L’objet de cette thèse est la synthèse et la caractérisation de nouveaux filtres UV inorganiques nanostructurés, efficaces dans le domaine des UVA. Dans ce contexte, nous avons choisi d’étudier le dioxyde de cérium (CeO2) et l’hématite (α-Fe2O3) en raison notamment de leurs propriétés optiques d’absorption des UV. Deux méthodes de synthèse ont été sélectionnées pour l’élaboration de ces oxydes, purs ou dopés, sous la forme de poudre nanométrique: la co-précipitation et le spray-pyrolyse. Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées grâce à de la diffraction des rayons X et de l’analyse thermique. La structure cristalline ainsi que la granulométrie des échantillons obtenus ont été caractérisées par diffraction des rayons X et microscopies électroniques. La granulométrie et la morphologie des échantillons sont reliées aux méthodes de synthèse, aux conditions opératoires (atmosphère et température de calcination), à la nature et à la concentration des éléments dopants. Les propriétés optiques des échantillons suspendus dans de l’éthanol ont été étudiées par spectroscopie d’absorption UV-visible. Elles sont reliées à la granulométrie des échantillons ainsi qu’à des phénomènes localisés au sein de la maille cristallographique (changements de valence, présence de défauts). Les échantillons à base de CeO2 et α-Fe2O3 ont finalement été incorporés en émulsion solaire, à la place de ZnO, afin de tester leurs performances anti-solaires (SPF et FP-UVA) par mesure in vitro. Les résultats montrent que le ZnO peut être positivement remplacé dans les produits de protection solaire par l’oxyde de cérium ou de fer qu’ils soient purs ou dopés. / The subject of this thesis is the synthesis and the characterization of new UVA-efficient nanostructured inorganic UV filters. In this context, we chose to study cerium dioxide (CeO2) and hematite (α-Fe2O3), most importantly because of their optical absorption properties. Two methods were selected to synthesise cerium dioxide and hematite in nanostructured powder form: the co-precipitation method and the spray-pyrolysis method. Cerium dioxide was studied in both non-doped and doped forms. Optimal synthesis conditions were determined by X-ray diffraction and thermal analysis. The crystalline structure and granulometry of the obtained samples were characterised by X-ray diffraction and electronic microscopy techniques. Granulometry and morphology of the samples are linked to: the synthesis method, the experimental conditions (atmosphere and temperature of calcinations), and the nature and concentrations of the dopes. The optical properties of ethanol suspended samples were studied by UV-visible absorption spectroscopy. They are linked to the samples’granulometry as well as localised phenomena in the crystallographic lattice (valence changes, defects presence). Cerium dioxide- and hematite-based samples were finally incorporated in emulsion, instead of ZnO, in order to test their photoprotection performance (SPF and PF-UVA) by measuring in vitro. Results show that ZnO can be positively replaced by pure or doped cerium or iron oxide in sunscreen, when these are associated with the inorganic filter TiO2.

L'objet de cette thèse est la synthèse et la caractérisation de nouveaux filtres UV inorganiques nanostructurés, efficaces dans le domaine des UVA. Dans ce contexte, nous avons choisi d'étudier le dioxyde de cérium (CeO2) et l'hématite (α-Fe2O3) en raison notamment de leurs propriétés optiques d'absorption des UV. Deux méthodes de synthèse ont été sélectionnées pour l'élaboration de ces oxydes, purs ou dopés, sous la forme de poudre nanométrique: la co-précipitation et le spray-pyrolyse. Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées grâce à de la diffraction des rayons X et de l'analyse thermique. La structure cristalline ainsi que la granulométrie des échantillons obtenus ont été caractérisées par diffraction des rayons X et microscopies électroniques. La granulométrie et la morphologie des échantillons sont reliées aux méthodes de synthèse, aux conditions opératoires (atmosphère et température de calcination), à la nature et à la concentration des éléments dopants. Les propriétés optiques des échantillons suspendus dans de l'éthanol ont été étudiées par spectroscopie d'absorption UV-visible. Elles sont reliées à la granulométrie des échantillons ainsi qu'à des phénomènes localisés au sein de la maille cristallographique (changements de valence, présence de défauts). Les échantillons à base de CeO2 et α-Fe2O3 ont finalement été incorporés en émulsion solaire, à la place de ZnO, afin de tester leurs performances anti-solaires (SPF et FP-UVA) par mesure in vitro. Les résultats montrent que le ZnO peut être positivement remplacé dans les produits de protection solaire par l'oxyde de cérium ou de fer qu'ils soient purs ou dopés.

La désinfection de l’eau de piscine est essentielle pour prévenir la propagation de maladies infectieuses. Cependant, les désinfectants réagissent avec les composés organiques présents dans l’eau y compris ceux introduits par les baigneurs, tels que les fluides corporels et les crèmes solaires, conduisant à la formation de sous-produits de désinfection (SPD) associés à des effets néfastes sur la santé. Le devenir des filtres UV organiques, présents dans les crèmes solaires et les produits de soins personnels, dans les piscines d'eau de mer chlorées est peu connu. Les objectifs de la présente étude étaient d'étudier la réactivité des filtres UV organiques dans l'eau de mer chlorée, d’identifier les SPD générées par les filtres UV, d'analyser l’occurrence des SPD dans les piscines d'eau de mer, et d'examiner leur génotoxicité. Des expériences de chloration ont été menées dans l'eau de mer reconstituée sur cinq filtres UV couramment utilisés : l’oxybenzone (OXY), le dioxybenzone (DIOXY), l’avobenzone (AVO), l’octyl méthoxycinnamate (OMC), et l’octocrylène (OC). Tous les composés étudiés sauf l’OC ont été dégradés conduisant à la formation de SPD bromés pour lesquels des schémas réactionnels ont été proposés. L'occurrence de ces SPD a été étudiée dans les piscines d'eau de mer où des SPD bromés ont été quantifiés. La génotoxicité de l’hydrate de bromal (BH), l’un des SPD généré par OXY et DIOXY et détecté dans les piscines d'eau de mer, a été évaluée. BH a induit une activité génotoxique dans le test d'Ames et l'essai de comète. Cette étude montre que les filtres UV peuvent agir comme précurseurs pour la formation de SPD génotoxiques dans l’eau de mer chlorée. / Disinfection of swimming pool water is critical to prevent outbreaks of infectious diseases. However, disinfectants react with organic compounds present in water, including anthropogenic inputs (e.g. body fluids, sunscreens), leading to the formation of disinfection byproducts (DBPs) that have been linked to adverse health effects. Little is known about the fate of organic UV filters, present in sunscreens and personal care products, when introduced into chlorinated seawater swimming pools. The aims of the present study were to investigate the reactivity of five commonly used organic UV filters in chlorinated seawater, identify DBPs generated from the UV filters, analyze the occurrence of these DBPs in seawater swimming pools, and examine their genotoxicity. Chlorination experiments were conducted to analyze the reactivity of the UV filters oxybenzone (OXY), dioxybenzone (DIOXY), avobenzone (AVO), octyl methoxycinnamate (OMC), and octocrylene (OC) in reconstituted seawater. All the studied UV filters except OC were degraded in chlorinated seawater resulting in the formation of brominated DBPs. Based on the identified byproducts, transformation pathways were proposed. The occurrence of the identified DBPs was investigated in seawater pools. Several brominated DBPs were identified in seawater pool samples. The genotoxicity of bromal hydrate (BH), which was generated by the benzophenone UV filters OXY and DIOXY and detected in the investigated seawater pools, was assessed. BH induced genotoxic activity in the Ames test and in the comet assay. Overall, this study shows that UV filters can act as precursors for the formation of genotoxic DBPs in chlorinated seawater pools.

L’objectif de cette thèse est de développer un concept inédit permettant l’utilisation de silices mésoporeuses pour encapsuler des principes actifs cosmétiques de façon permanente, ce qui permet d’améliorer leur tolérance cutanée, d’optimiser leur stabilité à la lumière tout en préservant leur efficacité et de faciliter leur formulation au sein de produits cosmétiques. Pour cela, la voie consistant à encapsuler des filtres UV à usage cosmétique au sein de silices mésoporeuses de type MCM-41 de façon in-situ a été choisie car elle semblait la plus propice à l’encapsulation d’une grande quantité de principes actifs de façon permanente. Deux filtres UV ont été étudiés un lipophile, nommé Parsol MCX, et un hydrophile, appelé Parsol HS. Pour l’ensemble des principes actifs étudiés, un taux d’encapsulation approprié a été obtenu et les caractérisations, effectuées notamment par RMN du solide, ont permis de montrer que l’encapsulation est effective au sein des pores ce qui, couplé à la bonne stabilité de l’encapsulation dans le cas de l’actifs hydrophile, garantit un contact minimum entre l’actif et la peau du consommateur. En revanche, un relargage important de filtre UV lipophile a été constaté. Il a été établi que les propriétés physico-chimiques des matériaux diffèrent significativement suivant que les principes actifs encapsulés soient lipophiles ou hydrophiles. Dans tous les cas, l’organisation poreuse, l’ordre structural et la morphologie des particules contenant des principes actifs varient significativement par rapport aux silices mésoporeuses de référence de type MCM-41, synthétisées sans principe actif. La présence de principe actif au sein du milieu réactionnel a donc une influence sur la structure et la texture des matériaux obtenus, ce qui est dû aux interactions entre les molécules de principe actif, les espèces silicate et les molécules de tensioactif au sein du milieu réactionnel. / The objective of this thesis is to develop a new concept that consists to permanently encapsulate cosmetic active ingredients into mesoporous silica. The encapsulation of these active molecules improves their skin tolerance, optimizes their light stability while preserving their effectiveness and facilitates their formulation in cosmetic products. Thus, UV filters have been encapsulated in MCM-41 type mesoporous silica by using in-situ route because it seemed the most efficient route to achieve permanently encapsulation of large quantities of active. Two UV filters have been studied. One is lipophilic (Parsol MCX) and the other is a hydrophilic (Parsol HS). For all the active molecules studied, an appropriate encapsulation rate was obtained and the characterizations, particularly these performed by solid-state NMR, have shown that the encapsulation is effective within the pores which, coupled with the good stability of encapsulation in the case of hydrophilic actives, ensures minimal contact between the active and the consumer's skin. In contrast, a significant release of lipophilic UV filter was found. It was established that the physico-chemical properties of the synthesized materials differ significantly according to the lipophilic or hydrophilic nature of the encapsulated molecules. In all cases, the porous organization, the structural order and the morphology of the particles containing active ingredients vary significantly compared to the reference MCM-41 type mesoporous silica, synthesized without active ingredient. Thus, the presence of the active ingredient in the reaction medium has an influence on the structure and the texture of the synthesized materials, which is due to interactions between the actives molecules, the silicate species and the surfactant molecules in the reaction medium.