Ce travail consiste dans la mesure par spectroscopie laser par ionisation résonnante des propriétés des isotopes déficients en neutrons de l'iridium 182-189Ir, 186Ir et des isotopes stables 191,193Ir, ainsi que l'interprétation de ces résultats. Les spectres hyperfins ont été constitués pour la transition atomique à 351,7 nm entre l'état fondamental 5d7 6s2 F9/2 et l'état excité 5d7 6s 6p F11/2. Les isotopes radioactifs de l'iridium ont été obtenus par la décroissance beta+/EC des noyaux de mercure radioactifs implantés sur un support de graphite. Les noyaux de mercure radioactifs ont été produits à ISOLDE au CERN par spallation, en bombardant une cible de plomb fondu avec le faisceau de proton de 1 GeV du PS-Booster. Les moments dipolaires magnétiques et quadrupolaires spectroscopiques ont été extraits des spectres hyperfins. La variation du rayon carré moyen de charge, déduite du déplacement isotopique du centre de gravité de ces; spectres, présente une rupture entre 187Ir, et 186Ir9 qui s'accompagne d'une augmentation brusque de la déformation : de beta_2 ~ 0,16 à beta_2 > 0, 2. Ces résultats ont été analysés dans le cadre d'un modèle à rotor axial plus une et deux quasiparticules. Les fonctions d'onde des coeurs d'osmium et de platine utilisées pour décrire les noyaux d'iridium ont été calculées par la méthode HF+BCS avec l'interaction de Skyrme SIII. Les coeurs ont été contraints à adopter la valeur expérimentale du paramètre de déformation de l'iridium extraite du déplacement isotopique. On montre alois que la variation brusque de déformation correspond à un changement de l'état de proton qui décrit l'état fondamental des noyaux impairs ou qui participe à la configuration proton-neutron dans les noyaux impairs-impairs. Cet état est identifié comme l'orbitale Pi3/2+[402] pour les noyaux les moins déformés et Pi1/2-[541] issue de la sous-couche h9/2 pour les plus déformés.

Le travail de cette thèse intitulée "Nanomatériaux luminescents pour des applications en diagnostic" consiste en la synthèse, la caractérisation et les applications en bioimagerie des nanomatériaux. Des nanoparticules de silicium ont été synthétisées et modifiées avec des groupements fonctionnels (amino, carboxylate, sucre et complexes de platine(II)) sur la surface et appliquées dans l'imagerie cellulaire avec des cellules HeLa. En outre, l'ensemble des nanoparticules de silicium modifiées avec des complexes de platine(II) présentent un effet d’émission d’agrégation induite (AIE) intéressant. Par ailleurs, une série de complexes d'iridium(III) ont été synthétisés permettant d’obtenir une émission allant du jaune au rouge. Ces complexes d'iridium(III) ont en outre été utilisés pour une application en électrochimiluminescence (ECL). L’ECL est un outil d'imagerie qui génère des émissions sans excitation lumineuse et qui attire de plus en plus l’attention dans les analyses biologiques. Des nanosytèmes de « carbon dots » et des nanoparticules de silicium modifiés avec des complexes métalliques ont également été étudiés pour des propriétés en ECL. / The work of this thesis titled “Luminescent Nanomaterials for diagnostic applications” is synthesis, characterization and bioimaging applications of nanomaterials. Silicon nanoparticles were synthesized and modified with different functional groups such as amino, carboxylate, sugar and platinum(II) complex on the surface, and applies for cellular imaging at HeLa. Moreover, the assembly platinum(II) complexes modified silicon nanoparticles exhibit an interesting aggregation induced emission (AIE) effect. In addition, a series of iridium(III) complexes were synthesized with tunable emission color from yellow to red. Those iridium(III) complexes were further used for electrochemiluminescence (ECL) application. ECL is an imaging tool that generate emission without light excitation and has gained more attention in many bioassays. Besides, nanosystem of metal complex modified carbon dots and silicon nanoparticles were also investigated the ECL properties.

Les travaux présentés dans ce mémoire concernent les composants d'assemblages membrane-électrodes (AMEs) pour électrolyseur à membrane échangeuse de protons (PEM – proton exchange membrane) fonctionnant à moyenne température. L'électrolyse de l'eau PEM, alimentée par l'énergie électrique provenant de sources renouvelables, est une voie pour la production efficace et durable d'hydrogène de haute pureté. De nouveaux électrolytes polymère solides (un des principaux éléments de la cellule d'électrolyse) à double conduction, basés sur un réseau semi-interpénétré créé par le polybenzimidazole sulfoné et l'acide polyphosphonique, ont été étudiés. Les membranes perfluorosulfonées (PFSA) à chaîne latérale courte et le composite PFSA-phosphate de zirconium (ZrP) ont également été étudiés. Les matériaux catalytiques de l'anode à base d'oxyde d'iridium ont été préparés par hydrolyse et calcination. L'oxyde d'iridium (IrO2), les oxydes bimétalliques (Ir/Ru) et ternaires (Ir/Ru/Ta) oxydes ont été étudiés par voie électrochimique dans la gamme de températures comprises entre 20 et 120 °C. Les caractérisations physico-chimiques ont confirmé la formation de structures d'oxyde et l'absence de particules de chlorures ou de métal résiduels. On observe une diminution de la tension de cellule, quelle que soit la densité de courant, lorsque la température augmente. Le catalyseur a été déposé sur la membrane, soit par pulvérisation directe ou par transfert en utilisant un support inerte (décalque). Aucune différence significative n'a été observée en appliquant les deux méthodes de dépôt. Les performances s'améliorent lorsque la température augmente pour tous les échantillons. L'assemblage comprenant une membrane de type PFSA, Aquivion®, de masse équivalente 870 meq.g-1 et d'une épaisseur de 120 µm, a montré de meilleures performances pour l'électrolyse de l'eau à 120 °C comparé à l'assemblage comprenant une membrane composite Aquivion® / ZrP, tandis qu'une membrane de type de polybenzimidazole sulfoné à liaison éther, poly-[(1-(4,4'-diphényléther)-5-oxybenzimidazole)-benzimidazole], a montré des performances prometteuses et aucune limitation de transport jusqu'à 2 A.cm-2. Les meilleurs performances ont été observées à 120 °C pour un assemblage préparé par pulvérisation directe de IrO2 sur une membrane Aquivion®; 1,67 V à 2 A.cm-2. / Preparation and investigation of the main components of membrane electrode assemblies (MEAs) for medium temperature proton exchange membrane water electrolysis (PEMWE) are described in this manuscript. Moderate temperature PEMWE, nourished by electrical energy from renewable sources is a practical path to sustainable generation of hydrogen with high purity and efficiency. Novel solid polymer electrolytes (a key component of the electrolysis cell) with double functionality properties, based on highly sulfonated polybenzimidazole creating a semi-interpenetrating network with a polyphosphonic acid, were investigated. A short side chain perfluorosulfonated acid (PFSA) type membrane and PFSA-zirconium phosphate composite membrane were also studied. The anode catalyst materials based on iridium oxide were prepared using the aqueous hydrolysis method followed by calcination. IrO2, some bimetallic (Ir/Ru) and ternary (Ir/Ru/Ta) oxides were electrochemically investigated in a wide range of temperatures (20-120 °C). The physico-chemical characterisation confirmed the formation of oxide structures, absence of residual chloride or metal particles. All catalysts prepared showed decreasing voltage at any given current density with rising the temperature. Catalyst was deposited on the membrane either directly by spray deposition or by decal transfer. No significant difference was observed using both deposition method. The PEMWE performance was increasing with the temperature. The short-side-chain PFSA - Aquivion® ionomer of equivalent weight 870 meq.g-1, of thickness 120 µm, displayed higher water electrolysis performance at 120 °C than a composite membrane of Aquivion® with zirconium phosphate, while a sulfonated ether-linked polybenzimidazole, sulfonated poly-[(1-(4,4'-diphenylether)-5-oxybenzimidazole)-benzimidazole], showed promising performance and no mass transport limitations up to 2 A.cm-2. The lowest cell voltage was observed at 120 °C for an MEA prepared using spray-coating of IrO2 directly on the Aquivion® membrane, 1.67 V at 2 A.cm-2.

Ce manuscrit décrit la synthèse et la caractérisation de nouvelles molécules incluant un cœur organophosphoré, le phosphole. Certaines de ces molécules ont été utilisées pour la fabrication de dispositifs OLEDs ou de cellules photovoltaïques organiques. Le premier chapitre fait un état de l'art de la chimie du phosphole dans le domaine des matériaux organiques entre 2010 et 2013. Le second chapitre décrit la synthèse et l'étude physico-chimique de molécules qui permettent de moduler l'angle de torsion dans les systèmes π conjugués pour faire varier les propriétés optiques et rédox. Une de ces molécules a permis la fabrication d'une diode blanche organique. Le troisième chapitre de ce manuscrit présente une structure tridimensionnelle intéressante, le 1,1-biphosphole. En plus de posséder une structure tridimensionnelle, ces structures présentent un mode de conjugaison original, la conjugaison σ-π, qui permet de réduire l'écart HO-BV de nos systèmes. Une de ces molécules a permis la fabrication de la première cellule photovoltaïque organique avec un dérivé du phosphole inséré dans la couche active. Dans une deuxième partie, ce chapitre traite également de la réactivité originale du 1,1'-biphosphole qui permet de fonctionnaliser l'atome de phosphore par une simple substitution nucléophile, permettant d'insérer une grande variété de substituants pour moduler les propriétés des molécules. Pour finir, ce manuscrit présente un quatrième chapitre qui implique le phosphole comme unité coordinante afin de réaliser des nouveaux complexes qui permettent de réaliser une ortho-métallation par activation C-H. De nouveaux complexes ortho-métallés d'Ir(III) et de Rh(III) ont été synthétisés et caractérisés.

Face à la nécessité d’une réduction drastique des émissions de gaz à effet de serre, le déploiement des piles à combustibles est présenté comme une solution d’avenir. La production d’hydrogène décarbonée est un des enjeux futurs pour permettre une transition énergétique efficace. Dans cette optique, l’électrolyseur à membrane échangeuse de proton (PEMWE), combiné aux sources énergétiques renouvelables, est une technologie intéressante. De nombreux défis sont encore à relever pour permettre une commercialisation de cette technologie, en particulier côté anodique. L’oxyde d’iridium, matériau coûteux et très rare, est utilisé à l’anode pour sa capacité à catalyser le dégagement d’oxygène tout en résistant aux conditions acide et oxydante. Il subit néanmoins des dégradations au cours de son utilisation.Dans ce travail, différentes surfaces modèles d’iridium pour le dégagement d’oxygène ont été étudiées pour comprendre les mécanismes mis en jeu lors des premières étapes d’oxydation de la surface et du dégagement d’oxygène. Après caractérisations par spectroscopie d’impédance électrochimique dynamique (DEIS), technique innovante permettant d’analyser les systèmes dynamiques, les relations structure-activité-stabilité lors du dégagement d’oxygène ont été étudiées en comparant des surfaces modèles d’iridium ((111), (210) et (210) nanostructurée). Les résultats obtenus mettent en évidence qu’après quelques heures à haut potentiel (> 1,6 V vs. Electrode Réversible à Hydrogène), ces surfaces, de structures et compositions chimiques initiales différentes, tendent vers le même état. Enfin, l’étude de films minces d’iridium et de nickel@iridium, modélisant des particules cœur@coquille, a montré qu’après dissolution du nickel initialement présent, une couche poreuse active pour le dégagement d’oxygène est formée. Ces résultats sont prometteurs pour la synthèse de catalyseurs à base d’iridium pour le dégagement de dioxygène. / With the need for a drastic reduction of greenhouse gases, the deployment of fuel cells is one of the considered solutions. Decarbonated hydrogen production is subsequently a major challenge to enable an efficient energetic transition. From this perspective, Proton Exchange Membrane Water Electrolyser (PEMWE) is a technology of interest, especially if coupled with renewable energy sources. Key challenges are still to be addressed before commercializing this technology, in particular at the anode. Iridium oxide, a costly and rare material, is implemented in anodic catalytic layers to catalyse the Oxygen Evolution Reaction (OER) while being resistant to harsh acidic and oxidative conditions. It nonetheless undergoes some degradations.In this work, different iridium model surfaces for the OER where studied to understand mechanisms involved during the first oxidations step and oxygen evolution. After characterisations by Dynamic Electrochemical Impedance Spectroscopy (DEIS), an innovative technique used to study dynamic systems, structure-activity-stability relationships towards the OER were studied by comparing iridium model surfaces ((111), (210) and nanostructured (210)). Results showed that after few hours at high potential (> 1.6 V vs. Reversible Hydrogen Electrode)), these surfaces, with different initial chemical compositions and structures, tend to the same state. Finally, iridium and nickel@iridium thin films were studied, to model core@shell particles. Results indicate that the nickel dissolution lead to the formation of a porous layer more active towards the OER. These findings could help to design active iridium catalysts for the OER.

Ce manuscrit décrit la synthèse et la caractérisation de nouvelles molécules incluant un cœur organophosphoré, le phosphole. Certaines de ces molécules ont été utilisées pour la fabrication de dispositifs OLEDs ou de cellules photovoltaïques organiques. Le premier chapitre fait un état de l'art de la chimie du phosphole dans le domaine des matériaux organiques entre 2010 et 2013. Le second chapitre décrit la synthèse et l'étude physico-chimique de molécules qui permettent de moduler l'angle de torsion dans les systèmes π conjugués pour faire varier les propriétés optiques et rédox. Une de ces molécules a permis la fabrication d'une diode blanche organique. Le troisième chapitre de ce manuscrit présente une structure tridimensionnelle intéressante, le 1,1-biphosphole. En plus de posséder une structure tridimensionnelle, ces structures présentent un mode de conjugaison original, la conjugaison σ-π, qui permet de réduire l'écart HO-BV de nos systèmes. Une de ces molécules a permis la fabrication de la première cellule photovoltaïque organique avec un dérivé du phosphole inséré dans la couche active. Dans une deuxième partie, ce chapitre traite également de la réactivité originale du 1,1'-biphosphole qui permet de fonctionnaliser l'atome de phosphore par une simple substitution nucléophile, permettant d'insérer une grande variété de substituants pour moduler les propriétés des molécules. Pour finir, ce manuscrit présente un quatrième chapitre qui implique le phosphole comme unité coordinante afin de réaliser des nouveaux complexes qui permettent de réaliser une ortho-métallation par activation C-H. De nouveaux complexes ortho-métallés d'Ir(III) et de Rh(III) ont été synthétisés et caractérisés. / This thesis describes the synthesis and the characterization of new molecules including an organophosphorous unit, the phosphole ring. Some molecules have been used to build devices like organic light emitting diodes or organic photovoltaic cells.The first chapter describes the state of the art of the phosphole chemistry in organic materials between 2010 and 2013. The second chapter describes molecules having a tuneable twist angle allowing a fine control of the properties of the molecules like the HOMO-LUMO gap. One of those molecules has been used to build a white organic light emitting diode. The third chapter of this thesis presents an interesting three dimensional structure, the 1,1'-biphosphole. Beside this three dimensional structure, the molecules possess an original conjugation mode, the σ-π conjugation which allows a decrease of the HOMO-LUMO gap. One molecule from this chapter was used as absorber in organic photovoltaic cell. In the second part of this chapter, the 1,1'-biphosphole structure shows an interesting reactivity toward nucleophilic attack in order to functionalize the phosphorus center. This reactivity has been used to make new molecules and offer the opportunity to attach a wide range of substituents to the phosphorus atom in order to tune the properties of the molecules. The fourth chapter deals with the coordination chemistry of the phosphole in order to realize new ortho-metalated complexes. New Ir(III) and Rh(III) complexes have been synthesized and characterized.