La microscopie électronique est une technique d'observation qui a la particularité de fournir une image à fort grossissement de plusieurs types de matériaux. Les types de matériaux qui nous intéressent dans ce projet sont les polymères organiques, qu'ils soient de synthèse ou naturels. Nous avons émis l'hypothèse que la dispersion de particules de métaux de transition au travers de ces polymères permettrait d'augmenter leur contraste lors de l'observation par microscopie électronique à transmission. Le projet portera en partie sur les tentatives de synthèse de polyamides, de polyurées et de polyuréthanes. Également, nous présenterons la préparation de complexes entre des diamines et des métaux de transition possédant des contre-ions formates. Ces formates peuvent être utilisés pour disperser des particules de métaux de transition au travers d'un polymère puisque les formates de certains métaux peuvent être chauffés pour obtenir directement le métal réduit. Nous avons également tenté d'utiliser des complexes contenant une diamine comme réactifs de polymérisation. De plus, nous avons observé par microscopie électronique à transmission un polyuréthane contenant une dispersion de particules de cuivre. Le polyuréthane contenait des agrégats de particules métalliques de tailles différentes, mais le contraste de sa structure n'était pas modifié. La cellulose a également été imprégnée par du formate de biséthylènediaminecuivre(II) dissout dans un solvant avant de réduire le complexe en particules métalliques par chauffage. Le contraste de la cellulose a effectivement été modifié et des détails sur sa structure ont été obtenus. Ces détails n'auraient pas pu être obtenus en observant de la cellulose non modifiée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Amine, Cellulose, Chimie, Complexe, Cuivre, Ethylènediamine, Nickel, Organométallique, Polymère, Polyuréthane, Synthèse, Zinc.

La présence de cations de métaux de transition en grandes concentrations dans les eaux présente des risques pour la santé humaine et pour l'environnement. Une des méthodes les plus utilisées pour les éliminer est la coagulation-floculation. Il s'agit d'une étape essentielle dans la chaîne de traitement des eaux. Cependant, l'utilisation de cette méthode pour traiter une eau de faible turbidité est difficile. Le recours à l'ajout de montmorillonite est d'un grand intérêt dans ce cas, car cela permet d'intensifier le processus de coagulation-floculation. Afin d'améliorer ce processus, l'ajout d'un floculant, non polluant, non toxique et biodégradable, s'avère nécessaire, d'où l'utilisation du chitosane qui joue deux rôles essentiels: il favorise à la fois la floculation et la complexation des cations des métaux de transition. Le présent travail a pour objet d'étudier l'élimination de trois cations de métaux de transition, à savoir le cobalt, le nickel et le cuivre, par coagulation-floculation du système montmorillonite-chitosane. L'élimination des cations métalliques et de la turbidité de l'eau dépend de plusieurs facteurs, dont le pH et le rapport massique (chitosane/montmorillonite). De même, les concentrations de cations, de chitosane et de montmorillonite peuvent, elles aussi, avoir un effet sur l'élimination de ces cations. Étant donné la multitude des facteurs pouvant influencer l'élimination de ces cations par la montmorillonite et par le chitosane, ainsi que la coagulation-floculation du système montmorillonite-chitosane, l'utilisation d'un plan factoriel s'est avérée nécessaire pour surmonter cette difficulté et déterminer les conditions favorables à une élimination optimale des trois cations étudiés. Les résultats obtenus prouvent qu'il peut exister une synergie entre le chitosane et la montmorillonite dans l'élimination des cations métalliques. La montmorillonite, dont l'efficacité a augmenté après modification chimique, et le chitosane ont montré une affinité différente pour chacun des trois cations métalliques. Cette affinité augmente dans l'ordre suivant: CO²⁺ < Ni²⁺ < Cu²⁺ . Une meilleure coagulation-floculation ne donne pas forcément une meilleure élimination des cations métalliques. Ainsi, l'élimination des cations dans une solution contenant 1 à 3 (g/L) de montmorillonite augmente avec l'augmentation du pH entre 3 et 7, tandis que la turbidité minimale est obtenue à un pH = 5,4 et pour un rapport massique (chitosane/montmorillonite) =0,6%. Ces conditions jugées optimales dans le cadre du présent travail peuvent faire l'objet d'une étude ultérieure plus poussée, visant la mise en oeuvre d'une technologie de démétallisation des eaux. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Chitosane, Montmorillonite, Coagulation, Floculation, Cations métalliques, Synergie.

Le packaging sous vide des capteurs résonants (accéléromètres, gyromètres), des oscillateurs à quartz utilisés dans les références de temps ou encore des bolomètres est indispensable pour obtenir de très hautes performances et les maintenir dans le temps. Le faible volume de la cavité sous vide nécessite un pompage in-situ pour compenser les fuites et maintenir le vide pendant toute la durée de vie des dispositifs. Ce pompage peut être réalisé par l'insertion dans la cavité de matériaux getter, qui constituent un système intégré de pompage à l'état solide par adsorption et piégeage des molécules de gaz.Nous avons étudié les phénomènes d’interdiffusion et comparé la capacité de sorption de films getters de titane, vanadium ou zirconium protégés par une couche ultramince d'or. Les propriétés des films ont été analysées en utilisant différentes techniques: mesure de résistivité 4 pointes, XRD, MEB, XPS et SIMS après différents traitements thermiques. Les résultats montrent que le système Au/Zr est le meilleur candidat à la fonction de matériau getter grâce au démouillage de l'or après traitement thermique : 70 nm de Zr est oxydé en ZrO2 après un recuit à 300 °C pendant 1h, ce qui correspond à 7,5 10-7 moles d'oxygène absorbées. Toutefois ce système Au/Zr réagit déjà à 200 °C-1h, une température qui peut s'avérer trop basse pour des applications de packaging sous vide. Ainsi, l'empilement Au/Zr/V/Zr a été proposé pour mieux cibler la température d'activation autour de 300°C tout en gardant une capacité de sorption importante. / The vacuum packaging of resonant sensors (accelerometers, gyroscopes) and quartz oscillators which are used for time references or bolometers is needed in order to reach high performances on a long term. The low volume of the cavity requires an in-situ gas pumping to compensate the leaks and maintain the vacuum during all the lifetime of the device. This pumping can be achieved by the integration of getter materials into the cavity, behaving as an integrated solid state pumping system based on the adsorption and the trapping of the gas molecules.We have studied the interdiffusion phenomena and compared the sorption capacity of titanium, vanadium or zirconium getter film protected by a thin gold layer. The properties of these films were analysed by various techniques: 4 point probe resistivity measurement, XRD, SEM, XPS and SIMS after different thermal treatments. The results show that the Au/Zr system is the best candidate thanks to the gold dewetting after thermal treatment: 70 nm of Zr has been oxidized to ZrO2 after annealing at 300 °C-1h, which is corresponding to the absorption of 7,5 10-7 moles of oxygen. However Au/Zr system already reacts at 200 °C-1h, a too low temperature for packaging applications under vacuum. Thus, the multilayer Au/Zr/V/Zr was proposed to target an activation temperature around 300 °C while keeping a high sorption capacity.

Ce travail se situe dans le cadre général de l'étude des nanostructures obtenues par mécanosynthèse qui font l'objet d'intenses recherches dans le domaine des aimants permanents de nouvelle génération et de l'enregistrement magnétique. L'objectif de l'étude du système Sm-Fe-Mo est de suivre l'effet de la substitut ion partielle du fer par le molybdène ainsi que l'effet de l'insertion d'un élément léger tel que le carbone sur leurs propriétés magnétiques afin d'établir une corrélation entre leur microstructure et leurs propriétés magnétiques. Nous avons montré que la mise en solution du molybdène est bien possible. La phase 2/17 ainsi obtenue possède une température de Curie (Tc) égale à 434K. Avec le taux de substitution croissant, on découvre un changement de phase vers une phase monoclinique 3/29 du type Nd3(Fe,Ti)29 de Tc égale à 459K, puis vers une structure quadratique (1/12 de Tc=551K). Ces phases d'équilibre, obtenues à haute température de recuit, dérivent toutes de la structure CaCu5. Elles correspondent à la substitution ordonnée des atomes de Sm par des haltères de Fe. A plus basse température de recuit, on découvre l'apparition de nouvelles phases, ne figurant pas dans les diagrammes d'équilibre. Nous avons déterminé les stchiométries respectives de ces phases par analyse des diagrammes de diffraction des RX par la technique de Rietveld. Ces phases hexagonales possèdent des propriétés magnétiques plus intéressantes que les phases d'équilibre. L'insertion du carbone change drastiquement les propriétés magnétiques des différentes phases / One important family among the hard magnetic rare-earth-transition-metal is derived from Sm-Fe-Mo CaCu5-type structure. The aim of the study of the system Sm-Fe-Mo is to follow the effect of partial substitution of Fe by Mo and the effect of the insertion of a light element such as carbon on their magnetic properties in order to correlate their microstructure and their magnetic properties.The ordered substitution of Sm atom by a dumbbell pair Fe-Fe leads to the equilibrium phases 2/17, 3/29 and 1/12 structure. With Mo content increase, a phase transformation is observed. The Curie temperatures of these phases are respectively 434, 459 and 551K. New phases are discovered to appear at lower annealing temperatures. Owing to Rietveld refinement, these phases crystallize in the P6/mmm structure. Carbon insertion improves drastically magnetic properties. The carbides of the new out of equilibrium phases are particularly promising for permanent magnet applications

Les alliages métalliques complexes (CMAs) sont des intermétalliques dont la structure est basée sur une maille unitaire géante pouvant contenir jusqu’à plusieurs milliers d’atomes. La maille unitaire est décorée par des clusters de haute symétrie, qui gouvernent les propriétés physiques de ces matériaux mais, jusqu’à présent, la réactivité chimique de ces matériaux a été peu étudiée. Le but de cette thèse était de comprendre l’influence de la complexité structurale et de la nature du métal de transition sur les premiers stades d’oxydation des alliages complexes Al-TM (TM= Co, Cu). L’influence de la complexité structurale a été examinée en étudiant des intermétalliques appartenant à la même famille (Al-Co) mais présentant une complexité structurale différente (Al9Co2, 22 atomes/maille unitaire et Al13Co4, 102 atomes/maille unitaire). L’influence du métal de transition a été étudiée en comparant les résultats obtenus sur Al9Co2, Al13Co4 et Al4Cu9 (52 atomes/maille unitaire). Les premiers stades d’adsorption, sous ultravide, d’oxygène moléculaire sur des surfaces propres Al4Cu9(110), Al9Co2(001) et Al13Co4(100) à différentes températures et dans une gamme de pression 10-8-10-7 mbar ont été suivis par LEED, XPS et STM.Pour les trois surfaces étudiées, seul l’aluminium est oxydé dans les conditions expérimentales utilisées. A température ambiante une couche désordonnée d’oxyde d’aluminium d’environ 1,34 nm est formée sur Al4Cu9, qui cristallise après chauffage à 650 °C pour former un film d’oxyde de structure sixton. Sur les surfaces d’alliages Al-Co, la couche désordonnée formée à température ambiante est plus fine (0,54 à 0,43 nm) et ne cristallise pas après recuit. Par contre, un oxyde de structure sixton est formé après oxydation de la surface de Al9Co2 à 500 °C. La formation de cette phase oxydée cristallisée est gouvernée par la compétition entre la ségrégation de l’aluminium et la diffusion de l’oxygène. Lorsque la ségrégation d’aluminium est insuffisante ou la diffusion d’oxygène trop rapide, cet oxyde n’est pas observé. La mobilité des atomes d’aluminium, liée au degré de covalence des liaisons intermétalliques, est donc le facteur prépondérant pour la structure du film d’oxyde formé. / Complex metallic alloys (CMAs) are intermetallics having a crystalline structure based on a giant unit cell which can contain up to several thousands of atoms. The cell structure is usually decorated with highly symmetric clusters which can affect the alloy physical properties. So far, very few studies of the chemical reactivity of these materials have been published. The aim of the thesis was to understand the influence of the structural complexity and of the nature of the transition metal on the oxidation of Al-TM (TM=Co, Cu). The influence of structural complexity was examined by studying intermetallics belonging to the same Al-Co family but showing different structural complexity (Al9Co2, 22 atoms/unit mesh and Al13Co4, 102 atoms/unit mesh). The effect of the transition metal was studied by comparing the results obtained on Al9Co2, Al13Co4 and Al4Cu9 (52 atoms/unit mesh) surfaces. The early stages of molecular oxygen adsorption on clean Al4Cu9(110), Al9Co2(001) and Al13Co4(100) surfaces at different temperatures and in the pressure range 10-8-10-7 mbar was followed using LEED, XPS and STM.For all surfaces studied, aluminum is the only element oxidised in our experimental conditions. At room temperature, a thin layer (1.34 nm thick) of disordered aluminium oxide is formed on Al4Cu9, which crystallises following annealing at 650 °C to form a sixton structure. On the Al-Co surfaces, the disordered oxide layer formed at room temperature is thinner (0.53 to 0.43 nm) and remains disordered after annealing at various temperatures. However, an ordered oxide with the sixton structure is formed after oxidation of the Al9Co2 surface at 500 °C. The formation of the ordered oxide layer is governed by the competition between aluminium segregation and oxygen diffusion. When aluminium segregation is too low or oxygen diffusion too fast, the ordered phase is not observed. Therefore, the aluminium atoms mobility, hence the degree of covalency of the intermetallic bonds, is the main parameter governing surface oxidation of these materials.

Ce travail se situe dans le cadre général de l'étude des nanostructures obtenues par mécanosynthèse qui font l'objet d'intenses recherches dans le domaine des aimants permanents de nouvelle génération et de l'enregistrement magnétique. L'objectif de l'étude du système Sm-Fe-Mo est de suivre l'effet de la substitut ion partielle du fer par le molybdène ainsi que l'effet de l'insertion d'un élément léger tel que le carbone sur leurs propriétés magnétiques afin d'établir une corrélation entre leur microstructure et leurs propriétés magnétiques. Nous avons montré que la mise en solution du molybdène est bien possible. La phase 2/17 ainsi obtenue possède une température de Curie (Tc) égale à 434K. Avec le taux de substitution croissant, on découvre un changement de phase vers une phase monoclinique 3/29 du type Nd3(Fe,Ti)29 de Tc égale à 459K, puis vers une structure quadratique (1/12 de Tc=551K). Ces phases d'équilibre, obtenues à haute température de recuit, dérivent toutes de la structure CaCu5. Elles correspondent à la substitution ordonnée des atomes de Sm par des haltères de Fe. A plus basse température de recuit, on découvre l'apparition de nouvelles phases, ne figurant pas dans les diagrammes d'équilibre. Nous avons déterminé les stchiométries respectives de ces phases par analyse des diagrammes de diffraction des RX par la technique de Rietveld. Ces phases hexagonales possèdent des propriétés magnétiques plus intéressantes que les phases d'équilibre. L'insertion du carbone change drastiquement les propriétés magnétiques des différentes phases

Cette thèse vise à étudier la stabilité des phases métalliques et isolantes en compétition dans les systèmes 2D 1T-VS2 et composés dérivés, Cu⅔V⅓V2S4 et Sr3V5S11. Pour atteindre cet objectif, nous avons développé et optimisé des voies ad hoc de synthèse à hautes pressions pour stabiliser les nouvelles phases sous forme de monocristal de haute qualité, qui nous permettrait d’étudier les propriétés électroniques et de transport. Un important résultat de notre étude est le contrôle de la concentration, x, des atomes interstitiels V situés entre les plans adjacents VS2 dans le système V1+xS2, qui est obtenu en variant la pression de synthèse. Cela nous a permis d’explorer le diagramme de phase T-x du système. Le résultat principal de cette étude est que la phase CDW observée dans la phase stoichiométrique (x = 0) disparait rapidement avec x, alors que les propriétés métalliques sont augmentées. Dans Cu⅔V⅓V2S4, la substitution partielle du V par Cu dans le site interstitiel change complètement le système en un fermion semi-lourd aux caractéristiques prononcées du liquide de Fermi jusqu’à ~ 20 K, où la transition de Kondo apparait. Ce phénomène inattendu dans les sulfures suggère que la force des corrélations électroniques dans ces composés peut être pilotée en variant simplement la nature chimique et la concentration de l’atome intercalé. La force modérée des corrélations dans Cu⅔V⅓V2S4 ouvre le chemin vers une description théorique fiable de la disparition du régime de liquide de Fermi. Les corrélations électroniques apparaissent importantes aussi pour piloter une phase isolante dans Sr3V5S11, qui devrait être un métal d’après la théorie conventionnelle de bande. Dans ce cas, les corrélations peuvent être augmentées par la dimensionnalité réduite créée par un large écartement des couches VS2 et par une modulation structurale 1D des couches. Des études supplémentaires pourront clarifier s’il s’agit d’un mécanisme d’Anderson de faible localisation qui contribue à la stabilisation d’un état isolant dans les plans pristine métalliques VS2. / This thesis work aims at studying the stability of the metallic and insulating phases that compete in the two-dimensional 1T-VS2 system and related compounds, Cu⅔V⅓V2S4, and Sr3V5S11. We have developed and optimized ad hoc high-pressure synthesis routes in order to stabilize the above novel phases in the form of high-quality single crystals, which enabled us to reliably investigate their electronic and transport properties. An important achievement of our study is the control of the concentration, x, of interstitial V atoms located between adjacent VS2 planes in the V1+xS2 system, which is obtained by varying synthesis pressure. This has enabled us to explore the T-x phase diagram of the system. The main result of this study is that the CDW phase observed in the stoichiometric (x=0) phase quickly disappears with x, whilst the metallic properties are enhanced. In Cu⅔V⅓V2S4, the partial substitution of V for Cu in the interstitial site is found to completely change the system into a semi-heavy fermion with pronounced Fermi-liquid characteristics down to ~20 K, where a Kondo transition occurs. These unexpected phenomena in sulfides suggest that the strength of the electronic correlations in these compounds can be tuned by simply varying the chemical nature and concentration of the intercalant atom. The moderate strength of the correlations in Cu⅔V⅓V2S4 opens the way towards a reliable theoretical description of the breakdown of the Fermi liquid regime. Electronic correlations appear to be important also to drive an insulating phase in Sr3V5S11, which should be a metal within a conventional band picture. In this case, the correlations may be enhanced by the reduced dimensionality caused by a large spacing between VS2 layers and by a 1D structural modulation of the layers. Further studies may clarify whether the Anderson’s mechanism of weak localization contributes to the stabilization of an insulating state in the pristine metallic VS2 planes.

La catalyse constitue un élément clé en synthèse chimique et la recherche actuelle tend à rendre les procédés catalytiques plus propres dans le contexte de la chimie verte. Dans cet esprit, cette thèse a impliqué la recherche de catalyseurs nanoparticulaires utilisés en milieu aqueux, sans ligand toxique et en très faible quantité. La synthèse des nanoparticules (NPs) catalytiques a utilisé des ions des éléments de transition de la droite du tableau périodique et des réducteurs capables de réduire rapidement ces cations en atomes de degré d’oxydation nul s’agrégeant en petites NPs métalliques très actives en catalyse. Les réducteurs choisis ont été des composés réservoirs d’électron organique (naphthyl sodium) ou organométalliques (complexes sandwichs à 19 électrons de valence du fer tel que [Fe(I)Cp*(ŋ6-C6Me6)] ou du cobalt tel que [Co(II)Cp*2], (Cp* = ŋ5-C5Me5)). Les supports limitant l’agrégation des NPs métalliques ont été le solvant (polyéthylène glycol, 1ère partie de la thèse), les cations des réservoirs d’électron organométalliques (2ème partie de la thèse) ou un réseau zéolitique imidazolate (MOF de type ZIF-8, 3ème partie de la thèse). Au lieu d’un cation métallique, il a aussi été possible d’utiliser un cluster tel que [Au25(SR)18] (R = CH2CH2Ph) comme précurseur, auquel cas la réduction peut se limiter à un simple transfer d’électron produisant un cluster anionique stabilisé par le contre-cation sandwich encombré du réservoir d’électron. Les petites NPs ainsi stabilisées se sont avérées d’excellents catalyseurs “verts” de plusieurs réactions de couplage C-C ou C-N et de production d’hydrogène par hydrolyse d’hydrures métalliques en milieu aqueux dans des conditions très douces. Cette dernière réaction a été efficacement catalysée par des NPs bimétalliques Ni2Pt NP@ZIF-8 avec une synergie spectaculaire entre les deux métaux. / Catalysis is a key element in chemical synthesis, and current research is focusing on making catalytic processes cleaner in the context of green chemistry. In this spirit, this thesis involves the research of nanoparticle (NP) catalysts used in aqueous medium, without toxic ligand and in very small quantities toward a variety of useful processes. The synthesis of the catalytic NPs used cations of the transition elements of the right of the periodic table and of reducing agents capable of rapidly reducing these cations to atoms of zero oxidation state aggregating into small catalytically active metal NPs. The chosen reducing agents were organic (naphthyl sodium) or organometallic (19-electron) sandwich complexes of iron such as [Fe(I)Cp*(ŋ6-C6Me6)] or cobalt such as [Co(II)Cp*2], (Cp* = ŋ5-C5Me5)) used as electron reservoirs. The supports limiting the aggregation of the metal NPs were the solvent (polyethylene glycol, first part of the thesis), the cations of the organometallic electron reservoirs (2nd part of the thesis) or a zeolitic imidazolate framework (MOF of ZIF-8 type, 3rd part of the thesis). Instead of a metal cation, it has also been possible to use a cluster such as [Au25(SR) 18] (R = CH2CH2Ph) as a precursor, in which case the reduction was limited to a simple electron transfer producing an anionic cluster stabilized by the congested sandwich counter cation of the electron reservoir. The small NPs thus stabilized proved to be excellent "green" catalysts for several C-C or C-N reactions and hydrogen production by hydrolysis of metal hydrides in an aqueous medium under very mild conditions. This latter reaction was efficiently catalyzed by Ni2Pt@ZIF-8 bimetallic NPs with a spectacular synergy between the two metals.

Ce mémoire de thèse présente les travaux de recherche sur les monocouches auto-organisées organométalliques. Nous avons étudié théoriquement les propriétés structurales, électroniques et magnétiques des structures bidimensionnelles TM-Pc (Pc : phtalocyanine) et TM-TCNB (TCNB : tétracyanobenzène) où TM représente le métal de transition de la série 3d, 4d ou 5d. Les calculs sont faits avec la méthode de la théorie de la fonctionnelle de la densité en tenant compte du terme de Hubbard (DFT+U) en utilisant le code de simulation VASP (Vienna Ab-initio Simulation Package). En plus, l’adsorption de la molécule de Fe-Pc sur la surface d’Or Au(111) a été étudiée avec les méthodes SGGA et SGGA+U. / This thesis presents research work on self-organized metal-organic monolayers. We have theoretically investigated the structural, electronic and magnetic properties of two-dimensional TM-Pc (Pc: phthalocyanine) and TM-TCNB (TCNB: tetracyanobenzene) where TM is the transition metal for the 3d, 4d or 5d series. The calculations are performed by density functional theory taking into account the Hubbard term (DFT+U) using the VASP simulation code (Vienna Ab-initio Simulation Package). In addition, the adsorption of the Fe-Pc molecule on the gold surface Au(111) was studied via SGGA and SGGA+U.

Ce travail consiste en l'étude par RMN multinoyaux de matériaux paramagnétiques d'électrodes positives pour batteries au Li. La RMN du solide permet une caractérisation de l'environnement local du noyau sondé grâce à l'exploitation des interactions hyperfines dues à la présence d'une certaine densité d'électrons célibataires (déplacement de contact de Fermi) ou de conduction (déplacement de Knight) sur ce noyau (densité transférée selon des mécanismes plus ou moins complexes). Les matériaux étudiés sont des phosphates de métaux de transition tels que Li3M2(PO4)3 (M = Fe, V), la famille des tavorites LiMPO4X (M = Fe, Mn; X = OH, F) ou encore les phases homéotypiques MPO4.H2O (M = Fe, Mn, V). Pour tous ces matériaux, caractérisés par RMN du 7Li, 31P et 1H, l'environnement local de ces noyaux a été étudié afin d'envisager les mécanismes de transfert de spin possibles. Des calculs ab initio ont été effectués pour reproduir les déplacements de RMN, puis établir des cartes de densité de spin afin d'étayer ou compléter la compréhension de ces mécanismes.