Ce travail porte sur l'étude in operando des nanoparticules d'or supportées sur TiO2(110) pendant la réaction d'oxydation du CO. Il s'inscrit dans l'objectif de comprendre les propriétés catalytiques de l'or qui apparaissent à l'échelle nanométrique. Les paramètres géométriques et structuraux des nanoparticules d'or ont été mesurés en présence de 20 mbar d'oxygène ou d'argon, de 0.1-0.2 mbar de CO et en conditions réactionnelles (oxygène + CO à 473 K), par GISAXS et par GIXD en suivant simultanément la composition des gaz par spectrométrie de masse. L'exposition au mélange réactionnel déclenche une évolution instantanée des nanoparticules avec une augmentation de leur taille moyenne qui varie de la même manière que l'activité catalytique. Par contre l'oxygène et le CO ne provoquent pas de changement et seule la température a un effet. Ces évolutions démontrent l'importance des mesures in operando pour déterminer le lien qui existe entre la taille et l'activité des nanoparticules. La variation de l'activité catalytique en fonction du diamètre présente un maximum pour des particules de 2 nm de diamètre et de 1.4 nm de hauteur. Au-dessus de ce maximum, elle suit une loi de puissance du diamètre, d-2.4 ± 0,3, comme attendu pour des sites actifs situés sur les atomes de basse coordinence. La diffraction X montre que, pendant la réaction, les nanoparticules conservent la structure CFC du cristal d'or, mais la distance inter-plan se contracte quand la taille des particules décroit ce qui intervient dans la baisse d'activité au dessous de 2 nm. Cependant d'autres paramètres peuvent aussi avoir un effet négatif sur la réactivité comme la forme des particules et le fait que plus elles sont petites plus elles s'agglomèrent sur les bords de marche du substrat. La similitude des tailles obtenues par GISAXS et par GIXD et de leur comportement sous gaz réactifs indique que les particules mesurées par ces deux techniques sont les mêmes. De plus, la forte corrélation entre la variation de l'activité et les évolutions observées par GISAXS montre que ce sont les particules actives qui sont sondés par les rayons x. La comparaison des résultats avec ceux déjà publiés indique que le comportement que nous avons décrit sur la dépendance de l'activité catalytique des nanoparticules d'or sur TiO2, pour l'oxydation du CO, est représentative des propriétés de ce système. Cependant, il est nécessaire de vérifier expérimentalement comment ces résultats obtenus à 473 K peuvent être extrapolés à température ambiante. L'installation dans notre dispositif d'une nouvelle chambre de réaction doit permettre de gagner un ordre de grandeur en sensibilité et rendre envisageable une telle étude. Mots clés : Catalyse, nanoparticules d'or, GISAXS, diffraction X, in operando, oxydation du CO.

Les nanofils (NFs) de semi-conducteur (SC) sont des objets possédant des propriétés très intéressantes pour la fabrication de futurs composants électroniques à l'échelle nanométrique. Ils sont élaborés grâce à l'utilisation d'un catalyseur métallique (Au) formant un point eutectique profond en s'alliant à la phase SC (Si) permettant la germination et la croissance du NF à basses températures. Ce travail a pour but l'étude de la formation, de la structure et du comportement de ces gouttes d'alliage eutectique en interaction avec le substrat dont les propriétés futures du NF vont dépendre. L'étude a été menée in-situ, par utilisation du rayonnement synchrotron qui est un outil parfaitement dédié à la caractérisation de structures à l'échelle atomistique. Les gouttes d'eutectique ont été obtenues par le démouillage d'un film d'or. L'étude de ce procédé a révélé des changements dans les relations d'épitaxies entre l'or et le silicium. Les gouttes ainsi formées sont accompagnées d'une couche de mouillage, se révélant être une reconstruction de surface, dont les conditions de formation ainsi que la structure atomique ont été déterminées. Lors du refroidissement, une augmentation des effets de surfusion a été observée en présence de cette reconstruction et sont expliqués par la structure même de cette dernière qui semble stabiliser l'état liquide. Des expériences similaires ont été faites sur d'autres systèmes (Au-Ge, Al-Si) et une synthèse a été réalisée pour comparer les connaissances actuelles sur le ce sujet avec les résultats de ce travail. / Semiconductor (SC) nanowires (NMs) have been identified as important components for future electronic and sensor nanodevices. They are produced using a metal catalyst (Au) that forms a low eutectic point with the SC phase (Si) and enables their nucleation and their growth at low temperatures. The aim of this study is to investigate the formation, the structure as well as the behaviour of such liquid eutectic droplets in interaction with the substrates on which the futur NMs properties will later depend. This work has been performed in-situ, using synchrotron radiation which is the perfect tool to characterize this mechanism at the atomistic scale. The eutectic droplets have been obtained through the dewetting of thin gold films. This process has been found to modify the epitaxial relationships between the gold and the silicon substrate. The obtained droplets are accompanied by a wetting layer (WL) whose conditions of formation as well as atomic structure, which turned to be a surface reconstruction, have been determined. During the cooling process, the supercooling effects in such AuSi eutectic droplets have been found to be enhanced in the presence of this reconstruction. They are explained by the specific structure of the reconstruction which is likely to stabilize the liquid phase. Similar experiments on other systems (Au-Ge or Al-Si) were performed and a synthesis has been made in order to present the current knowledge on this topic in comparison with the results of this work.

Cette thèse porte sur l'étude des chalcogénures de bore sous conditions extrêmes. Après un bref examen de la littérature (Chapitre I) sur le bore et ses composés sous haute pression (HP), la partie expérimentale (Chapitre II) donne une description des appareils HP utilisés dans ce travail de thèse. Les techniques d'analyses employées sont décrites ainsi que les grands principes des calculs théoriques ab initio utilisés. La partie suivante est consacrée à β-B2O3 et r-BS. Le chapitre III présente les résultats de diffraction X in situ à HP et les mesures de phonons (Raman et IR) de β-B2O3 à température ambiante. Les données expérimentales ont été examinées et complétées par des calculs ab initio. Avec le jeu de données obtenues, les descriptions complètes des modifications sous pression de la structure de β-B2O3 et du comportement des phonons en compression à température ambiante ont été faites. Le chapitre IV présente les résultats de diffraction X in situ à HP et de spectroscopie vibrationnelle sur r-BS à température ambiante. En combinaison avec les calculs théoriques, la structure et la nature des phonons de r-BS sur une large plage de pression à température ambiante sont décrites. En outre, la formation d'une nouvelle phase HP métastable de BS est présentée et sa structure probable ainsi que son équation d’état sont discutés. Le chapitre V concerne la première étude in situ de diffraction X sous HP-HT du système B-Se. Selon les résultats de diffraction X et des mesures Raman effectuées sur les échantillons récupérés, un nouveau composé a été synthétisé. Ce composé est métastable à l’ambiante. Sa composition chimique et sa structure probable sont discutées. / This thesis deals with the study of the boron chalcogenides under extreme conditions. After a short review of boron and boron compounds under extreme conditions (Chapter I), the experimental part (Chapter II) provides a brief description of the high-pressure devices used in this PhD work. The employed analytical techniques are described as well as the main principles of the performed ab initio theoretical calculations. The following part is devoted to our experimental and theoretical studies of β-B2O3 and r-BS. Chapter III presents the results of in situ high pressure XRD and phonon measurements (Raman and IR) of β-B2O3 at room temperature. The experimental data were considered and completed with results of ab initio calculations. Based on the total obtained dataset the complete description of β-B2O3 structure change and phonon behavior under compression at room temperature are detailled. Chapter IV contains the results of in situ high pressure XRD and vibrational spectroscopy studies on r-BS at room temperature. In combination with results of theoretical calculations the structure and phonon nature of r-BS in a wide pressure range at ambient temperature are described. Also, the formation of a new metastable high-pressure phase of BS is described and its probable structure and EoS are discussed. The last part (Chapter V) concerns the primary in situ XRD HP-HT studies in B-Se system. Based on the results of XRD and Raman measurements of the recovered samples, a new compound was synthesized. This compound was found to be metastable at ambient conditions. Its probable chemical composition and structure are discussed.

We envisage a fundamental study of the physical mechanisms (dislocation slip versus deformation twinning) involved in plastic deformation of hexagonal close-packed (HCP) metals like titanium and magnesium. A novel combination of X-ray imaging and diffraction techniques, termed X-ray diffraction contrast tomography (DCT), will be used to investigate details of the deformation process in the bulk of polycrystalline specimen. DCT provides access to the position, 3D shape, (average) orientation and elastic strain tensor of grains in polycrystalline sample volumes containing up to 1000 grains and more. Ultimately, an extension of the X-ray DCT technique is associated with a section topography methodology on the same instrument. This combination enables the measurement of local orientation and elastic strain tensors inside selected bulk grains. A very preliminary study of this approach is carried out on a magnesium alloy, underlying the current limitations and possible improvements of such approach. In this thesis, the data acquisition and analysis procedures required for this type of combined characterisation approach have been developed. The work is supported by the use of neutron diffraction, for an in-situ loading experiments, and two-dimensional electron backscatter diffraction (EBSD), for the initial microstructure of the materials and cross-validation of the results obtained with the X-ray DCT technique.

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Le poly(éthylène téréphtalate) (PET) est largement utilisé pour le conditionnement des eaux. L’évaluation de l’inertie des matières plastiques au contact de denrées alimentaires est régie par le règlement européen N°10/2011 qui permet d’assurer la sécurité sanitaire des matériaux. Cependant, plusieurs études ont rapporté des effets cyto/génotoxiques et/ou œstrogéniques des eaux embouteillées en PET. Ces réponses ont été attribuées à des mélanges de composés provenant du matériau polymère. L’objectif de ce travail de recherche a été d’apprécier les phénomènes de migration de monomères, catalyseurs, d’additifs et de néoformés du PET vers l’eau. Conformément aux formulations déclarées pour la fabrication des bouteilles en PET, aucune présence de phtalates, d’antioxydants et de stabilisants UV a été détectée dans l’eau. Cependant, la présence de formaldéhyde, d’acétaldéhyde, du 2,4-di-tert-butylphénol et d’antimoine dans l’eau embouteillée en PET a été confirmée. Il a été mis en évidence que la température influence la migration de ces molécules due à une perte d’orientation de la phase amorphe sur la partie semi-cristalline de la bouteille PET. Cela entraine une augmentation de la mobilité des chaînes polymériques. Ainsi, il a été montré que l’exposition solaire n’influence que la migration du formaldéhyde. En effet, aucune oxydation des chaînes polymériques n’a été détectée en surface de bouteilles après irradiation naturelle. L’étude toxicologique in vitro sur des modèles cellulaires humains (cellules HepG2 et MDA-MB453-kb2) n’a pas mis en évidence de cytotoxicité, de génotoxicité et d’activité de type œstrogénique et (anti)-androgénique dans l’eau embouteillée en PET / Polyethylene terephthalate (PET) is widely used for the manufacture of packaging for drinking water. The chemical safety of plastic materials intended to come into contact with food is strictly regulated by the European regulation No. 10/201, which establishes a positive list of authorized compounds for the production of plastic packaging. Despite this, cyto-/genotoxic and estrogenic activity of PET-bottled water has been reported. Chemical mixtures migrating from PET into bottled water may explain the reported positive results. The aim of this study was to assess the migration of monomers, catalysts, additives, and degradation byproducts from PET into bottled water. In accordance with the chemical formulations reported for PET, no phtalates, antioxidants, and UV stabilizers were detected into bottled water. However, formaldehyde, acetaldehyde, 2,4-di-tert-butylphenol and antimony were found in PET bottled water. It was shown that temperature influences the migration of these compounds, due to orientation loss of the amorphous phase of the semi-crystalline part of PET bottles. This phenomenon increases the mobility of polymer chains and consequently, the compounds’ diffusion. Thus, it was found that sunlight exposure influences only the migration of formaldehyde. Indeed, no oxidation of the polymer chains was detected on the surface of PET bottles after exposure. The in vitro toxicological bioassays with human cell models (HepG2 and MDA-MB453-KB2 cells) did not show any cytotoxicity, genotoxicity or estrogenic- and (anti)-androgenic-like activity for PET bottled water

Ce travail concerne la synthèse des composés à anions mixtes (O, S, F) à base de terre rare et leurs propriétés d'absorption des radiations UV-visible. De nouveaux composés appartenant à la classe des (oxy)fluorosulfures de terres rares ont été isolés. Les déterminations structurales ont été réalisées à l'aide des différentes techniques de diffraction (X, neutrons, électrons). La plupart de ces réseaux dérivent soit de la matlockite PbFCl soit du type structural a-La2O3. Une de ces formulations se révèle être une structure modulée incommensurable dérivant de La2O2S par un mécanisme de cisaillement. Parmi ces matériaux, l'origine de l'absorption optique des fluorosulfures a-LnSF a été déterminée à partir d'une étude couplant calcul de structures électroniques et mesure XPS (bande de valence). Les propriétés optiques d'absorption des différents composés ont été corrélées à leurs caractéristiques structurales.

Ce mémoire de thèse décrit la synthèse et l'étude d'un nouvel oxyde de formulation TlSr2CoO5, dont la structure est apparentée à celle des cuprates supraconducteurs dits "1201". TlSr2CoO5 présente une transition structurale associée à une transition isolant-métal au voisinage de la température ambiante. La phase haute température métallique est effectivement isotype du cuprate de thallium TlSr2CuO5. La phase basse température est caractérisée par microscopie électronique à transmission et diffraction des rayons X issus du rayonnement synchrotron. Elle présente une modulation des distances Co-O à l'origine d'une surstructure et de la stabilisation de configurations électroniques particulières du cobalt. La caractérisation de TlSr2CoO5 est complétée par une étude EXAFS et XANES au seuil K du cobalt ainsi que par une étude des propriétés électroniques (Mesures de susceptibilité magnétique, propriétés de transport, RMN, calculs de structures de bande). Nous proposons alors un modèle expliquant les propriétés de transport.

L'étude du système Ce-Ni-Ge a permis d'établir une corrélation étroite entre les propriétés physiques de ces germaniures (gouvernées par l'état fondamental du cérium résultant d'une compétition entre deux types d'interactions : effet Kondo et interaction magnétique de type RKKY) et leur composition chimique. Ainsi, au sein du diagramme de phase ternaire Ce-Ni-Ge, nous avons établi que: (i) les germaniures riches en Ni sont soit des composés de valence intermédiaire (CeNiGe, Ce3Ni4Ge4 et CeNi4.25Ge0.75), soit des systèmes "fermions lourds" (CeNi2Ge2 et CeNi9Ge4). Notons que pour la séquence CeNi2Ge2 → Ce3Ni4Ge4 → CeNiGe, le caractère de valence intermédiaire est de plus en plus marqué; (ii) les germaniures les plus riches en Ge (>50 % atomique) sont antiferromagnétiques à basse température; dans ces composés (Ce2NiGe6, Ce3Ni2Ge7, CeNiGe3, Ce2Ni3Ge5 et CeNiGe2) l'ion cérium est trivalent; les structures magnétiques de ces composés ont été déterminées par diffraction neutronique, la valeur du moment magnétique de Ce3+ (ainsi que la température de Néel) diminue des composés les plus riches en Ge aux composés les moins riches en Ge (propriété associée à la force de l'effet Kondo).