Un dispositif de dépôt chimique en phase vapeur à l’air libre, utilisant une torche à injection axiale (TIA), a été développé pour l’élaboration de couches minces de TiO2 et TiO2/SiO2. Les effets des paramètres de dépôt comme la distance torche-substrat (d), la puissance micro-onde incidente et le débit de précurseur de titane (TTIP) sur (i) la morphologie et (ii) la structure cristalline des couches ont été étudiés. Dans la mesure où ces couches sont appliquées dans le domaine de la photocatalyse hétérogène, l’optimisation du procédé vise dans un premier temps à permettre l’obtention d’une grande surface spécifique et à favoriser la croissance de la phase anatase. En plus de l’étude de la phase plasma (par spectroscopie d’émission optique) et des interactions thermiques plasma – surface, une caractérisation complète du matériau obtenu dans les conditions optimisées ont permis de proposer un mécanisme de croissance de la couche en mode statique. Ce dernier met en évidence une croissance par réaction de surface dans la zone centrale du dépôt et une croissance par agglomération de nanoparticules préalablement formées en phase plasma, dans sa zone périphérique. Enfin, la potentialité du dépôt d’oxydes mixtes TiO2/SiO2 a été explorée sur une large gamme de ratio Si/Ti. Il a été montré que quelle que soit la distance torche – substrat, trois phases sont détectées : SiO2, TiO2 et TixSiyOz. Lorsque d=10 mm, la phase de TiO2 est cristallisée sous la forme anatase, alors que lorsque d=30mm, l’ensemble de la couche est amorphe. L’addition d’une faible quantité de silice (environ 3%) au TiO2 cristallisé permet d’augmenter l’activité photocatalytique du matériau d’environ 15%. Une étude préliminaire a de plus permis d’obtenir un dépôt sur de larges surface grâce à la mise en mouvement du substrat, ouvrant la voie à de plus larges applications. / An open air chemical vapour deposition process, using an axial injection torch (TIA) was developed for the deposition of TiO2 and TiO2 / SiO2 thin films. The effects of deposition parameters such as the torch-to-substrate distance (d), the incident microwave power and the titanium precursor (TTIP) flow rate on (i) the morphology and (ii) the crystalline structure of the layers were investigated . Since these layers are applied in the field of heterogeneous photocatalysis, the process optimization aimed to obtain a high surface area and to promote the growth of anatase phase. Besides the study of the plasma phase (by optical emission spectroscopy) and the plasma - surface interactions, a complete characterization of the film deposited in the optimized conditions enabled to provide a growth mechanism in the static mode. It was suggested that (i) the central zone of the deposit results from surface reactions and (ii) the peripheral zone results from the surface agglomeration of nanoparticles previously formed in plasma phase. Finally, the deposition of mixed oxides TiO2 / SiO2 was investigated over a wide range of Si / Ti ratios. It has been shown that whatever the torch-to-substrate distance, three phases were detected: SiO2, TiO2 and TixSiyOz. When d = 10 mm, the TiO2 layer is crystallized in the anatase form, whereas when d = 30 mm, the entire layer is amorphous. The addition of a small amount of silica (about 3%) to the anatase TiO2 increased the photocatalytic activity of about 15%. A preliminary study consisting in the deposition on large areas by moving the substrate, opens the way for wider applications.

Cette thèse est divisée en trois parties. La première traite la synthèse de la polyaniline (PANI), un polymère conducteur de trou, utilisé dans plusieurs applications. En variant les quantités du monomère et de l'oxydant tout en fixant leur rapport molaire à 1:1,25, et en ajoutant de l'oxyde de magnésium, des aiguilles et des nouvelles structures semblables aux échinides sont formées. Le mécanisme de formation des structures unidimensionnelles est expliqué à l'aide de la théorie des multicouches. La deuxième partie est consacrée à la fabrication des monocouches photovoltaïques à faible coût en se basant sur le principe de fonctionnement des cellules à pigment photosensible (en anglais DSSC, Dye-Sensitized Solar Cell). En 1991, Grätzel a réintroduit l'effet photo-électrochimique en développant la première DSSC, une des cellules solaire troisième génération, formée d'un film de TiO2 (photo-anode) pigmenté à l'aide d'un colorant et d'un électrolyte qui sert à régénérer le pigment oxydé. Malgré leur faible coût, les DSSCs font face à de nombreux problèmes tels que le coût élevé du pigment, la fuite de l'électrolyte, la sublimation du couple I-/I3- à travers I2, etc. Afin de résoudre ces problèmes, des monocouches photovoltaïques ont été développées. Des composites formés de PANI et TiO2 sont la base de ces dispositifs nouvelle génération. La polymérisation in-situ de l'aniline en présence des nanoparticules de TiO2 conduit à une forte interaction entre la PANI et les particules de TiO2 où une structure " core (TiO2)/shell (PANI) " existe dans le composite. Dans le dispositif photovoltaïque basé sur le composite PANI-TiO2, PANI est considérée comme pigment à la photo-anode et comme poly-électrolyte plus profondément dans le composite. En plus, des textiles fabriqués utilisant ces composites photo-génèrent une tension de 0,6 V et un courant de 1 A/m2 lorsque l'éthanol est injecté dans le dispositif. Une nouvelle architecture a été développée qui sert à améliorer la performance de la cellule et en même temps stocker l'énergie pour des utilisations ultérieures. La dernière partie est consacrée à la fabrication des DSSCs basées sur les pigments naturels. L'anthocyane, un pigment naturel halochromique responsable de la couleur rouge dans les plantes, a été extrait du chou rouge et utilisé pour pigmenter les films de TiO2. Cette propriété se traduit par la fabrication des DSSCs de différentes couleurs et comportement photovoltaïque. Avec un pH égal à 0, une Vco et une Jcc de 520 mV et 185 μA/cm2 sont respectivement obtenues prouvant la possibilité d'utiliser le chou rouge comme source de pigment à très faible coût des DSSCs.

L’objet de cette thèse est le développement et l’étude de la photoréactivité de TiO2, absorbant dans le visible et ayant des propriétés autonettoyantes et de dépollution de l’eau et de l‘air. Dans ce contexte, des films d’épaisseur controlée et mésostructurés de TiO2 non dopés et dopés par différents métaux (platine, vanadium et tungstène) , ont été synthétisés par voie sol-gel combinée au procédé d'auto-assemblage induit par évaporation. Les propriétés structurales et optiques ainsi que la composition chimique de la surface des films ont été caractérisées par de nombreuses techniques de caractérisation telles que DRX, GISAXS, TEM, MEB ellipsoporosimétrie, DRUV et XPS. Une étude complète des propriétés photocatalytiques des films à base de TiO2 aux interfaces solide-solide, solide-liquide et solide-gaz a été réalisée en utilisant respectivement les tests avec de l’acide stéarique, du bleu de méthylène et de l’acétone. Durant cette étude, nous avons montré qu’un contrôle adapté de l’épaisseur des films, de la nature et de la quantité du dopant peut améliorer l’activité photocatalytique jusqu’à un facteur de 16 par rapport à des films non dopés. Des tests préliminaires de piégeage chimiques des radicaux OH• par l’acide téréphtalique sous irradiation UV ont montré qu’il existait une bonne corrélation entre la photoréactivité et la génération des radicaux OH•. / The aim of this thesis is the development and study of photocatalytic properties of visible light photoactive mesoporous TiO2-based films to act as self-cleaning, and purification systems applied to air and water. Pure and doped mesoporous titania films with different metals as Pt, V and W were prepared by sol-gel method combined with evaporation induced self-assembly process at different thicknesses. Structural, optical properties and chemical composition of these films were characterized by XRD, GISAXS, TEM, SEM, ellipsoporosimetry , DRUV and XPS. In order to better characterize and compare the efficiency of these films at solid-solid, liquid-solid and air-solid interfaces, several tests were used: mineralization of stearic acid, photobleaching of methylene blue and photooxidation of acetone. In this study, it is shown how a suitable control of the film thickness, the nature and amount of the dopant can improve the photocatalytic activity up to a factor of 16 relative to un-doped films. Preliminary results on the OH• radicals production using terephtalic acid as a chemical probe showed good correlation between photoreactivity and generation of these radicals.

La première partie de ce travail est consacrée au développement d'un capteur granulométrique exploitant la rétrodiffusion de la lumière. L'intensité de la lumière rétrodiffusée est mesurée sur une large gamme de diamètre de particules (0,2 à 56 µm), indice de réfraction relatif <i>m</i> (1,09 à 1,94) et fraction volumique de solide Φ (10^-6 à 0,5). Les résultats expérimentaux sont comparés à trois approches théoriques : la méthode de rétrodiffusion simple qui décrit la rétrodiffusion dans des suspensions peu chargées, l'approximation de diffusion de la théorie du transfert radiatif qui est applicable pour des suspensions chargées et la méthode statistique de Monte Carlo qui peut être utilisée sur toute la gamme de fraction volumique. Il est démontré que le capteur de rétrodiffusion permet de déterminer - quand Φ et <i>m</i>. sont connus - le diamètre moyen des particules en suspension chargée. L'étendue de la gamme de mesure est d'environ 0,03 à 10 µm pour les diamètres et dépend de Φ et <i>m</i>. L'objectif de la deuxième partie est l'obtention d'une meilleure connaissance de l'agglomération de particules fines dans un écoulement turbulent. Dans ce but, la cinétique de l'agglomération est examinée sur une large gamme de Φ (2°10^-6 to 5°10^-3) dans une cuve agitée. Deux méthodes granulométriques <i>in situ</i> sont utilisées : la turbidimétrie et la rétrodiffusion. L'étude expérimentale montre que la croissance des agglomérats en cuve agitée est limitée par l'effet du cisaillement hydrodynamique : l'agglomération se poursuit au cours du temps jusqu'à atteindre un état stationnaire auquel correspond une taille limite d'agglomérat. Un modèle d'agglomération - fragmentation est présenté. Il permet de quantifier l'influence de la vitesse de cisaillement et de phi sur la cinétique de l'agglomération et la morphologie des agglomérats.

Une exposition aux nanoparticules (NP) de dioxyde de titane (TiO2) peut entraîner un remodelage matriciel, dans lequel la Matrix Metalloprotéase-1 (MMP-1) notamment pourrait jouer un rôle important. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons 1/ mesuré l' expression de la MMP-1 sur des fibroblastes pulmonaires humains après exposition à des particules de TiO2 de différentes tailles, formes et variétés cristallines, ainsi qu' une NP de noir de carbone (NC), et 2/ administré des NP de TiO2 et de NC sur un modèle d‟emphysème pulmonaire induit par l' élastase chez le rat. Sur les fibroblastes pulmonaires humains, certaines NP de TiO2 induisent l' expression de la MMP-1 via l' interleukine-1β (IL-1β) et augmentent son activité. Les particules de TiO2 micrométriques induisent l' expression de la MMP-1 sans lien avec l' IL-1β et les NP de NC ne modulent pas l' expression de la MMP-1. L' exposition des rats aux NP de TiO2 n' entraîne pas d' effet ; l' exposition aux NP de NC entraîne une inflammation et une induction de l' expression de la MMP-12. Cette exposition aggrave, de plus, l' inflammation provoquée par l' élastase, ce qui n' est pas observé avec les NP de TiO2. Au total, notre travail montre bien un rôle pour les NP de TiO2 dans le remodelage matriciel, via l' induction et l' activation de la MMP-1 in vitro. In vivo, les NP de NCpeuvent aggraver ceertaines réponses à l' élastse. La composition chimique et la taille des particules semblent être des déterminants importants de leurs effets.

L’incorporation croissante des (nanomatériaux) NMx dans les aliments et les emballages a contribué à une demande sociétale majeure au regard de l’évaluation des risques des NMx sur la santé. Toutefois, en raison des nombreux paramètres des NMx (taille, forme, structure cristalline, solubilité…), ainsi que des processus physiologiques (comme la digestion) pouvant impacter sur l’absorption et la réponse toxique des NMx, l’évaluation des risques des NMx est compliquée. De plus, leur évaluation in vitro est délicate en raison d’interférences (optiques, catalytiques…) lors de la réalisation des tests. Notre projet de recherche visait à déterminer, l’impact des paramètres d’hydrophobicité des NMx de TiO2 de structure cristalline rutile et l’impact de la solubilité des NMx d’Al0 et Al2O3 sur leur toxicité/génotoxicité au niveau intestinal (organe primo-exposé) et hépatique (organe d’accumulation). Les effets de ces NMx ont été étudiés par une combinaison de méthodes complémentaires in vivo par gavage sur rat, et in vitro sur les lignées humaines Caco-2 et HepaRG différenciées, tout en tenant compte des interférences in vitro. Aucune réponse toxique et génotoxique n’a été observée in vitro malgré la différence de revêtement hydrophobe/hydrophile des NMx de TiO2. Seuls les NMx d’Al2O3 ont induit des lésions oxydatives de l’ADN mais uniquement dans les cellules Caco-2, tandis que de fortes interférences ont empêché de conclure avec les NMx d’Al0. Aucun dommage chromosomique n’a été observé pour ces NMx. In vivo aucun effet génotoxique n’a été observé dans l’intestin, le colon et le foie mais des dommages à l’ADN ont été décelés avec les NMx d’Al2O3 dans la moelle osseuse. La comparaison des résultats avec ceux de la forme ionique AlCl3 suppose un mécanisme de génotoxcité indépendant de la solubilité des NMx d’Al0 et d’Al2O3 dans les milieux biologiques. Malgré les nombreux progrès en nanotoxicologie, l’ensemble de nos résultats a souligné la difficulté d’obtenir des conclusions fiables avec des tests classiques utilisés pour les produits chimiques in vitro, la difficulté d’extrapolation in vitro/in vivo des effets des NMx et le besoin de poursuivre les recherches pour disposer de méthodes et d’outils permettant d’évaluer les effets des NMx de manière fiable. / The growing incorporation of nanomaterials (NMs) into food and packaging has contributed to the increasing demand for the assessment of the health hazards of these particles. However, this task is rendered difficult since the numerous intrinsic parameters (size, shape, crystalline structure, solubility ...), as well as physiological processes (such as digestion) can have an impact on the absorption and toxicological responses of NMs. Moreover, their evaluation in vitro is complicated by various sources of interference (optical, catalytic …) with toxicity tests. Our research project aimed to evaluate, the impact of hydrophobicity of rutile TiO2 NMs and solubility of AlO and Al2O3 NMs on their intestinal (first-exposed organ) and hepatic (accumulation organ) toxicity/genotoxicity. The effects of these NMs were investigated by a combination of complementary methods, in the rat in vivo by gavage, and in vitro using differentiated human Caco-2 and HepaRG cell lines, while taking into account potential interference with in vitro tests. No toxic/genotoxic response was observed in vitro despite the difference of hydrophobic/hydrophilic surface coating for TiO2 NMs. Only Al2O3 induced oxidative DNA damage solely in Caco-2 cells, while significant interference led to inconclusive results for AlO NMx. No chromosomal damage was observed for Al0 or Al2O3 NMx. In vivo no genotoxic effect was observed in the intestine, colon and liver but DNA damage was detected with Al2O3NMx in the bone marrow. Comparison of results with those for the ionic form AlCl3 demonstrated that effects observed were not related to the solubility of Al0 and d’ Al2O3 NMs in the biological environment. Despite considerable progress in nanotoxicology, our results have highlighted the difficulty to obtain reliable re sults with the traditional toxicity tests used for chemical compounds in vitro, the difficulty associated with the in vitro/in vivo extrapolation of the effects of NMs, as well as the need to continue research aimed at developing robust and reliable methods and tools for the evaluation of the effects of NMs.

Le dioxyde de titane (TiO2) est un pigment blanc couramment utilisé dans l'alimentation (additif E171 en Europe). Les rares études de toxicité orale du TiO2 sont principalement basées sur des substances modèles, comme le P25 Aeroxide (NM-105). Contrairement au E171 qui est composé de particules nanométriques et sub-micrométriques, le P25 est strictement nano-dimensionné. Il est donc nécessaire d'évaluer le devenir et les effets propres de l'additif E171 dans un contexte d'exposition orale via l'alimentation. Dans ce but, des rats ont été exposés par voie orale au E171 ou au NM-105 à une dose proche de l'exposition alimentaire chez l'homme (10 mg/kg/jour) pendant une courte période d'une semaine pour les deux TiO2, par gavage gastrique quotidien, et jusqu'à une exposition sub-chronique (30 et 60 jours) et chronique (100 jours) pour le E171 via l'eau de boisson. Après un traitement de courte durée, l'élément titane est retrouvé au niveau du foie et de l'intestin, notamment au niveau des plaques de Peyer (tissu lymphoïde sentinelle de l'immunité). Dans cet organe, du titane est retrouvé dans le cytoplasme ainsi que dans le noyau des cellules immunitaires. Cependant, aucune génotoxicité du E171 comme du P25 n'est observée dans l'intestin et dans le sang avec le test des comètes après une semaine d'exposition. De même, après 100 jours d'exposition au E171, aucune génotoxicité évalué par le dosage de lésions oxydatives de l'ADN n'est constatée dans l'intestin. En conditions normales, le système immunitaire intestinal organise les défenses de l'hôte contre les pathogènes, tout en maintenant une tolérance envers le microbiote intestinal et les antigènes alimentaires. Dans notre étude, aucun des deux TiO2 n'induit d'inflammation dans la muqueuse intestinale après une semaine de traitement quotidien, alors que le réseau de cellules impliquées dans les fonctions tolérogènes de l'intestin est perturbé. De plus, le profil de sécrétion des lymphocytes est modifié dans les ganglions mésentériques et la rate, témoin d'une activation du réseau pro-inflammatoire, en particulier une réponse de type Th17 connue pour jouer un rôle dans la pathogénicité des maladies auto-immunes. Cependant, après une exposition sub-chronique de 60 jours, l'induction de la tolérance orale n'est pas affectée par l'exposition orale au E171. Toutefois, un effet potentialisateur de la réponse immunitaire est observé au niveau systémique, susceptible de résulter de propriétés " adjuvant " du produit. Enfin dans le côlon, après une exposition chronique de 100 jours, une micro-inflammation est observée dans les muqueuses exposées, ainsi qu'une initiation et une promotion du développement des lésions prénéoplasiques, (correspondant à des foyers de cryptes aberrantes, un stade précoce du développement du cancer dans le côlon), respectivement en l'absence et en présence d'une carcinogénèse chimio-induite. Nos résultats montrent un passage systémique des particules de TiO2 ainsi que l'accumulation de titane dans les cellules immunitaires de l'intestin. De plus, pour la première fois, nos données suggèrent que le E171 et le P25 sont immunomodulateurs et susceptibles de favoriser un terrain inflammatoire typique des maladies autoimmunes. Ces données peuvent être prises en considération pour l'évaluation du risque, dans la susceptibilité face à des pathologies immunitaires et au cancer colorectal, chez l'homme exposé quotidiennement au TiO2 par la voie alimentaire. / Titanium dioxide (TiO2) is a white pigment commonly used as a food additive (E171 in Europe). Few studies have evaluated the oral toxicity of TiO2, and they are mainly based on nanoparticles models such as P25 Aeroxide (NM-105). Unlike E171 which is composed of nanoscale and submicron particles, P25 is strictly nanosized. Therefore, it is necessary to determine the specific fate and effects of E171 additive in an oral exposure through food. For this purpose, rats were orally exposed with E171 or NM-105, at a dose close to dietary exposure in humans (10mg/kg/day), for a short period of a week for the two TiO2, by daily gavage, and up to a sub-chronic exposure (30 and 60 days) and chronic exposure (100 days) for E171 through drinking water. After a short-term treatment, titanium is found in the liver and gut, and more particularly in Peyer's patches (intestinal lymphoid tissue sentinel of immunity). In this organ, titanium was found in the cytoplasm and in the nucleus of immune cells. However, no genotoxicity of E171 as NM-105 is observed in the gut and in the blood with the comet assay. Also after 100 days of E171 exposure, no genotoxicity estimated by the dosage of oxidative DNA damage appears in the gut. In its steady state, the intestinal immune system organizes the defenses of the host against pathogens, while maintaining tolerance to the intestinal microbiota and the food antigens. In our study, the two TiO2 do not induce an inflammation in the intestinal mucosa after one week of daily treatment, however the network of cells involved in the tolerogenic functions of the intestine is disturbed. Furthermore, the cytokine profile of lymphocytes secretion is modified in mesenteric lymph nodes and in the spleen, reflecting an activation of the pro-inflammatory pathways, in particular the Th17 pathway response known to play a role in the pathogenesis of the autoimmune diseases. However, after a sub-chronic exposure of 60 days, the induction of the oral tolerance is not disrupted by the oral exposure to E171. However, an enhancer effect of the immune response is observed at the systemic level, susceptible to result from "adjuvant" properties of the product. Finally in the colon, after a chronic exposure of 100 days, a microinflammation is observed in the exposed mucosa. Moreover, an initiation and a promotion of the development of preneoplastic lesions are found (corresponding to aberrant crypt foci in the colon), in absence and in presence of a chemically-induced carcinogenesis, respectively. Our results show a systemic passage of the particles of TiO2 as well as the accumulation of titanium in the immune cells of the gut. Furthermore, for the first time, our data suggest that E171 and P25 are immunomodulatory and susceptible to favor a typical inflammatory field for the autoimmune diseases. These data could be considered for the evaluation of the risk, in the susceptibility towards immune pathologies and in colorectal cancer, in human daily exposed to TiO2 from dietary sources.

Le dépôt chimique en phase vapeur assisté par plasma est appliqué pour préparer des couches minces amorphes de TiO2 à basse température. Un recuit à 300 °C pendant un temps minimum de 4,5 h permet de former la phase cristalline anatase. Les principales caractéristiques de ces couches minces comme leur structure cristalline, leur microstructure, leur largeur de bande interdite et leur hydrophilie de surface, sont déterminées. Leurs performances fonctionnelles comme photocatalyseurs sont d'abord examinées selon le test breveté par Pilkington, consistant à éliminer sous irradiation UV de l'acide stéarique préalablement adsorbé sur les couches de TiO2 ici déposées sur des plaquettes de silicium. Des membranes M100 (couche continue de TiO2) et M800 (couche de TiO2 couvrant les grains de support) sont préparées sur les couches de surface macroporeuses de supports poreux en alumine, de tailles moyennes de pores respectives, 100 nm et 800 nm. Ces membranes sont testées en condition "statique", avec la diffusion d'un soluté organique dilué dans l'eau. Pour le bleu de méthylène, on montre que la quantité de composé détruit par unité de surface de membrane et par unité de temps est égale à 2 × 10-8 mol m-2 s-1 pour la membrane M100 et 1 × 10-8 mol m-2 s- 1 pour la membrane M800. Ces membranes sont également testées dans des conditions "dynamiques", à savoir en procédé baromembranaire, avec deux configurations différentes (couche photocatalytique du côté de l'alimentation ou du côté du perméat) et trois composés organiques différents (bleu de méthylène, acide orange 7 et phénol). La modélisation du procédé (adsorption et réaction photocatalytique) est finalement réalisée à partir des données expérimentales disponibles. / Plasma-enhanced chemical vapor deposition is applied to prepare amorphous TiO2 thin films at low temperature. Post-annealing at 300 °C for minimal staying time 4.5 h is required to form crystalline anatase phase. Characteristics of the TiO2 thin films including crystalline structure, microstructure, band gap and surface hydrophilicity, are determined. Functional performance of these anatase thin films as photocatalysts is first examined with patented Pilkington assessment by removing, under UV irradiation, stearic acid initially adsorbed on TiO2 layers here deposited on silicon wafers. Membranes M100 (TiO2 continuous layer) and M800 (TiO2-skin on support grain) are prepared on the macroporous top layer of porous alumina supports with an average pore size of 100 nm and 800 nm, respectively. These membranes are tested in “static” condition under the effect of diffusion of an organic solute in water. For Methylene Blue it is shown that the quantity of destroyed compound per unit of membrane surface area and per unit of time is equal to 2×10−8 mol m-2 s-1 for M100 and 1×10−8 mol m-2 s-1 for M800. These membranes are also tested in “dynamic” conditions, i.e. pressure-driven membrane processes, with two different configurations (photocatalytic layer on the feed side or on the permeate side) and three different organics (Methylene Blue, Acid Orange 7 and phenol). Process modelling (adsorption and photocatalysis reaction) is finally carried out from the available experimental outputs.

Ce travail se résume en deux objectifs principaux. Le premier concerne l'élaboration de matériaux nanohybrides de dioxyde de titane (sous forme sphérique ou tubulaire) décoré par des allotropes de carbone (fullerène fonctionnalisé ou graphène). Le deuxième objectif consiste à l'évaluation de ces différents nanomatériaux dans la photodégradation de l'acide formique (AF) sous irradiation UV. Un effet bénéfique des allotropes de carbone sur l'activité photocatalytique des nanohybrides a été observé suite à l'augmentation de la durée de vie des paires électron-trou photogénérées. Dans un premier temps, la méthode d'élaboration et la teneur en fullerène fonctionnalisé ont été optimisées conduisant ainsi à l'élaboration de nanomatériaux révélant des propriétés photocatalytiques améliorées par rapport au TiO2 nanotube seul. Une corrélation entre les propriétés texturales, les propriétés photoélectriques et la constante de vitesse de dégradation de l'AF a été établie afin d'élucider les causes de l'amélioration de l'activité photocatalytique. Dans un second temps, une étude détaillée portant sur l'élaboration d'une nouvelle génération de nanocomposites combinant nanotubes de TiO2 et oxyde de graphène (OG) a été menée. Le degré de réduction de l'oxyde de graphène influence fortement l'activité photocatalytique. Ainsi, l'addition d'OG ou OG réduit aux nanotubes de TiO2 influence positivement les performances intrinsèques en photodégradation de l'acide formique en facilitant le transfert de photoélectrons de la bande de conduction du TiO2 vers l'oxyde de graphène. Finalement, l'étude des matériaux composites combinant l'oxyde de graphène et diverses compositions anatase/rutile a permis de mettre en évidence une synergie entre le OG et les deux phases TiO2 / Two main objectives were achieved in the present work. The first objective concerns the elaboration of nanohybrid materials formed by combining titanium dioxide (in spherical or tubular form) with carbon allotropes (functionalized fullerene or graphene). The second objective consists in evaluating these different nanomaterials in the photodegradation of formic acid (FA) under UV irradiation. A beneficial effect of the different carbon allotropes on the photocatalytic activity of the resulting nanohybrids was observed and ascribed to an increased lifetime of photogenerated electron-hole pairs. In a first step, the elaboration method of functionalized fullerenes and their content were optimized leading to the development of nanomaterials showing improved photocatalytic properties compared to TiO2 nanotube alone. Textural properties, photoelectric properties and the FA degradation rate constant were correlated in order to determine the reasons for the photocatalytic activity improvement. In a second step, a detailed study about the development of a new generation of nanocomposites combining TiO2 nanotubes and graphene oxide (GO) was carried out. The degree of reduction of GO strongly influences the photocatalytic activity. Thus, the addition of reduced GO or GO to TiO2 nanotubes improves the intrinsic photodegradation performance of formic acid by facilitating the transfer of photoelectrons from the conduction band of TiO2 to graphene oxide. Finally, composite materials combining graphene oxide and various anatase/rutile compositions were analyzed showing a synergy between GO and the two TiO2 phases

Depuis plusieurs années, les nanosciences promettent des progrès remarquables dans de nombreux domaines, mais soulèvent aussi de nombreuses inquiétudes en regard de leur impact sur la santé humaine (expositions environnementales, industrielles, médicales). Il se pose, entre autres, la question de la détection, de la quantification et du devenir d’oxydes métalliques et de nanoparticules manufacturées au sein de tissus, et plus particulièrement de la peau. Il est donc essentiel de préciser les mécanismes impliqués dans ces processus de fonction barrière cutanée et de les caractériser dans des modèles biologiques in vitro/in vivo. Ainsi, au cours de ma thèse, il m’a été donné l’occasion de mettre en œuvre des méthodes d’analyses quantitatives en association avec des techniques d’imagerie très résolutives (microscopies confocale et électronique et analyse par microfaisceau d’ions) afin de caractériser : (i) la fonction barrière d’un modèle de peau d’oreille de porc maintenu en survie en définissant le comportement de l’homéostasie ionique en réponse à différents stress chimiques ou physiques (Collaboration Hélène Duplan, Institut de Recherche Pierre Fabre); (ii) l’impact sur la viabilité, l’accumulation et la distribution intracellulaire de nanoparticules (oxydes de titane) natives ou fonctionnalisées à l’aide d’agents fluorescents (FITC, Rhodamine) (Collaboration M.H. Delville, Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux). Les résultats obtenus montrent la possibilité de définir (i) le rôle des ions dans la fonction barrière cutanée d’un modèle biologique maintenu en survie et exposé à différents stress, (ii) la toxicologie des nanoparticules manufacturées in vivo; (iii) leur devenir au sein de modèle biologique d’intérêt (kératinocytes). / Since many years, nanosciences are of great interest for researchers and industrialists, with numerous applications in various domains, however, their potential effects on human health have also attracted attention (environmental, industrial and medical exposures). Up to now, it has been very difficult to detect and track metallic oxides and manufactured nanoparticles in biological tissues, most particularly in skin. Thus, it is essential to precise the mechanisms involved in skin barrier function processes face to these exogenous agents and to characterize them in biological models in vitro/in vivo. During my PhD, I had the opportunity to combine quantitative methods of analysis with high resolution imagery techniques (confocal microscopy, transmission electron microscopy and ion beam analysis) in order to characterize: (i) the skin barrier function of an ex vivo pig ear skin model understanding the ion homeostasis behavior face to different stresses, chemical or physical (Collaboration with Hélène Duplan, Pierre Fabre Research Institute), (ii) the impact on viability, accumulation and intracellular distribution of nanoparticles (Titanium Oxides) naked or functionalized with fluorescent dyes (FITC, Rhodamine) (Collaboration with M.H. Delville, Bordeaux Institute of Condense Matter Chemistry). Results show the possibility to define (i) the role of ions in skin barrier function of a biological ex vivo model in native conditions and after exposure to different stresses (ii) in vivo toxicology of manufactured nanoparticles (iii) their future in a biological model of interest (keratinocytes)