Cette thèse concerne le développement de complexes de lanthanide et leur utilisation pour résoudre les structures de macromolécules biologiques par diffraction des rayons X, en particulier celles de protéines membranaires et de complexes protéiques de grande taille. Les complexes de lanthanide sont formés d'un atome de lanthanide et d'un ligand chimique qui assure une liaison non-covalente avec les surfaces protéiques. Introduits dans les cristaux de protéine, ces derniers constituent une sous-structure qui, déterminée par les méthodes de phasage de novo courantes, permet de résoudre la structure de la macromolécule d'intérêt. La première partie de ce travail de thèse est une étude menée sur la grande famille des complexes picolinates de lanthanide, complexes luminescents dont la fixation au sein des cristaux est aisément décelable. En premier lieu, nous avons défini les conditions dans lesquelles le complexe tris-dipicolinate de lanthanide peut être utilisé ainsi que ses éventuelles capacités à promouvoir la cristallisation (effet supramoléculaire). En second lieu, un nouveau complexe, dérivé du précédent, a été développé au cours de cette thèse : le tris-hydroxymethyltriazoledipicolinate de lanthanide (" [Ln(TDPA)3]3- "). Il nous a permis de réaliser un phasage de novo très précis conduisant à la détermination des structures du lysozyme de blanc d'œuf de poule et de la thaumatine de Thaumatococcus daniellii à haute résolution. Par ailleurs, différents ligands pour ce nouveau complexe ont été synthétisés par chimie-click, nous permettant de créer une panoplie de complexes uniques et des complexes hybrides. Nous avons montré que cette nouvelle famille de complexes présente une meilleure affinité pour les protéines permettant leur utilisation à de faibles concentrations. Les essais menés avec ces LnTDPA ont aussi permis d'entrevoir l'importance de la charge globale pour expliquer l'effet supramoléculaire. En troisième lieu, un tripicolinate cagé, le LnTNTPA, a également été évalué. Constitué d'une cage chimique de charge globale nulle, nous avons montré que ce nouveau complexe luminescent est le seul de cette famille picolinate qui puisse être utilisé en présence d'ions divalents. Dans la seconde partie de cette thèse, nous décrivons l'utilisation des complexes de lanthanide pour le phasage de protéines multimériques de grandes tailles par les méthodes de phasage de novo. Premièrement, la structure de l'aminopeptidase dodécamérique PhTET1-12s de 480 kDa a été déterminée à 4 Å de résolution à l'aide du tris-dipicolinate d'europium. Ceci nous a permis de démontrer que les complexes de lanthanide peuvent être utilisés pour obtenir un phasage précis, même à basse résolution. Deuxièmement, les complexes de lanthanide issus de l'imagerie médicale ont aussi permis de déterminer la structure de trois nouvelles enzymes homotétramériques de la famille des malate déshydrogénases. Ces structures permettent d'apporter de nouveaux éclaircissements sur l'adaptation halophile. Enfin, en utilisant ces enzymes en tant que bibliothèque de fonctions chimiques, nous avons pu mettre en place une nouvelle approche méthodologique pour comprendre finement les modes d'interaction des complexes de lanthanide.

Les principaux objectifs de cette thèse de doctorat ont été de réaliser la synthèse et la caractérisation structurale et dieléctrique des échantillons céramiques ferroélectriques appartenants au système Pb1-xRxZr0,40Ti0,60O3 avec R = Ba et La et x entre 0,00 à 0,50. Ce système a été choisi car il est un matériel ferroélectrique qui a des propriétés physiques intéressantes, comme haute constante diélectrique et piézo-électrique, ce qui les rend candidats potentiels pour des applications telles que les condensateurs à haute densité d'énergie et les actionneurs. Afin d'évaluer le comportement relaxor, les études ont été effectuées avec la variation de la composition, du type de dopage (par des atomes de la même ou différente valence - La ou Ba) et de la taille des particules de céramique, dès l'échelle micrométrique à l'échelle nanométrique. Les échantillons céramiques micrométriques ont été préparées par la méthode de réaction de l'état solide et la frittage dans un four électrique conventionnel. Les données fournies par la technique de diffraction des rayons X de cettes échantillons ont montré une transition de une phase tétragonal pour une phase cubique avec l'augmentation de la concentration de cations substituants. Ces changements ont été attribués à une diminution de distorsion dans le maille cristallographique en raison de l'apparition de défauts causés par l'incorporation de dopage. Les mesures électriques ont été obtenues par spectroscopie d'impédance et ont montré un comportement électrique relaxor à partir de compositions avec plus de 12% at. La et de 30% at. Ba pour les systèmes PLZT et PBZT, respectivement. Les mesures électriques de l'échantillon avec 12%, 13% et 14% at. La et 30% at. Ba présentent un comportement qui, selon la littérature, est liée à une transition de phase spontanée d'un comportement relaxor et au comportement d'un matérial ferroélectrique normal. La technique de diffraction des rayons X a également été utilisé pour surveiller le processus de transition de phase en fonction de la température pour échantillons PLZT et PBZT. Il est possible de voir le changement de structure tétragonal de groupe d'espace P4mm en structure cubique de groupe d'espace Pm-3m. En ce qui concerne la structure locale, nous avons effectué des mesures expérimentales avec la technique de spectroscopie d'absorption des rayons X dans le spectre XANES aux seuils d'absorption de différents éléments pour les échantillons PLZT et PBZT. Dans les cas de seuil d'absorption K du titane, l'intégration de La et Ba atomes de la structure du PZT entraîne une diminution dans le désordre local dans le octaèdre TiO6, vérifié par la réduction du déplacement statique de atome Ti au centre de l'octaèdre TiO6. Cette évolution est plus faible pour les échantillons que montrent le comportement relaxor. Les spectres d'absorption EXAFS au seuil LIII du plomb et seuil K du zirconium ont été effectués aussi et ces mesures indiquent que la structure locale autour des atomes de plomb ou de zirconium est également affectée par l'introduction des atomes de La et Ba dans la structure. Le comportement relaxor a été aussi étudié en fonction de la taille de grain dans une échelle nanométrique. Ainsi les échantillons de compostions PZT, PLZT11 et PBZT10 ont eté préparés en utilisant la méthode de synthèse chimique de polymères précurseurs et le processus de frittage par spark plasma. La caractérisation de ces échantillons par diffraction de rayons X montrent que les paramétres de maille réduisent en comparison avec les échantillons de même composition et taille de grain micrométrique. Pour l'échantillon de composition PLZT11, il est possible de constater le comportement relaxor par les mesures de la constante dieléctrique en fonction de la température. Les changements quand la taille de grain est dans une échelle nanométrique sont attribués à la limitation des frontières de grains, qui provoquent un systéme de tension, responsable de la diminuition des paramétres de maille, et provoquent l'apparition de domaines ferroélectriques nanométriques

Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation d’oxydes de manganèse de formule généraleCaxMnyOz avec y/x > 1. Par une approche de chimie du solide, les propriétés redox de ces matériauxseront corrélées à leur composition chimique et leur structure cristalline ce qui constitue une étude enamont de l’application pour ces systèmes pouvant jouer le rôle de tampon à oxygène dans desprocessus catalytiques. Les composés ont été synthétisés par autocombustion en voie aqueuse etcaractérisés d’un point de vue structural. Les propriétés redox ont été évaluées par ATG et lespropriétés de réductibilité par H2-TPR pour certains composés. Quelles que soient la structure, ladimensionnalité ou la valence du manganèse dans les composés oxydés (Mn4+/Mn3+), le manganèsese réduit totalement en Mn2+ sous atmosphère réductrice (Ar/H2). Les composés réduits cristallisentdans une solution solide de type NaCl de formule Ca1-xMnxO. Les mécanismes de réduction dumanganèse au sein de ces structures ont été appréhendés sur la base des analysesthermogravimétriques. Afin de faire varier les températures de réduction, l’iono-covalence de la liaisonMn-O a été modifiée via des substitutions cationiques (i) sur les sites du calcium principalement ausein de réseaux 2D ou (ii) sur les sites du manganèse essentiellement dans les réseaux 3D avec laprésence d’Al3+ ou de Fe3+ de rayons ioniques comparables respectivement à Mn4+ et Mn3+. Lessolutions solides ont été caractérisées d’un point de vue structural mais aussi pour leurs propriétésredox. Il convient de souligner que les phases substituées au Fer présentent des propriétés redox toutà fait remarquables dans la mesure où les ions Fe3+ tout comme Mn4+/3+ se réduisent d’abord en Fe2+puis en Fe° qui est dès lors expulsé hors de la matrice oxyde. Lors de la réoxydation, le fer réintègrele réseau 3D et les matériaux sont cyclables dans des conditions réductrices puis oxydantes à l’air àdes températures inférieures à 1000°C. / This work deals with the synthesis and characterization of manganese oxides with CaxMnyOz formulaand y/x >1. According to a solid state chemistry scope, the redox properties of these materials will becorrelated to their chemical composition and crystallographic structure which constitutes a forehandexploratory study of compounds that are intended to be used for the automotive catalysis exhaustbased on the three-way catalysis principle. The materials were synthesized by aqueous selfcombustionroute and structurally characterized. Redox properties and reducibility properties wereevaluated by TGA and H2-TPR, respectively. Whatever the structure, the dimensionality of the networkor the manganese valence in the starting oxidized material, all of the manganese ions are completelyreduced (Mn2+) in a Ar/H2 atmosphere. The reduced compounds crystallize in a rock-salt type solidsolution with the formula Ca1-xMnxO. The mechanisms of manganese reduction within these structureswere explored on the basis of TGA analysis. In order to tune the reduction temperatures, the ionocovalenceof the Mn-O bond has been modified by either cationic substitution of calcium in the 2Dnetworks or either substitution of manganese in the 3D networks. In this last case, Substituting ionswere Al3+ and Fe3+ which ionic radii comparable to Mn4+ and Mn3+, respectively. Solid solutions havebeen characterized from a structural point of view but also for their redox properties. One shouldnotice that iron substituted compounds exhibit remarkable redox properties because Fe3+ ions firstreduce in Fe2+ iron before a final reduction in Fe° that is consequently expulsed from the matrix. Atreoxidation, iron returns into the 3D network and cycling can be observed when reducing and oxidizingat temperatures lower than 1000°C.

Cette thèse porte sur l’analyse microstructurale d’intermétalliques formés par réaction à l’état solide entre une couche mince de métal Ni(Co) et un substrat d’InGaAs et s’inscrit dans le cadre du développement de reprises de contact pour les dispositifs MOSFET sub-10 nm ou les applications photoniques. Ce travail comporte une partie relative au développement d’une méthodologie de diffraction des rayons x adaptée à ces composés très texturés et deux parties distinctes où nous décrivons et discutons les résultats expérimentaux.L’étude microstructurale (phase, texture…) des intermétalliques obtenus par réaction à l’état solide est rendue complexe par la formation transitoire de phases métastables, non stœchiométriques parfois, contraintes mécaniquement, et présentant en général des orientations cristallines (texture cristallographique) très marquées. Du fait de cette complexité microstructurale, ces intermétalliques n’ont souvent pas été caractérisés de façon complète et peu de connaissances se trouvent sur leur structure et leur formation. Aussi, et pour caractériser de façon complète et sans omettre des phases ou des orientations dans le système Ni-In-Ga-As, nous avons contribué au développement d’une méthode de mesure globale et rapide par diffraction des rayons X permettant de reconstruire une cartographie large 3D de l’espace réciproque. Les données recueillies par cette méthode sont reconstruites afin d’extraire soit des diagrammes de diffraction dits « détexturés », soit des figures de pôle…permettant une analyse semi quantitative de la microstructure des échantillons.Dans la première partie des résultats expérimentaux, nous nous intéressons à la caractérisation des intermétalliques formés à partir d’empilements Ni/InGaAs/InP recuits ex-situ à différentes températures. Nous décrivons la formation des intermétalliques, leurs textures, et leurs paramètres structuraux. Nous relevons certains aspects de la microstructure qui évoluent en fonction de la température de recuit comme l’anisotropie de texture, la stœchiométrie des intermétalliques et le domaine d’existence thermique et nous proposons des hypothèses qui peuvent expliquer l’évolution de ces phénomènes. Cette première étude faite sur des substrats InP a été confrontée aux résultats obtenus pour des intermétalliques similaires réalisés sur substrats InGaAs/GaAs/Si. En effet, les substrats Si sont les substrats industriellement ciblés pour la réalisation de composés logiques à canal III-V à grande échelle (sur des plaquettes de 300mm de diamètre). Ensuite, nous avons comparé la métallisation de la couche d’InGaAs dans le cas de Ni pur avec la métallisation d’InGaAs lorsqu’un élément d’alliage (Co) est ajouté à la couche de Ni. Ainsi, l’analyse microstructurale révèle des différences notamment sur les textures qui ont été interprétées sur la base de considérations thermodynamiques, mais aussi structurales comme l’alignement des deux couches entre elles, liées à des aspects plus cinétiques.Dans la deuxième partie de ce travail, nous présentons les résultats des analyses in situ effectuées par cartographies de l’espace réciproque en 3D au synchrotron ESRF à Grenoble. Il s’agit de suivre en temps réel par diffraction des rayons X, les réactions à l’état solide des échantillons du type Ni (7 nm et 20 nm)/InGaAs/InP et Ni0.9Co0.1 (20 nm)/InGaAs/InP lors de recuits par rampes... Ensuite, nous avons effectué des recuits isothermes sur les échantillons de type Ni (20 nm)/InGaAs/InP. Ces différentes mesures, couplées avec des hypothèses sur la croissance nous ont permis d’extraire les paramètres cinétiques relatifs à la formation de la première phase d’intermétallique. Les textures observées et leur évolution lors des recuits thermiques in situ sont différents des recuits ex situ. Ceci peut notamment être expliqué par un mode de recuit différent dans le cas in situ où la cinétique du système est plus lente, favorisant ainsi les structures et textures les plus stables. / This thesis focuses on the microstructural analysis of intermetallics formed by solid-state reaction between a thin layer of Ni (Co) metal and an InGaAs substrate and was carried out in the framework of contact development for sub-10 nm MOSFET but have also photonic applications. This work includes a part related to the development of an X-ray diffraction methodology adapted to highly textured compounds and two distinct parts in which we describe and discuss the experimental results.The microstructural study (phase, texture ...) of intermetallics obtained by solid-state reaction is complicated due to the formation of transient metastable, often non-stoichiometric and mechanically stressed phases. These phases have generally very marked crystalline orientations (crystallographic texture). Because of this microstructural complexity, these intermetallic have often been not fully characterized and there is little knowledge about their structure and formation. Moreover, and to fully characterize the Ni-In-Ga-As system without omitting phases or textures, we have contributed to the development of a comprehensive method of rapid measurement by X-ray diffraction to reconstruct large 3D maps of the reciprocal space. The collected data through this method are reconstructed to extract either diffraction diagrams called "detextured" diagrams or pole figures ... which allows a semi-quantitative analysis of the intermetallic microstructure.In the first part of the experimental results, we focus on the characterization of intermetallic formed through Ni / InGaAs / InP stacks and annealed ex situ at different temperatures. We describe the formation of the intermetallics, textures, and structural parameters. We note some aspects which vary depending on the annealing temperature such as the texture anisotropy, the stoichiometry of intermetallic and range of thermal existence and propose hypotheses that can explain the evolution of these phenomena. The studies on InP substrates were compared to results obtained for similar intermetallic made on GaAs / Si substrates. Indeed, the Si substrates are targeted for industrials to achieve logic compounds III-V channel large-scale (on 300 mm wafers). Then, we compared the metallization of the InGaAs layer in the case of pure Ni metallization with the results when an alloying element (cobalt) was added to the Ni layer. The microstructural analysis revealed several differences especially texture differences. These differences were interpreted on the basis of thermodynamic considerations, but also on the basis of structural alignment of the two layers together which are also linked to more kinetic aspects.In the second part of this work, we present the analysis results of studies performed by in situ 3D Reciprocal Space Mapping on the ESRF synchrotron in Grenoble. We followed the formation and stability of the intermetallics by real-time X-ray diffraction measurements, for different kind of samples: Ni (7 nm and 20 nm) / InGaAs / InP and Ni0.9Co0.1 (20nm) / InGaAs / InP, using ramp annealing... Then, we performed isothermal annealings for Ni(20 nm) / InGaAs / InP samples. These measurements, coupled with assumptions on the intermetallic growth, allowed us to extract the kinetic parameters for the formation of the first phase of the intermetallic. The observed textures and their evolution during in situ thermal annealings are different than ex situ annealing. This can be explained by a different mode of annealing in the case of in situ where the kinetics of the system is slower, thus favoring the most stable structures and textures.

Ce travail de thèse s’inscrit dans l’étude des matériaux moléculaires photo-commutables. L’objectif est le contrôle réversible et persistant des propriétés physiques de la matière par application d’un stimulus externe, tel qu’une excitation optique. Le travail de thèse est constitué de deux parties principales. La première partie traite de la photo-isomérisation des ligands NO dans les complexes de ruthénium di-nitrosyle. Une démarche expérimentale systématique a été effectuée sur trois complexes. La spectroscopie infrarouge et la diffraction des rayons-X ont été utilisées conjointement à basse température. De multiples isomères de liaison photo-induits (PLI) ont été détectés. Il a été montré qu’il est possible de photo-commuter chacun des deux ligands nitrosyles indépendamment. De plus, une double photo-isomérisation a été caractérisée. La deuxième partie présente le développement et la mise en œuvre d’une expérience de diffraction des rayons-X résolue en temps en laboratoire. Le dispositif est un diffractomètre prototype avec un détecteur à pixel hybride XPAD, permettant des mesures à l’échelle de la milliseconde. Un système pompe-sonde est couplé au diffractomètre permettant une excitation périodique de l’échantillon et une caractérisation in-situ de la photo-commutation. Cette expérience a été validée par la mesure de l’état métastable MSII du complexe nitrosyle Na2[Fe(CN)5NO].2H2O, d’une durée de vie de 12 ms à 150 K / This work is part of the study of photo-switchable molecular materials. The objective is the reversible and persistent control of the physical properties of matter by the application of an external stimulus, such as optical excitation. The thesis work consists of two main parts. The first part deals with the photoisomerization of NO ligands in ruthenium di-nitrosyl complexes. A systematic experimental approach was performed on three complexes. Infrared spectroscopy and X-ray diffraction were used together at low temperature. Multiple photoinduced linkage isomers (PLI) were detected. It has been shown that it is possible to photo-switch each of the two nitrosyl ligands independently. In addition, a double photoisomerization was characterized. The second part presents the development and implementation of an in-house time-resolved X-ray diffraction experiment. The device is a prototype diffractometer with a XPAD hybrid pixel detector, allowing measurements on a millisecond time-scale. A pump-probe system is coupled to the diffractometer allowing periodic excitation of the sample and an in-situ characterization of the photo-switching. This experiment was validated by measuring the metastable state MSII of the nitrosyl complex Na2[Fe(CN)5NO].2H2O, with a lifetime of 12 ms at 150 K

Ce travail de thèse s’articule autour de la synthèse et de la caractérisation d’hydroxydes doubles lamellaires (HDLs) par une approche combinant spectroscopie vibrationnelle, RMN du solide et diffraction des rayons X. Les objectifs portent sur la description de la distribution cationique dans les feuillets ainsi que sur l’étude des propriétés structurales et dynamiques des espèces interfoliaires. Les investigations sont principalement menées pour des HDLs de type MgII/AlIII (ratio compris entre 2 et 4) avec une complexification progressive des espèces intercalées : de l’anion carbonate pour lequel les matériaux possèdent une affinité préférentielle, à d’autres anions inorganiques comme les halogénures, le perchlorate et le nitrate, pour finir sur des hybrides organo-minéraux formés par intercalation d’anions organiques/biomolécules (acides aminés et cyclodextrines). Les recherches effectuées ont permis de mettre en évidence un ordre cationique local au sein des feuillets, conservé après échange anionique. Par ailleurs, il a été possible de rationaliser les comportements propres à chaque espèce anionique dans l’espace interfoliaire, qui dépendent fortement de la densité de charge des feuillets, ainsi que du taux d’hydratation des composés. En particulier, la coexistence des anions carbonate et hydrogénocarbonate dans l’espace interfoliaire et leur dynamique d’échange avec le dioxyde de carbone atmosphérique sont révélées. D’autre part, une nouvelle sonde de dynamique interfoliaire par RMN 27Al est proposée. Enfin, l’étude pas à pas des HDLs intercalant tout d’abord l’oxalate puis des acides aminés a permis le transfert des connaissances obtenues pour les HDLs inorganiques aux hybrides organo-minéraux. Le manuscrit se termine sur une application des hybrides contenant des cyclodextrines pour le traitement d’eaux polluées par des composés organiques polycycliques / This thesis work is based on the synthesis and the characterization of layered double hydroxides (LDHs) by an approach combining vibrational spectroscopy, solid-state NMR and X-ray diffraction. The objectives include a description of the cations distribution in the layers, as well as a study of the structural and dynamic properties of the interlayer species. Investigations are mainly carried out for MgII/AlIII LDHs (ratio between 2 and 4) with an increased complexity of the intercalated species: from carbonate for which the materials have a preferential affinity, to other inorganic anions such as halides, perchlorate and nitrate, to finish with organo-mineral hybrids obtained by intercalation of organic anions/biomolecules (amino acids and cyclodextrins).The research carried out highlighted a local cationic order in the layers, preserved after anionic exchange. Furthermore, it has been possible to rationalize the behaviour of each anion in the interlayer space, which strongly depends on the layers charge density, as well as on the hydration state of the compounds. In particular, the coexistence between carbonate and hydrogenocarbonate anions in the interlayer space and their dynamic exchange with atmospheric carbon dioxide are revealed. On the other hand, a new interlayer dynamics probe by 27Al NMR is proposed. Finally, the step-by-step study of LDHs, first intercalating oxalate and then amino acids, allowed the transfer of the knowledge obtained for inorganic LDHs to organo-mineral hybrids. The manuscript ends with an application of cyclodextrins-containing hybrids for the treatment of water polluted with polycyclic organic compounds

Le processus d'aluminisation dans les sols acides, conduit à la formation de minéraux argileux hydroxy-alumineux (HIMs). La fixation d'aluminium dans l'espace interfoliaire diminue la réactivité des feuillets expansibles (feuillets HI). La caractérisation des HIMs issus d'un Alocrisol a été réalisée par modélisation des diffractogrammes de rayons X (raies 00l) de la fraction <2 µm et de ses sous-fractions (<0.05, 0.05-0.1, 0.1-0.2 et 0.2-2 µm). Cette étude a montré que les HIMs sont des minéraux interstratifiés à deux ou trois types de feuillets (HI, illites et/ou expansibles). La proportion relative de feuillets HI par rapport à celle des feuillets expansibles diminue avec la taille des particules. La persistance de feuillets illitiques a été observée dans la fraction fine (<0.05 µm). Afin de tester l’effet de la taille des particules sur l'aluminisation, des expériences d'auto-aluminisation de vermiculites saturées K ou Ca séparées en trois fractions (0.1-0.2, 1 2 et 10-20 µm) ont été tentées. Toutes montrent l'importance du couple taille-cation interfoliaire sur le contrôle de l'échange et de la dissolution qui sont les processus de premier ordre pour l'aluminisation. C'est dans les expériences mettant en jeu les K vermiculites que la compétition entre ces deux processus conduit à la formation de minéraux interstratifiés aluminisés à trois composantes similaires à ceux identifiés dans les sols. L'effet de la taille des particules se marque par la persistance de feuillets illitiques comme cela avait été observé dans les fractions infra-micrométriques des sols. La compétition entre échange et dissolution sont donc très probablement le moteur des évolutions minérales dans les sols. / The aluminization process of clay minerals in acidic soils, leads to the formation of hydroxyl interlayered minerals (HIMs). It decreases the reactivity of the clay fraction by the fixation of aluminium in the interlayer space of expandable layers (HI). The characterization of HIMs from an Alocrisol was investigated through X-Ray Diffraction profile modeling (00l reflections) of the <2 µm size fraction and its sub-fractions (<0.05, 0.05-0.1, 0.1-0.2 and 0.2-2 µm). The results obtained highlight the mixed layer structure of HIMs which is composed of two or three different layers (HI, illites and/or expendables). The relative proportion of HI layers compared to that of expandable ones decreases with the particle size. In addition, the persistence of illite layers has been observed in the <0.05 µm size fraction. Auto aluminization experiments of K-or Ca- vermiculite separated in three-sized fraction (0.1-0.2, 1-2 and 10-20 µm) have been conducted in order to test the influence of the particle size on the aluminization process. These experiments exhibit the key role played both by the interlayer cation and the particle size on the cationic exchange and the crystal dissolution. The competition between of ion-exchange reactions and that of mineral dissolution on the K-vermiculite experiment, leads to the formation of 3 component MLMs (HI, illite and expandable) similar to those found in acidic soils. A similar effect of particle size leading to the persistence of illite layers was observed between the experiment products and the infra-micrometric particles of soils. Consequently, it is highly probable that both cation exchange and dissolution are the main processes governing the mineral evolutions in soils.

Le potassium est un nutriment essentiel à la croissance et au développement des plantes. Les minéraux argileux dans les sols représentent un important réservoir de K disponible pour les plantes. L'extraction de K fixé à partir de l'espace interfoliaire des minéraux micacés 2:1 peut entraîner une augmentation de la distance feuillet à feuillet qui peut être mesurée par diffraction des rayons X . Des échantillons de l'expérience Morrow Plots continue avec du maïs (C) ou du maïs-avoine-foin (R), provenant de sous-parcelles fertilisées (F) et non fertilisées (U) pour les années 1904, 1957, 1980, 1997 et 2013-2014, ont été soumis au fractionnement granulométrique séquentiel pour obtenir la fraction limoneuse (50-2 um) et les sous-fractions argileuses (2-0,2, 0,2-0,05 et <0,05 um). Les résultats granulométriques montrent une hétérogénéité significative malgré la petite taille de la MP, et un gain de sous-fraction < 0,05 um avec le temps. La modélisation des diagrammes de diffraction des rayons X a été effectuée pour obtenir une identification concluante de l'assemblage de minéraux argileux et évaluer l'impact de 110 ans d'agriculture continue et de différentes pratiques agronomiques. Un assemblage complexe de minéraux argileux a été identifié avec jusqu'à onze contributions différentes nécessaires pour reproduire les données expérimentales de sous-fractions de moins de 2 um, y compris jusqu'à six couches mixtes d'illite-smectite-chlorite. L'analyse de phase quantitative pour toutes les sous-parcelles et toutes les années, a montré que l'assemblage minéral du MP est similaire entre les différentes sous-parcelles, quel que soit le traitement agronomique. Aucune preuve significative d'altération ou de transformation des phases minérales argileuses n'a été observée au fil du temps. La nature dioctaédrique des minéraux argileux de la MP désavantage l'extraction du K et donc la dissolution est le mécanisme privilégié pour l'absorption du K et la perte de sous-fractions 2-0,2 et 0,2-0,05 um est attribuée à ce processus. / Potassium is an essential nutrient for plant growth and development. Clay minerals in soils represent an important reservoir of plant-available K. Extraction of fixed K from the interlayer space of micaceous 2:1 minerals can lead to an increase in the layer-to-layer distance which can be measured by X-ray diffraction. Samples from the Morrow Plots continuous corn (C) and corn-oats-hay (R) experiment, from fertilised (F) and non-fertilised (U) subplots for the years 1904, 1957, 1980, 1997 and 2013-2014 were subjected to sequential size-fractionation to obtain the silt fraction (50-2 um) and clay-sized subfractions (2-0.2, 0.2-0,05 and <0.05 um). Granulometric results show siginificant heterogeneity despite the small size of the MP, and a gain in <0.05 um subfraction with time. Full-profile fitting of X-ray diffraction patterns was performed to obtain conclusive identification of the clay mineral assemblage and assess the impact of 110-years of continuous agriculture and different agronomic practices. A complex clay mineral assemblage was identified with up to eleven different contributions necessary to reproduce the experimental data of <2 um subfractions, including up to six illite-smectite-chlorite mixed-layers. Quantitative phase analysis for all subplots and years showed that the mineral assemblage of the MP is similar between different subplots, regardless of agronomic treatment. No significant evidence of alteration or transformation of clay mineral phases was observed over time. The dioctahedral nature of the clay minerals of the MP disfavours K-extraction and thus dissolution is the favoured mechanism for K-uptake and the loss of 2-0.2 and 0.2-0.05 um subfractions is attributed to this process.

Les minéraux argileux gonflants tels que les smectites sont omniprésents à la surface de la Terre et possèdent d'importantes capacités d'hydratation et d'absorption/rétention de contaminants. Ainsi, ces dernières exercent une influence clé sur les transferts d'éléments dans les environnements de surface. Ces propriétés sont particulièrement importantes quand les smectites sont utilisées comme barrières ouvragées ou géologiques pour les installations de contrôle des déchets. Les molécules d'eau dans l'interfoliaire représentent plus de 80% de l'eau en contact avec les smectites, dans des conditions non saturées. La caractérisation de l'organisation et de la dynamique de l'eau dans les smectites est donc essentielle pour prédire la mobilité des contaminants, dont le principal vecteur est l'eau. Dans ce cadre général, les présents travaux décrivent, dans un premier temps, la structuration interfoliaire eau/cations dans des conditions saturées, jusqu'alors méconnue. Puis, dans un second temps, nous avons examiné l'influence des paramètres structuraux (tels que la quantité et l'emplacement des charges, la composition chimique et plus particulièrement la présence de groupements fluors/hydroxyles) sur les propriétés d'hydratation des smectites. Une série d'échantillons couvrant toute la gamme de composition des smectites a donc été synthétisée et caractérisée structurellement. Une attention particulière a été accordée à la détermination du montant (isothermes vapeur d'eau de sorption) et la distribution (de diffraction des rayons X) de l'eau dans l'espace interfoliaire. La modélisation moléculaire a permis d'aller plus loin dans la compréhension de l'origine des comportements contrastés observés expérimentalement, et de déterminer l'influence des différents paramètres cristallochimiques sur l'hydratation de la smectite. Cette étape est essentielle pour la prédiction de la réactivité des smectites dans l'environnement sur la base d'un nombre limité de paramètres cristallochimiques. / Swelling clay minerals such as smectites are ubiquitous at the Earth surface and possess major hydration ability and contaminant uptake/retention capacity. As a consequence smectites exert a pivotal influence on elemental transfers in surficial environments. These properties are especially relevant also when smectites are used as sealant in engineered or geological barriers for waste disposal facilities. As interlayer H2O molecules account for more than 80% of smectite water in undersaturated conditions, characterization of H2O organization and dynamics in smectites interlayers is essential to determining the geometrical and dynamical properties of clay barriers for waste disposal and to predicting the mobility of contaminant whose principal vector is water. Within this general framework, the present works describe, in a first time, the structuration of interlayer water/cations in saturated conditions. Then, in a second time, review the influence of structural parameters such as the amount and location of layer charge deficit and the chemical composition (and more especially the presence of structural fluorine/hydroxyl) on smectite hydration properties. A set of samples covering the whole compositional range of swelling phyllosilicates has thus been synthesized and characterized chemically and structurally. Special attention was paid to determining the amount (water vapor sorption isotherms) and the distribution (X-ray diffraction) of interlayer water. Molecular modeling allowed unraveling the origin of the contrasting behaviors observed experimentally and to determine the influence of the different crystal-chemical parameters on smectite hydration. This step is essential for the prediction of smectite reactivity in the environment from a limited number of crystal-chemical parameters. Molecular modeling allowed unraveling the origin of the contrasting behaviors observed experimentally and to determine the influence of the different crystal-chemical parameters on smectite hydration. This step is essential for the prediction of smectite reactivity in the environment from a limited number of crystal-chemical parameters.

Les nanofils de silicium présentent un fort potentiel d'intégration, et leur utilisation dans des dispositifs électroniques tels que des cellules solaires photovoltaïques ne peut se faire que si leur élaboration et leurs propriétés structurales sont maitrisées. Nous présentons dans cette thèse une méthode de fabrication de matrices de nanofils de silicium par croissance catalysée par l'or ou le cuivre en dépôt chimique en phase vapeur et faisant appel à des matrices de guidage de la croissance en alumine nanoporeuse. Cette technique permet notamment la croissance d'assemblées de nanofils ultra-denses (1.10^{10} nanofils/cm²) sur substrat non préférentiel ou d'hétérostructures comme des nanofils de germanium sur substrat de silicium. Grâce à la diffraction des rayons X nous montrons ensuite que les nanofils produits sont de très bonne qualité structurale malgré leur substrat non préférentiel et la présence d'une légère déformation de leur maille cristalline. Le contrôle de la déformation cristalline de nanofils de germanium est par ailleurs démontré en encapsulant les nanofils dans une coquille de nitrure de silicium. De nouveaux éléments de réflexion sont également rapportés concernant la contamination des nanofils de silicium par le catalyseur de leur croissance. Enfin l'intégration des nanofils de silicium dans des dispositifs solaires photovoltaïques est démontré en faisant appel à des jonctions PN radiales entre le coeur et la coquille des nanofils. / Silicon nanowires are promising objects but their integration in electronic devices such as photvoltaic solar cells relies on the ability to control their production and tailor their structural properties. In this thesis we present a method to produce nanowire matrices using a gold or copper catalysed growth process by chemical vapor deposition and using a nanoporous alumina growth template. This method enables the fabrication of ultra-dense nanowire arrays (1.10^{10} nanowires/cm²) on non preferential substrate or heterostructures such as germanium nanowires on silicon substrate. Using X-ray diffraction we also show that the structural quality of the template grown nanowires is very good in spite of their non preferential substrate and the presence of a small cristalline lattice strain. The control of germanium nanowires strain is also demonstrated by embeding them in a silicon nitride shell. Besides, new results are presented concerning the catalyst contamination of silicon nanowires. Silicon nanowires integration in photovoltaic devices is eventually demonstrated using a radial geometry for the PN junction between the core and the shell of the nanowires.