmi celles-ci on peut citer: capteur chimique, transistor à effet de champ, et d’autre l'électronique. Cependant, d'un point de vue théorique, on en sait peu au sujet de ces processus de transfert de charge par électrons ou par trous.Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à l’interaction entre des molécules d’acide sulfurique et des nanostructures modèles, car elles sont capables de doper des nanotubes, de s’intercaler dans le graphite et même d’aligner les tubes dans une phase nématique, ce qui pourrait mener à la création de matériaux composites à forte valeur ajoutée.Bien que certaines études théoriques DFT ont été menées récemment, leurs résultats restent source de confusion. Par exemple, même s’il est rapporté un transfert de charge entre une molécule de H2SO4 et un plan de graphène, tous nos efforts pour reproduire ces calculs ont été infructueux. Nous proposons dans ce travail de thèse, un mécanisme de réaction qui expliquent la "protonation" des parois du tube, tel que proposé dans la littérature. Enfin nous proposons un scénario possible pour une meilleure compréhension de la structuration à grande échelle des molécules d'acide autour de points d'ancrage, telles que des défauts, de la structure carbonée / Non-covalent doping of carbon nanostructures by charge transfer from/to donor/acceptor molecules (EDA) or by H2SO4 molecules, be it with holes or electrons, is usually thought as potentially interesting for many applications of carbon based nano-devices. However, from a theoretical point of view, little is known about such “charge transfer” processes.Employing first-principles method based on Density Functional Theory (DFT), we have studied in details, and proposed a model to rationalize, the interaction between a prototypical donor molecule the tetrathiafulvalene (TTF), a standard acceptor organic molecule, tetracyanoethylene (TCNE) and carbon nanostructures: graphene layer and SWNTs with various chiral indices. Main results concern structural and thermodynamic aspects including dispersion forces effects, and evidently electronic structure modifications of the nanostructures. Various adsorption modes and concentration effects have been investigated. At very low coverage values, we have reported a charge transfer between graphene and TCNE or TTF. Moreover, we have shown that the charge transfer can be enhanced by increasing the concentration of those two EDA molecules, as it has been demonstrated experimentally. Those results are beneficial for comprehending the nonchemical doping mechanism in graphene structure by means of charge transfers. Considering the interaction between these prototypical molecules and carbon nanotubes, we have found that charge transfers tend to decrease while the curvature of nanotube is increasing. Besides, a strong influence of the metallic/semi-conductor character of the SWNTs can be observed and be explained by the change of polarisability of the curved carboneous substrates. Additionally, we have studied the adsorption properties of sulfuric acid molecules, in its non-hydrated form, on carboneous nanostructures. Against the common believe, no charge transfer is observed in the H2SO4@graphene or H2SO4@CNTs cases, even at very high concentrations. Instead, in order to elucidate the origin of p-doping observed experimentally, we have proposed that molecule is responsible of the reversible doping. Besides we have shown that a proton transfer could cause the experimental phenomenon of crystallization of H2SO4 molecules on SWNT’s surface. Finally in such process, defects like vacancy are of first importance, since they could provide anchorage points for hydrogen atoms. The results of the present work will certainly help to understand the charge transfer and doping mechanism of carbon nanostructures by means of non-covalent functionalization, which is a promising method for their future applications

L'objectif principal de ce travail est l'étude fondamentale de nanostructures à base de carbone individuelles dans le but d'améliorer la compréhension de leurs propriétés vibrationnelles et optiques intrinsèques ainsi que d'estimer et de quantifier les effets d'environnement. Dans ce but, nous avons synthétisé des nanotubes de carbone mono- et multi-feuillets par décomposition catalytique en phase vapeur sur des substrats dédiés. L'aspect principal du travail est basé sur l'utilisation combinée de plusieurs sondes expérimentales sur la même nanostructure carbonée individuelle. Nous avons effectué une analyse structurale complète par diffraction électronique et microscopie électronique haute résolution et mesuré les spectres Raman de ces nanostructures individuelles. Plusieurs effets environnementaux importants ont été mis en évidence pour la première fois, comme par exemple l'effet d'un couplage mécanique (due à l'interaction de van-der-Waals) entre les parois des nanotubes bi-feuillets conduisant à une modification des modes Raman de basse fréquence et des conditions de résonances optiques. De plus, le comportement des modes de haute fréquence des nanotubes bi-feuillets a été analysé. Suite à ce travail plusieurs critères expérimentaux permettant un diagnostic de la structure des nanotubes multi-feuillets ont été proposés. / The main objective of this work is the fundamental physical study of individual isolated carbon nanostructures in order to address their intrinsic vibrational and optical properties and also to estimate and quantify the environmental effects. For these purposes, we synthesized individual single- and multi-walled carbon nanotubes by chemical vapour deposition method on dedicated substrates. The main aspect of the work involves the combined use of different experimental probes on the same individual nanostructures. We performed a complete structure analysis by electron diffraction and high-resolution electron microscopy and the measurement of the Raman spectra on these individual nanostructures. Several important environmental effects were evidenced for the first time, e.g. the effect of mechanical coupling (van-der-Waals interaction) between the layers of double-walled carbon nanotubes leading to the change in the low-frequency Raman modes and the optical resonance conditions. Moreover the behaviour of high-frequency modes of double-walled tubes was also analysed and described. As a result of this work several experimental criteria for structure diagnostics of multi-walled carbon nanotubes were proposed.

Selon l’ITRS, le transistor à nanotube de carbone est une des alternatives prometteuses au transistor MOS Silicium notamment en termes de taille de composant et d’architectures de circuits innovantes. Cependant, à l’heure actuelle, la maturité des procédés de fabrication de ces technologies ne permet pas de contrôler finement les caractéristiques électriques. C’est pourquoi, nous proposons un modèle compact basé sur les principes physiques qui gouvernent le fonctionnement du transistor à nanotube. Cette modélisation permet de lier les activités technologiques à celles de conception de circuit dans le contexte de prototypage virtuel. Pour peu qu’elle inclut des paramètres reflétant la variation des procédés, il est alors possible d’estimer les performances potentielles des circuits intégrés. Le transistor à nanotube de carbone à modulation de hauteur de barrière (C-CNFET), i.e. « MOS-like », est modélisé analytiquement en supposant le transport balistique des porteurs dans le canal. Le formalisme de Landauer est utilisé pour décrire le courant modulé par le potentiel du canal calculé de façon auto-cohérente avec la charge associée selon le potentiel appliqué sur la grille. Le modèle du transistor à nanotube de carbone double grille, DG-CNFET est basé sur celui du C-CNFET. Ce transistor est de type N ou P selon la polarisation de la grille supplémentaire. Ce transistor est modélisé de manière similaire pour les 3 régions : la partie interne modulée par la grille centrale, et les accès source et drain modulés par la grille arrière. La charge, plus complexe à calculer que celle du C-CNFET, est résolue analytiquement en considérant différentes plages de polarisation et d’énergie. Le modèle du DG-CNFET a été mis en œuvre dans le cadre d’architectures de circuits électroniques innovants : une porte logique à 2 entrées comportant 7 transistors CNFET dont 3 DG-CNFET pouvant, selon la polarisation des 3 entrées de configuration, réaliser 8 fonctions logiques différentes. / According to ITRS, the carbon nanotube transistor is one promising alternative to the silicon MOS transistor particularly in terms of device dimensions and novel circuit architectures. However, today, the fabrication processes maturity of these technologies does not allow controlling accurately their electrical characteristics. That’s why we propose a compact model based on physical principles that govern the nanotube transistor operation. That modelling allows linking the technological activities to the circuit design ones in the virtual prototyping context. As it includes parameters that reflect the processes variation, it is possible to estimate the potential performances of integrated circuits. The barrier-height modulated carbon nanotube transistor (C-CNFET), i.e. MOS-like transistor, is analytically modelled assuming ballistic transport of carriers in the channel. The Landauer’s formalism is used to describe the current modulated by the channel potential which is self-consistently calculated with the associated charge according to the gate potential. The model of the double-gate carbon nanotube transistor, DG-CNFET, is based on the C-CNFET one. That transistor is N or P type depending on the additional gate polarisation. That transistor is modelled in a similar way for the 3 regions: the inner part modulated by the central gate, and the source and drain accesses modulated by the back gate. The charge, more complex to calculate than the C-CNFET one, is analytically solved considering different polarisation and energy ranges. Moreover, the DG-CNFET model has been used into novel electronic circuit architectures: a 2 inputs logic gate, composed of 7 CNFET transistors, 3 of which are DG-CNFET, able to realize 8 different logic functions, according to the polarisation of the 3 configuration inputs.