La gaine de myéline joue un rôle essentiel dans l'efficacité de la conduction électrique des impulsions nerveuses dans le système nerveux central et le système nerveux périphérique. Afin de mieux comprendre le rôle de la myéline dans les maladies auto-immunes qui affectent le système nerveux, l'influence des protéines MBP-C1, MBP-C8 (une forme mutante) et P2 sur la structure de la membrane a été étudiée par diffraction neutronique, et sur sa dynamique par diffusion neutronique élastique incohérente (EINS) et diffusion neutronique quasi-élastique (QENS). Les expériences ont révélé que des changements de structure se produisent dans les membranes de myéline modèles dans la région de température couvrant les transitions de phase des lipides. Par des mesures de diffraction neutronique, on a observé que les protéines MBP-C1 et P2 affectent profondément la structure des membranes de myéline reconstituées, révélant des changements importants dans la bicouche de la phase liquide. Une variété de comportements dynamiques fonctions de la température sont également observés par EINS dans le modèle des membranes de myéline: une transition entre un régime harmonique vers un régime non harmonique en raison des rotations du groupe de méthyle est suivie par d'autres transitions induites par la transition de phase gel-liquide de la bicouche et de la fusion de l'eau d'hydratation. MBP-C1 s'avère réduire la dynamique de la membrane, augmentant la température à partir de laquelle la première transition se produit et réduisant la dynamique dans la phase de gel. Ces résultats sont en adéquation avec les mesures par QENS qui montrent une réduction de la dynamique de la membrane dans la phase de gel induite par MBP-C1. Au contraire, dans la phase liquide, MBP-C1 s'avère accroître les mouvements de diffusion observés par QENS, ce qui est consistant avec l'observation des changements de la structure bicouche induits par MBP-C1 dans la phase liquide: en raison de l'élargissement de l'espace à l'intérieur de la bicouche, causé par la protéine MBP-C1 qui pénètre dans la bicouche, les lipides pourraient avoir augmenté leur degré de liberté. Aucune différence significative sur les mouvements observés de la membrane entre les effets de MBP-C1 et sa forme modifiée MBP-C8 associée à de multiples scléroses n'a été observée dans cette étude. Par ailleurs, on a démontré que les protéines MBP-C1 et P2 agissent de façon fortement synergique et il se pourrait qu'elles s'associent à l'intérieur de la membrane. Leur capacité à réduire la dynamique de la membrane dans la phase liquide est considérablement accrue quand les deux protéines sont présentes. Un modèle est proposé dans lequel les protéines associées influencent des grandes parties de la membrane en améliorant l'adhésion entre les bicouches par leurs fortes interactions électrostatiques et par un effet de synergie sur leur empilement.

Le traitement des effluents aqueux issus des usines de retraitement de La Hague est un enjeu important pour l'environnement. Ces effluents sont contaminés par des substances organiques et des éléments possédant une radioactivité résiduelle. Ce travail porte donc sur le développement et l'optimisation du procédé de dépollution avec pour objectifs d'exempter l'effluent de toute pollution et de former un déchet final compatible avec les matrices de conditionnement classiques dans le milieu nucléaire. Le procédé de séparation se décompose en deux étapes : l'étape de solubilisation de la pollution dans des micelles de tensioactifs et l'étape de précipitation d'une phase minérale par transition sol-gel.Dans la cadre de la thèse, seule la pollution due aux radionucléides a été étudiée. Lors de la première étape, la stratégie a consisté à utiliser des molécules complexantes capable d'interagir avec les ions et de former des complexes préférentiellement solubles dans le cœur des micelles de tensioactifs. Par la suite, la deuxième étape a consisté à ajouter un précurseur de silice qui après hydrolyse et polycondensation permet d'agréger les micelles contenant les complexes entre elles et de former une phase silice qui précipite de façon in-situ. L'objectif de dépollution de l'effluent a été atteint et le déchet final formé est une poudre de silice contenant les micelles et la pollution qui après calcination est compatible avec les matrices de conditionnement telles que le verre ou le ciment. Différentes études ont permis de définir un système de référence pour lequel le procédé de séparation est optimal. Ce système comprend un tensioactif non-ionique (P123), un ion simulant les radionucléides (néodyme), une molécule complexante (HDEHP) et un précurseur de silice (TEOS). Ainsi, ce système a fait l'objet d'études approfondies pour élargir le champ d'action du procédé de séparation et pour comprendre les mécanismes en jeu lors de la complexation des ions et de la solubilisation micellaire, puis lors de la formation de la poudre de silice avec des techniques de diffusion, d'imagerie, de spectrométrie et d'analyses de surface.En conclusion, le procédé alternatif de dépollution développé dans cette thèse a permis d'atteindre les objectifs de dépollution et d'expliquer les différents mécanismes qui régissent chaque étape du procédé.Mots-clés : Tensioactifs, Lanthanides, Ligands organophosphorés, Procédé sol-gel, Diffusion des neutrons, wet-STEM

Cette thèse se concentre sur l'étude de composés magnétiques géométriquement frustrés où les ions magnétiques se situent aux sommets d'un réseau de tétraèdres partageant leurs sommets: les composés pyrochlores. Deux familles de formule chimique R2M2O7, où R est un lanthanide et M= Ti, Sn, sont particulièrement intéressantes puisqu'elles présentent une grande variété d'états magnétiques exotiques. Premièrement, nous avons étudié le champ cristallin agissant au site de la terre rare dans l'approximation de Stevens où uniquement le terme fondamental est considéré. Un jeu unique de paramètres a été déterminé pour chaque famille considérée grâce à une analyse globale incluant des spectres de neutrons inélastiques de plusieurs composés. Ensuite, nous avons caractérisé avec un large éventail de techniques les propriétés physiques à basse température de Nd2Sn2O7. En dessous de la température de transition Tc=0.91 K, ce composé possède un ordre magnétique à longue portée dans la configuration de spins dite "all-in-all-out". Une persistance de la dynamique de spins a été révélée dans la phase ordonnée, attribuée à des excitations unidimensionnelles de spins. Une dynamique de spins anormalement lente est également reportée dans la phase paramagnétique. Enfin, nous avons apporté quelques informations sur les deux états fondamentaux proposés pour le composé très étudié Tb2Ti2O7: premièrement, l'apparition d'une transition Jahn-Teller à basse température est suggérée mais l'absence d'élargissement des pics de Bragg réfute la présence d'une transition structurale. Enfin ce composé pourrait être un exemple d'une glace de spin quantique mais l'existence d'un plateau d'aimantation n'est pas évident jusqu'à T=20 mK. / This Phd thesis focuses on the study of magnetically frustrated compounds where magnetic ions lie at the vertices of a corner-sharing tetrahedra network: the pyrochlore compounds. The two series of chemical formula R2M2O7, where R is a lanthanide and M=Ti, Sn, are of peculiar interest since they display a large variety of exotic magnetic ground states. First, we have studied the crystal-electric-field acting at the rare earth within the Stevens approximation where only the ground state multiplet is considered. A single set of parameters for each families of interest has been determined through a global analysis including several inelastic neutron scattering spectra of various compounds. Then, we have characterised with a large panel of techniques the low temperature physical properties of Nd2Sn2O7. This compound enters a long-range magnetic order at transition temperature Tc=0.91 K with an ``all-in-all-out'' spin configuration. A persistence of spin dynamics has been found in the ordered phase, ascribed to one-dimensional spin loops excitations. Anomalously slow paramagnetic spin fluctuations are also reported. Finally, we have brought information on the two proposed ground states of the widely studied compound Tb2Ti2O7: first, a Jahn-Teller transition is claimed to occur at low temperatures but no broadening of the Bragg peaks is seen down to T=4 K precluding premises of a structural transition. Secondly, this compound could be a realisation of a quantum spin-ice but no definitive evidence of a magnetisation plateau is found down to T=20 mK.

La gaine de myéline joue un rôle essentiel dans l'efficacité de la conduction électrique des impulsions nerveuses dans le système nerveux central et le système nerveux périphérique. Afin de mieux comprendre le rôle de la myéline dans les maladies auto-immunes qui affectent le système nerveux, l'influence des protéines MBP-C1, MBP-C8 (une forme mutante) et P2 sur la structure de la membrane a été étudiée par diffraction neutronique, et sur sa dynamique par diffusion neutronique élastique incohérente (EINS) et diffusion neutronique quasi-élastique (QENS). Les expériences ont révélé que des changements de structure se produisent dans les membranes de myéline modèles dans la région de température couvrant les transitions de phase des lipides. Par des mesures de diffraction neutronique, on a observé que les protéines MBP-C1 et P2 affectent profondément la structure des membranes de myéline reconstituées, révélant des changements importants dans la bicouche de la phase liquide. Une variété de comportements dynamiques fonctions de la température sont également observés par EINS dans le modèle des membranes de myéline: une transition entre un régime harmonique vers un régime non harmonique en raison des rotations du groupe de méthyle est suivie par d'autres transitions induites par la transition de phase gel-liquide de la bicouche et de la fusion de l'eau d'hydratation. MBP-C1 s'avère réduire la dynamique de la membrane, augmentant la température à partir de laquelle la première transition se produit et réduisant la dynamique dans la phase de gel. Ces résultats sont en adéquation avec les mesures par QENS qui montrent une réduction de la dynamique de la membrane dans la phase de gel induite par MBP-C1. Au contraire, dans la phase liquide, MBP-C1 s'avère accroître les mouvements de diffusion observés par QENS, ce qui est consistant avec l'observation des changements de la structure bicouche induits par MBP-C1 dans la phase liquide: en raison de l'élargissement de l'espace à l'intérieur de la bicouche, causé par la protéine MBP-C1 qui pénètre dans la bicouche, les lipides pourraient avoir augmenté leur degré de liberté. Aucune différence significative sur les mouvements observés de la membrane entre les effets de MBP-C1 et sa forme modifiée MBP-C8 associée à de multiples scléroses n'a été observée dans cette étude. Par ailleurs, on a démontré que les protéines MBP-C1 et P2 agissent de façon fortement synergique et il se pourrait qu'elles s'associent à l'intérieur de la membrane. Leur capacité à réduire la dynamique de la membrane dans la phase liquide est considérablement accrue quand les deux protéines sont présentes. Un modèle est proposé dans lequel les protéines associées influencent des grandes parties de la membrane en améliorant l'adhésion entre les bicouches par leurs fortes interactions électrostatiques et par un effet de synergie sur leur empilement. / The myelin sheath is essential for efficient electrical conduction of nerve impulses in the central and in the peripheral nervous system. To gain insight into the role of myelin, in autoimmune diseases that affect the nervous system, the influence of the myelin protein MBP-C1, a mutated form MBP-C8, and P2 on the membrane structure was investigated using neutron diffraction and on the membrane dynamics using incoherent elastic (EINS) and quasielastic neutron scattering (QENS). The experiments revealed that structural changes occur in the model myelin membranes across the temperature region covering the lipid phase transitions. The myelin proteins MBP-C1 and P2 are shown to strongly affect the structure of the model myelin membranes, shown by neutron diffraction measurements revealing significant changes in the bilayer spacing in the liquid phase. A range of distinct dynamical behaviours are observed by EINS in the model myelin membranes as a function of temperature: a first transition from a harmonic to an anharmonic temperature regime, assigned to methyl group rotations, is followed by further transitions induced by the gel-liquid phase transition of the bilayer and melting of the hydration water. MBP-C1 is shown to reduce the dynamics of the membrane, increasing the temperature at which the first transition occurs, and reducing the dynamics in the gel phase. These results were in agreement with quasielastic neutron scattering measurements, which showed a reduction of confined diffusive motions of the membrane in the gel phase induced by MBP-C1. In contrast, in the liquid phase, MBP-C1 was found to enhance diffusive motions, revealed with QENS, which is consistent with the observed changes to the bilayer structure that are induced by MBP-C1 in the liquid phase: due to the widening of the interbilayer space caused by MBP-C1, which penetrates into the bilayer, the lipids may have increased their conformational freedom. Any significant difference between the effects of MBP-C1 and its modified form MBP-C8, which is associated with multiple sclerosis, on motions of the membrane, investigated by QENS, were not identified in this study. It was demonstrated that both proteins MBP-C1 and P2 act in a highly synergistic manner and may associate within the membrane. Their ability to reduce the membrane dynamics in the liquid phase is considerably enhanced when both proteins are present. A model is proposed in which the associated proteins influence large fractions of the membranes by promoting adhesion between the bilayers through their strong electrostatic interactions and by their synergistic stacking effect.

Ce travail de thèse est consacré à l'exploration de la dynamique d'espèces moléculaires confinées dans des réseaux nano-méso poreux. Pour caractériser le mouvement de diffusion, on a utilisé la diffusion quasi-élastique des neutrons. La dynamique rotationelle des espèces confinées a été suivie par RNM du deutérium à l'état solide. Plusieurs systèmes ont été étudiés : (i) la dynamique de l'eau dans des adsorbants sélectifs basés sur du chlorure de calcium déposé dans de la silice., (ii) la dynamique d'alcanes linéaires confinés dans les pores de la zéolithe 5A, (iii), la dynamique du butane dans la zéolithe ZSM-5, (iv) la dynamique des cycles benzéniques dans les réseaux de la MIL-53 et de la MIL-47, (v) la dynamique de l'hydrogène dans les MOFs MIL-53 et MIL-47. Dans tous les cas, la nature et la dynamique en milieu confiné dévie fortement de la dynamique à l'état condensé. / The work is dedicated to the investigation of dynamics of molecular species confined in nano-meso porous media. To investigate the translational diffusion, quasielastic neutron scattering technique was used. To characterize the rotational dynamics and intramolecular dynamics of the confined species, solid state 2H NMR was used. Several systems were studied : (i) dynamics of water in selective water sorbent SWS-1L based on CACL2 salt and porous silica ; (ii) dynamics of linear alkanes confined in zeolite 5A pores ; (iii) dynamics of linear butane in zeolite ZSM-5 ; (iv) dynamics of benzene rings in the metal-organic frameworks MIL-53 and MIL-47 ; (v) dynamics of hydrogen in MILs47 and 53. In all cases, the dynamics and the state of adsorbed species were characterized and it was shown that the dynamics in confinement strongly deviates from the dynamics in the usual bulk state.

Le travail de cette thèse vise à contrôler la formation d’une structure fortement ordonnée à l’échelle supramoléculaire d'un liquide associé, par dilution dans un liquide aprotique, ou par confinement dans un silicate mésoporeux (MCM-41, SBA-15). Dans le volume, une forte perturbation du mélange idéal représentée en termes de regroupement entre les espèces similaires est observée par la diffusion de neutrons aux petits angles. Sous confinement, un phénomène remarquable de nanoségrégation des mélanges dans les pores conduit à des structures concentriques tubulaires de type coeur-gaine, ce qui est surprenant pour les systèmes binaires macroscopiquement homogène et entièrement miscibles. La dynamique moléculaire de ces nanostructures originales est étudiée par diffusion quasiélastique de neutrons dans le liquide et les états vitreux, révélant différents types de modes de relaxation sous confinement et étant fortement dépendant de la concentration. L’étiquetage isotopique HD des composants des mélanges fournit un point de vue global unique sur les propriétés de ces liquides binaires confinés. Ceci permet d’établir une corrélation directe entre les hétérogénéités dynamiques spatialement distinctes et la formation de nanostructures d'enveloppe de base d'origine induites par des interactions préférentielles. / The objective of this thesis is tuning the formation of ordered supramolecular structures of an H-bonded liquid alcohol, either by dispersion in an aprotic solvent or by confinement in mesoporous silicates (MCM-41 and SBA-15). In the bulk, a strong perturbation from ideal mixing depicted in terms of clustering between similar species is observed by small angle neutron scattering. Under confinement, a remarkable nanosegregation phenomenon of the mixture is observed in the pores, leading to concentric tubular structures of core-shell type, which are striking for macroscopically homogeneous and fully miscible binary systems. The molecular dynamics of these original glassforming nanostructures is studied by quasielastic neutron scattering in the liquid and vitreous states, revealing different types of relaxation modes under confinement with nontrivial concentration dependencies. Isotopic HD labelling of the mixtures components provides a unique comprehensive viewpoint on the properties of these confined binary liquids, establishing a direct correlation between spatially segregated dynamical heterogeneities and the formation of original core shell nanostructures induced by preferential interactions.

Un des enjeux majeurs dans le domaine du magnétisme moléculaire est de mieux comprendre et prévoir, dans les composés à base moléculaire, les corrélations qui existent entre les propriétés structurales (modulables à partir de méthodes de synthèse de type « bottom-up ») et les propriétés magnétiques. En particulier, la compréhension et la maîtrise de l’anisotropie magnétique à l’échelle locale est primordiale, notamment en vue de concevoir des molécules-aimants avec de plus hautes températures de blocage. Dans ce contexte, ce travail de thèse s’organise autour de deux grands axes. La première partie se concentre sur la détermination et la caractérisation de l’anisotropie magnétique locale dans des complexes moléculaires d’ions de transition de faible nucléarité. La diffraction de neutrons polarisés (PND) nous a permis, pour la première fois, de mettre clairement en évidence le tenseur de susceptibilité magnétique locale dans un complexe moléculaire mononucléaire de Fe3+ Bas-Spin ainsi que dans deux complexes, mononucléaire et dinucléaire, de Co2+ Haut-Spin. Cette approche novatrice mène à l’établissement de relations magnéto-structurales claires et directes, en reliant les directions magnétiques locales propres à l’environnement de coordination des ions métalliques et en particulier aux axes locaux de distorsion. Nous avons également mené l’étude originale d’un complexe à transition de spin thermo-induite de Mn3+ par diffusion inélastique de neutrons (INS) dans les deux phases Haut-Spin (HS) et Bas-Spin (BS). Cette étude nous a conduits à la proposition d’un modèle d’hamiltonien de spin anisotrope dans les deux états HS et BS, en relation avec la structure du complexe. Dans une seconde partie plus exploratoire de la thèse, nous avons mené une étude complète des propriétés structurales et magnétiques de nanoparticules ferromagnétiques d’analogue du bleu de Prusse CsNiCr, par diffusion de neutrons aux petits angles (SANS). Les effets de taille, d’organisation et de concentration sur leurs propriétés superparamagnétiques ont ainsi été clairement mis en évidence. En particulier, nous avons mis en exergue, pour les particules de plus petite taille (5 nm de diamètre), une contribution magnétique qui résulte de la manifestation d’un phénomène collectif, tandis que celles de plus grande taille (28 nm de diamètre) apparaissent être dans un état complètement multidomaine. / One of the major issues in the field of molecular magnetism is to better understand and predict the correlations between the structural properties of molecule-based compounds and their magnetic properties, all of which may be tunable using “bottom-up” synthesis methods. In particular, the understanding and control of the magnetic anisotropy at the atomic scale is essential, especially with the aim to design Single-Molecule Magnets (SMM) with higher blocking temperatures. In this context, this thesis work is focused on two mains subjects. The first part deals with the determination and the characterization of the local magnetic anisotropy in low-nuclearity molecular complexes based on transition ions. Polarised neutron diffraction (PND) allows us, for the first time, to directly access the local susceptibility tensor in a Low-Spin Fe3+ mononuclear complex as well as in two, mononuclear and dinuclear, High-Spin Co2+ complexes. This innovative approach leads to the establishment of unique and direct magneto-structural correlations, by relating the local magnetic principal directions with the coordination environment of the metallic ions and, in particular, with the local distortion axes. We have also carried out an original investigation by inelastic neutron scattering (INS) of a Mn3+ thermo-induced spin-transition compound in both High-Spin (HS) and Low-Spin (LS) states. On the basis of this study, we were able to propose an anisotropic spin-Hamiltonian model in both HS and LS phases, and their relationships with the structure of the molecule are discussed. In a second more exploratory part of the thesis, we have carried out by small-angle neutron scattering (SANS) a complete study of the structural and magnetic properties of Prussian blue analogues (PBA) ferromagnetic nanoparticles CsNiCr. The effects of size, organization and concentration on their superparamagnetic properties have been clearly highlighted. In particular, a strong magnetic contribution has been observed for the smallest particles (5 nm diameter) which results from the manifestation of a collective process, while the biggest (28 nm diameter) appear to be in a multi-domain state.

Le débat sur l'origine du comportement anormal de l'eau (H2O), que peut être dû, au niveau moléculaire, à sa capacité à former des réseaux de liaisons hydrogène, est encore ouvert. Les anomalies de le H2O sont fortement accentuées dans la région surfondue du diagramme de phase (PD). Beaucoup de simulations numérique ont expliqué cet comportement en suggérant l'existence d'une transition de phase liquide-liquide (LLPT) entre deux phases de densité différente: Low Density Liquid et High Density Liquid, séparées par une ligne de coexistence terminant sur un point critique (CP) (hypothèse de le 2°point critique). Malheureusement, ce CP, s'il existe, réside dans le No man's land, une région du PD difficile à explorer expérimentalement à cause de la cristallisation spontanée. Confiner H2O dans des géométries nanométrique peut abaisser la température de congélation, en ouvrant la possibilité d'entrer dans le No man's land et d'enquêter sur l'existence de LLPT. Nous avons étudié H2O confiné dans une matrice mésoporeuse (MCM-41), en mettant l'accent sur l'existence d'un minimum de densité (DM) à 210 K, qui devrait être directement lié au second CP supposé. Nos expériences ont exploité la spectroscopie infrarouge, la diffusion de neutrons à petit angle et la diffraction de neutrons sur une large gamme de Q. L'interprétation de nos résultats a conduit à conclure que dans le centre du pore de MCM-41 se forme une hétérophase solide, à une température proche a quelle prétendu par d'autres auteurs pour le DM. Donc l'approche expérimentale commune est faux et ce qui a été précédemment interprété comme un signe de DM à 210 K est en réalité dû au début d'un événement de cristallisation. / Le débat sur l'origine du comportement anormal de l'eau (H2O), qui peut être dû, au niveau moléculaire, à sa capacité à former des réseaux de liaisons hydrogène, est encore ouvert. Les anomalies du H2O sont fortement accentuées dans la région surfondue du diagramme de phase (PD). Beaucoup de simulations numérique ont expliqué cet comportement en suggérant l'existence d'une transition de phase liquide-liquide (LLPT) entre deux phases de densité différente: Low Density Liquid et High Density Liquid, séparées par une ligne de coexistence terminant sur un point critique (CP) (hypothèse de le 2°point critique). Malheureusement, ce CP, s'il existe, réside dans le No man's land, une région du PD difficile à explorer expérimentalement à cause de la cristallisation spontanée. Confiner H2O dans des géométries nanométrique peut abaisser la température de congélation, en ouvrant la possibilité d'entrer dans le No man's land et d'enquêter sur l'existence de LLPT. Nous avons étudié H2O confiné dans une matrice mésoporeuse (MCM-41), en mettant l'accent sur l'existence d'un minimum de densité (DM) à 210 K, qui devrait être directement lié au second CP supposé. Nos expériences ont exploité la spectroscopie infrarouge, la diffusion de neutrons à petit angle et la diffraction de neutrons sur une large gamme de Q. L'interprétation de nos résultats a conduit à conclure que dans le centre du pore de MCM-41 se forme une hétérophase solide, à une température proche a quelle prétendu par d'autres auteurs pour le DM. Donc l'approche expérimentale commune est faux et ce qui a été précédemment interprété comme un signe de DM à 210 K est en réalité dû au début d'un événement de cristallisation.

Le but du travail est d'étudier la structure supramoléculaire de mélanges de tensioactif hydrophile, n-octyl-beta-glucoside (C8G1), et d'un extractant d'ions métalliques hydrophobe, le tributyl-n-phosphate (TBP), en présence d'eau, d'huile et de sels. Les systèmes classiques d'extraction ionique (composés d'une phase aqueuse, d'huile et d'extractant dont le but est d'extraire un soluté de la phase polaire sont passés en revue. L'aspect colloïdal et les transitions de phases que l'on retrouve dans ces systèmes sont souvent décrits singulièrement. Nous avons transposé l'approche « diagramme de phases » issue de la physico-chimie des systèmes moléculaires organisés à ces systèmes d'extractant afin d'orienter globalement l'analyse de ces systèmes complexes. La discussion est basée sur des considérations géométriques. Un modèle thermodynamique a été développé en considérant les contraintes d'empilement des ces extractants dans le film moléculaire formant les micelles inverses d'extractant dans l'huile. Ce modèle a permis de prédire la solubilité de l'eau au sein de ces micelles inverses ainsi que leurs tailles obtenues expérimentalement. Dans une deuxième partie, le comportement physico-chimique des phases aqueuses et organiques composées respectivement d'eau/C8G1 et de TBP/huile/eau ont été étudiées, en s'intéressant particulièrement aux effets de sels, par des techniques de diffusion de rayons X aux petits angles, diffusion dynamique de la lumière et de spectroscopie UV-visible. Dans la dernière partie la description complète de la microémulsion en faisant varier la balance hydrophile-hydrophobe du mélange C8G1 et TBP a été obtenue en combinant des mesures de diffusion de neutrons aux petits angles et d'analyse chimique (Karl-Fischer, Carbone Organique Total, ICP-OES…). Le comportement co-surfactant du TBP a été déterminé par comparaison aux co-surfactants classiques que sont les n-alcools (4<n<8). Les compositions de films moléculaires mixtes de C8G1/TBP et de C8G1/n-hexanol, obtenues expérimentalement, ont été confirmées par un modèle basé sur des paramètres géométriques moléculaires. Nous avons tenté d'exploiter les propriétés interfaciales de ces molécules pour le contrôle des cinétiques d'extraction liquide-liquide d'ion et la séparation d'ion « sans solvant » par flottation. / The presented work describes the supramolecular structure of mixtures of a hydrophilic surfactant n-octyl-beta-glucoside (C8G1), and the hydrophobic metal ion extractant tributylphosphate (TBP) in n-dodecane/water as well as in the presence of salts.In the first part, basic solvent extraction system, composed of water, oil and extractant, will be introduced. The focus, however, lies on the extraction of multivalent metal ions from the aqueous phase. During this extraction process and in the following thermodynamic equilibrium, aggregation and phase transition in supramolecular assemblies occur, which are already described in literature. Notably, these reports rest on individual studies and specific conclusions, while a general concept is still missing. We therefore suggest the use of generalized phase diagrams to present the physico-chemical behaviour of (amphiphilic) extractant systems. These phase diagrams facilitated the development of a thermodynamic model based on molecular geometry and packing of the extractant molecules in the oil phase. As a result, we are now in the position to predict size and water content of extractant aggregates and, thus, verify the experimental results by calculation.Consequently, the second part presents a systematic study of the aqueous and organic phase of water/C8G1 and water/oil/TBP mixtures. The focus lies on understanding the interaction between metal ions and both amphiphilic molecules by means of small angle x-ray scattering (SAXS), dynamic light scattering (DLS) and UV-Vis spectroscopy. We confirmed the assumption that extraction of metal ions is driven by TBP, while C8G1 remains passive. In the third and last part, microemulsions of C8G1, TBP, water (and salt) and n-dodecane are characterized by small angle neutron scattering (SANS), and chemical analytics (Karl Fischer, total organic carbon, ICP-OES,...). The co-surfactant behaviour of TBP was highlighted by comparison to the classical n-alcohol (4<n<8) co-surfactants. The compositions of the C8G1/TBP and C8G1/n-hexanol interfacial mixed films obtained experimentally were confirmed by the prediction of a model based on the molecular geometrical parameters. We furthermore exploit the interfacial properties of these molecules to control the kinetics of liquid-liquid extraction and attempt a “solvent free” ion separation using flotation.

Cette étude porte sur la décontamination de matrices textiles en milieu CO2 dense (CO2 liquide ou CO2 supercritique). Elle s'inscrit dans le cadre de la décontamination des textiles utilisés dans l'industrie nucléaire. Le CO2 dense est proposé comme alternative au milieu aqueux utilisé dans le procédé actuel et qui génère une importante quantité d'effluents aqueux contaminés nécessitant un post-traitement. Le contaminant étudié est le cobalt qui peut se présenter sous forme ionique ou particulaire. L'extraction du cobalt en milieu CO2 dense est assurée par un additif : un tensioactif macromoléculaire CO2-phile/CO2-phobe complexant. Plusieurs familles d'additifs ont été synthétisées par polymérisation radicalaire contrôlée : des copolymères à gradient comportant des motifs CO2-philes, siliciés ou fluorés, et des motifs CO2-phobes complexants de types acétoacétoxys, diéthylphosphonates ou acides phosphoniques. Le comportement de ces copolymères dans le CO2 dense a été évalué grâce à la détermination des diagrammes de phases copolymère-CO2 (par la mesure du point de trouble) et grâce à l'étude de leur autoorganisation dans le CO2 dense (par diffusion de neutrons aux petits angles). Les copolymères fluorés se sont avérés être les plus avantageux en termes de solubilité. Néanmoins, les copolymères siliciés présentent une solubilité compatible avec le procédé et ils constituent donc une alternative intéressante pour éviter la présence de fluor gênant pour le conditionnement des déchets nucléaires. L'étude de la complexation du cobalt par les copolymères (par spectrométrie UV-visible et par torche à plasma couplée à un spectromètre d'émission atomique) a permis d'établir des relations entre le type de motif complexant et l'affinité avec le cobalt. La solubilité dans le CO2 dense de ces complexes copolymères-cobalt est comparable à celle des copolymères seuls. De plus, l'étude de l'auto-organisation en milieu CO2 dense a révélé un faible taux d'agrégation des complexes copolymères-cobalt. Enfin, les copolymères synthétisés ont été mis en oeuvre dans les procédés de décontamination particulaire et ionique. Dans le cas du procédé de décontamination ionique, l'emploi du copolymère à gradient poly(acrylate de 1,1,2,2-tétrahydroperfluorodécyle-co-diacide vinylbenzylphosphonique) a permis d'atteindre environ 70% de décontamination grâce à la formation d'une microémulsion d'eau dans le CO2 dense. L'efficacité du procédé dedécontamination a été portée à 97% grâce à l'emploi de pyridine comme tiers additif. / This study is about textile decontamination in dense CO2 (liquid CO2 or supercritical CO2). The study is carried out in the framework of decontamination of textile used in the nuclear industry. The dense CO2 offers an alternative to aqueous medium used in the current process which generates a huge quantity of contaminated aqueous effluent requiring a post-treatment. Cobalt is the targeted contamination and can be found as ionic species or particles. The cobalt extraction in dense CO2 is achieved with an additive : a complexing CO2-philic/CO2-phobic macromolecular surfactant. Several types of additives were synthesized by controlled free radical polymerization : gradient copolymers made with CO2-philic groups (silicone-based or fluorinated moieties) and CO2-phobic complexing groups (acetoacetoxy, diethylphosphonate or phosphonic acid moieties). The copolymer behavior in dense CO2 was determined by phase diagram measurements (cloud point method) and their self-assembly in dense CO2 was investigated by small angle neutron scattering. The fluorinated copolymers were found advantageous in terms of solubility. Nevertheless, the silicone-based copolymers showed solubilities which are compatible with the process, therefore they are a good alternative to avoid fluorinated compounds which are unwanted in the conditioning of nuclear wastes. The study of cobalt complexation by the copolymers (UV-vis spectroscopy and inductively coupled plasma-mass spectroscopy) established relations between the type of complexing group and the affinity with the cobalt. The solubility of copolymer-cobalt complexes in dense CO2 is similar to those of copolymers. Moreover, the self-assembly study of the complex revealed a low aggregation. Finally, the synthesized copolymers were used in particle or ionic decontamination processes. In the case of ionic decontamination process, a rate of 70% of decontamination was reached with the use of gradient copolymer poly(1,1,2,2-tetrahydroperfluorodecyle acrylate-covinylbenzylphosphonic diacid) which allowed the formation of water-in-CO2 microemulsion. The efficiency of the decontamination process was even improved up to 97% with the addition of pyridine in the process.