Ce travail est consacré à l’élaboration et l’étude des propriétés catalytiques, électriques et magnétiques denanomatériaux à base de ferrite de cobalt. Les nanopoudres de ferrite de cobalt (CoxFe3-xO4 , x=0.6,1,1.2,1.8 ) ont étéélaborées par une nouvelle méthode chimique solvo-thermale. Les nanopoudres obtenues sont très bien cristallisées ontdes tailles de particules qui varient avec le taux de cobalt entre 4 et 7 nm et sont très homogènes en composition. Lesnanopoudres de ferrites de cobalt sont monophasées, de structure spinelle avec un paramètre de maille qui varie enfonction du taux de cobalt. Les nanopoudres de ferrites de cobalt ne s’oxydent pas sous air et en température .Lesnanopoudres de composition proches de x=1 sont stables jusqu’à 900°C, alors que pour de plus forts écarts à lastoechiométrie, des transformations de phase ont lieu au delà de 550°C.Les mesures catalytiques ont mis en évidence l’oxydation de CH4 en CO2 après passage sur le catalyseur pour tous leséchantillons. L’efficacité catalytique est maximale et l’énergie d’activation est la plus faible pour l’échantillon x=1.8 ;ceci est lié à la plus grande surface spécifique, et au plus fort taux de sites actifs pour cette composition.Les ferrites de cobalt élaborées présentent une conduction de type électronique avec un comportement semi conducteurjusqu’à 500-600°C et un comportement métallique au-delà. Les variations de conductivité d’une composition à l’autres’expliquent par les variations du nombre de paires [Co2+,Fe3+].Les nanoparticules ont un comportement superparamagnétique quelle que soit la composition. Ce comportement estdû principalement à un effet de taille et de forme, et à une distribution cationique différente entre les deux types desites tétraédriques et octaédriques de la structure spinelle. Ces ferrites présentent une aimantation à saturation prochede celle de l’état massif, du fait de la grande qualité cristalline attribuée à la méthode d’élaboration mise au point. / This work is devoted to the synthesis and the study of the physical properties of cobalt ferrite nanomaterials. Thecobalt ferrite nanopowders (CoxFe3-xO4 , x=0.6,1,1.2,1.8 ) were synthesized by a new solvo thermal chemical route.The nanopowders are highly crystallized, very homogeneous in size and chemical composition. The nanopowderssizes are ranged from 4 nm for high cobalt content to 7 nm for low cobalt content. They are single phased, with thespinel structure, and a cell parameter varying with the cobalt content. The cobalt ferrites do not oxidize, when heatedunder air. For compositions near x=1, the cobalt ferrites are stable when heated under air up to 900°C, as for the othercompositions, phase transformations occur above 550°C.The catalytic measurements have shown the oxidation of CH4 into CO2 in presence of the catalyst for all thecompositions. Cobalt ferrite with composition x=1.8, presents the lowest activation energy and the best catalyticefficiency; this can be related to the great specific surface and the high rate of active sites for this composition.Concerning the conduction properties, the cobalt ferrites exhibit a semiconductor character up to 500-600 ° C and ametallic one above. Changes in conductivity from a composition to another are explained by changes in the number ofpairs [Co2+, Fe3+].A superparamagnetic behaviour was evidenced whatever the composition. This is due for one part to a size and shapeeffect and for the other part to different cationic distribution between tetrahedral and octahedral sites. These ferriteshave a saturation magnetization close to that of the massive state, because of the high crystallinity of the nanopowders,attributed to the synthesis method developed in this work.

Dans ce travail nous avons élaboré des matériaux ferroélectriques Ba0,9Sr0,1TiO3 (BST) de tailles de plus en plus réduites : céramiques, couches minces et nanoparticules pour des applications en microélectronique. Des matériaux composites constitués de nanoparticules de BST dispersées dans un cristal liquide ont également été réalisés. Le caractère ferroélectrique des films BST a été mis en évidence par des mesures des cycles d'hystérésis électriques. Les meilleures propriétés électriques ont été obtenues avec un recuit à 950 °C pendant 15 mn. Les analyses physico-chimiques sur les nanopoudres BST indiquent que la température optimale de calcination est de 900 °C. La taille des grains obtenue, entre 30 et 100 nm. Les caractérisations par diffraction de rayons X des nanopoudres montrent une structure quadratique à l'ambiante donc la possibilité d'un caractère ferroélectrique de celles-ci. La synthèse de céramiques BST par voie sol-gel et frittées à différentes températures a montré que la taille des grains dépend directement de la température de frittage et s'avère être un paramètre clé influençant la réponse diélectrique du matériau. Les céramiques BST élaborées par la méthode solide-solide permettent d'obtenir une taille de grains supérieure et en conséquence des valeurs de permittivité diélectrique plus élevées. L'étude comparative des propriétés diélectriques du cristal liquide seul et du mélange nanoparticules BST-cristal liquide a confirmé l'influence des nanoparticules BST sur l'orientation des molécules du cristal liquide. La confrontation des résultats expérimentaux aux lois de mélanges a permis l'estimation de la permittivité diélectrique des nanoparticules de BST. / In this work a ferroelectrics Ba0,9Sr0,1TiO3 (BST) ceramics, thin layers and nanoparticles were elaborated in order to obtain suitable materials for microelectronics. A mixture of BST nanoparticles dispersed in a liquid crystal was also performed. The ferrolectric nature of BST films has been demonstrated by measurements of the electrical hysteresis cycles. The best electrical properties were obtained with annealing at 950 °C for 15 min. The physico-chemical analyzes of BST nanapowders indicate that the optimum calcination temperature is at 900 °C. The grain size obtained is between 30 and 100 nm. The characterizations of nanapowders with X-Ray Diffraction show a tetragonal structure at room temperature therefore the possibility of a ferroelectric character. The ceramics synthesized by sol-gel method and sintered at different temperatures showed that the grain size depends directly on the sintering temperature and proves to be a key parameter influencing the dielectric response of the material. The BST ceramics prepared by solid-solid method used to get a size larger grain and consequently a higher value of dielectric permittivity. The comparative study of the dielectric properties of the liquid crystal single and the mixture "BST nanoparticles- liquid crystal" confirmed the influence of nanoparticles on the orientation of liquid crystal molecules. The comparison of experimental results with the mixtures laws allowed the estimation of the dielcectric permittivity of BST nanoparticles.

Les matériaux pouzzolaniques sont utilisés depuis longtemps comme charge minérale dans le béton pour atteindre des avantages économiques ou techniques. Parmi ces matériaux, on rencontre la fumée de silice (FS) qui améliore les propriétés mécaniques et la durabilité des bétons. Néanmoins ce matériau présente des inconvénients tels que coûts élevés et approvisionnements irréguliers de la FS. En raison de l’évolution de la science et de la technologie des nanos, diverses formes de silice amorphe nanométrique sont devenues disponibles. Et c’est dans cette perspective que le choix de notre étude s’est porté sur les nanopoudres de verre (SGP) obtenues par sphéroïdisation du verre recyclé qui leur confère une surface spécifique plus élevée par rapport aux matériaux à l’échelle micrométrique et leur procure une plus grande réactivité pouzzolanique et un effet nano filler. Il est connu que les charges minérales sous forme de fines poudres créent des agglomérats. Pour contrer ce phénomène d’agglomération, objet de notre étude, des modifications de la surface des SGP ont été réalisées par attaque à l’acide sulfurique et greffage au polyéthylène glycol (PEG). Nos travaux ont porté dans un premier temps sur la caractérisation des SGP, SGP-acidifiées (SGP-A) et SGP-Pégylinisées (SGP-P) et dans un deuxième temps, sur l’exploitation des effets des SGP, SGP-A et SGP-P sur l’hydratation du ciment et leurs comparaisons aux résultats obtenus par l’incorporation de FS. Les études sur coulis nous ont permis de déterminer l’évolution de leur étalement en fonction du mode d’incorporation (addition ou remplacement), du type d’ajouts et aussi d’évaluer leurs demandes en eau et en superplastifiants. Les essais sur pâtes ont permis d’examiner leurs vitesses d’hydratation, déterminer la chaleur dégagée lors de cette hydratation et suivre l’activité pouzzolanique des ajouts cimentaires en mesurant la portlandite résiduelle. Les essais sur mortiers et bétons ont permis de déterminer l’effet des différents ajouts sur les propriétés aux états frais et durci. Les résultats expérimentaux de notre étude révèlent que : L’effet dispersant du superplastifiant PNS sur les nanopoudres de verre est meilleur que celui du PC. Les traitements chimiques des surfaces des nanopoudres de verre, contribuent à leurs défloculations. Les nanopoudres de verre améliorent la fluidité des systèmes cimentaires étudiés comparativement à celle de la fumée de silice même en absence de superplastifiant. L’addition des nanopoudres de verre est bénéfique pour l’accélération de l’hydratation du ciment par rapport à celle de la fumée de silice. À jeune âge, le remplacement du ciment par 10% en nanopoudres de verre accélère la réactivité pouzzolanique comparée à celle de la fumée de silice et du contrôle, mais à âge plus avancé les nanopoudres de verre ont une activité pouzzolanique lente. Les nanopoudres de verre en présence de superplastifiant PNS développent des résistances en compression supérieures à celle de la fumée de silice à jeune âge.

Depuis plusieurs années déjà, nombre d’applications industrielles impliquant des nanomatériaux ont vu le jour mais les connaissances relatives aux dangers de ces nouveaux matériaux sont actuellement assez restreintes. Le développement de ces nouveaux produits ne pouvant se poursuivre sans une évaluation approfondie des risques pour l’environnement et au poste de travail, les dangers relatifs aux nanoparticules doivent être évalués. La toxicité potentielle de ces nouveaux matériaux est souvent mise en avant. Néanmoins, les risques d’incendie et d’explosion ne doivent pas être négligés. Centrées essentiellement sur les poudres de taille micrométrique, les données de la littérature ne permettent pas, en effet, à l’heure actuelle, d’évaluer la probabilité et la gravité d’une explosion de nanopoudres. Dans ce contexte, la sensibilité à l’inflammation et la sévérité d’explosion de nanomatériaux pulvérulents typiques ont été évaluées ainsi que la validité des appareillages et procédures standards, habituellement utilisés lors d’une telle démarche. Enfin, la méthodologie adoptée afin d’évaluer les risques d’inflammation et d’explosion d’une installation de production de nanopoudres et de sécuriser au mieux la santé des travailleurs exposés aux nanoparticules est illustrée aux travers de deux exemples. Cette démarche pourra servir de base à de futures analyses de risques concernant les produits nanostructurés, exercice qui va devenir indispensable et de plus en plus fréquent au vu du contexte économique et réglementaire / In the industrial and research fields, nanomaterials provides a growing interest and many industrial applications have already been developed in the last years. However, knowledge about the hazards related to these new materials is currently limited. As safe nanomaterial production cannot be permitted without a deeper evaluation of environmental and occupational hazards, hazards related to nanoparticles have to be evaluated. One often thinks about the potential toxicity of nanoparticles. However, dust fire and explosion should not be neglected when the dusts are combustible, which may often be the case. So far, literature studies concerning the evaluation of explosion and flammability risks of powders were essentially carried out on micron-sized materials and do not enable in fact to evaluate fire and explosion risk probabilities and gravities of nanopowders. The main goal of this work is to study explosion and ignition risks related to nanopowders. In particular, the evaluation of the explosion sensitivity and severity of typical nanomaterials has been studied as well as the validity of the existing analytical and methodological tools designed to evaluate dust ignition and explosion hazards. This work also deals with the methodology applied to a plant and to a laboratory in order to define the best safety barriers which were positioned to ensure the best occupational safety level to all workers and evaluate in a good way the ignition and explosion risks related to the use and production of fluffy nanomaterials. This work will certainly help risk engineers concerned about the handling and the production of combustible nanopowders.

Ce travail est consacré à l'élaboration et l'étude des propriétés catalytiques, électriques et magnétiques denanomatériaux à base de ferrite de cobalt. Les nanopoudres de ferrite de cobalt (CoxFe3-xO4 , x=0.6,1,1.2,1.8 ) ont étéélaborées par une nouvelle méthode chimique solvo-thermale. Les nanopoudres obtenues sont très bien cristallisées ontdes tailles de particules qui varient avec le taux de cobalt entre 4 et 7 nm et sont très homogènes en composition. Lesnanopoudres de ferrites de cobalt sont monophasées, de structure spinelle avec un paramètre de maille qui varie enfonction du taux de cobalt. Les nanopoudres de ferrites de cobalt ne s'oxydent pas sous air et en température .Lesnanopoudres de composition proches de x=1 sont stables jusqu'à 900°C, alors que pour de plus forts écarts à lastoechiométrie, des transformations de phase ont lieu au delà de 550°C.Les mesures catalytiques ont mis en évidence l'oxydation de CH4 en CO2 après passage sur le catalyseur pour tous leséchantillons. L'efficacité catalytique est maximale et l'énergie d'activation est la plus faible pour l'échantillon x=1.8 ;ceci est lié à la plus grande surface spécifique, et au plus fort taux de sites actifs pour cette composition.Les ferrites de cobalt élaborées présentent une conduction de type électronique avec un comportement semi conducteurjusqu'à 500-600°C et un comportement métallique au-delà. Les variations de conductivité d'une composition à l'autres'expliquent par les variations du nombre de paires [Co2+,Fe3+].Les nanoparticules ont un comportement superparamagnétique quelle que soit la composition. Ce comportement estdû principalement à un effet de taille et de forme, et à une distribution cationique différente entre les deux types desites tétraédriques et octaédriques de la structure spinelle. Ces ferrites présentent une aimantation à saturation prochede celle de l'état massif, du fait de la grande qualité cristalline attribuée à la méthode d'élaboration mise au point.

La recherche s’appuie pour une grande part sur le développement de nanomatériaux. Ceux-ci constituent, en effet, les matières premières des nanosciences et ouvrent à l’industrie des perspectives extrêmement larges. Le développement des céramiques nécessite une grande maîtrise des procédés d'élaboration qui permettent d'obtenir des microstructures appropriées à l’élaboration de matériaux denses pour différentes applications par exemple biomédicales. Les évolutions récentes concernent les matériaux hybrides et bio-inspirés ; les problèmes de mise en forme et de structuration multi-échelles de ces derniers incitent au développement de nouveaux procédés telle que l’approche nouvelle dite ascendante (bottom-up) consistant à fabriquer un matériau à échelle microscopique voir macroscopique à partir de ses particules nanométriques.Dans ce contexte, les travaux de cette thèse ont pour objectif de faciliter, par l’intermédiaire d’une modification de surface, la mise au point d’une technique de mise en forme originale pour l’élaboration de céramiques issues d’un matériau nanométrique de type oxyde: la granulation par coagulation. Nous nous sommes intéressés au cas d’une nanopoudre de boehmite (AlO(OH)). Cependant, cette poudre nanométrique de boehmite présente de multiples instabilités en suspension. En effet, cette poudre est soumise à de fortes gélifications en fonction du pH et à basse concentration. Il est nécessaire dans ce cas pour obtenir une suspension stable de modifier les propriétés de surface. En conséquence, une partie de ces travaux est consacrée à la fonctionnalisation de surface par des organosilanes. Cette modification de surface n’est cependant qu’une étape à l’obtention d’une particule hybride constituée d’un cœur de boehmite et d’une couche polymérique. En réalité, le greffage d’organosilane à la surface permet de créer un pont entre la partie centrale inorganique et la partie externe organique constituée de latex pouvant se lier à l’organosilane utilisé (le MPS).Le matériau hybride boehmite-MPS-latex ainsi obtenu peut être utilisé dans une nouvelle technique de mise en forme colloïdale inspirée de la granulation par hétérocoagulation. En milieu aqueux, la polarité opposée des charges de surfaces de deux entités différentes conduit à l’hétérocoagulation en suspension. La coagulation observée dans cette thèse, met en relation deux particules identiques possédant chacune, les deux charges opposées à leur surface. Le principe de la granulation consiste à induire, sous l’effet d’un mouvement de rotation des échantillons, la coalescence des agglomérats en forçant leurs surfaces à interagir par contacts réciproques. En sélectionnant la formulation, la coalescence conduit à l'élaboration d'objets sphériques homogènes en taille et en forme. / Research in this field is multidisciplinary and relies largely on the development of nanomaterials. These are, in fact, the raw materials of nanoscience and open to industry extremely broad prospects. In the field of material sciences, nanostructured materials, among them nanostructured ceramics have grown considerably in recent years. Development of ceramic requires a mastery of production processes that achieve appropriate microstructures in the development of dense materials for various applications such biomédicals. Recent developments include hybrid and bio-inspired materials; the problems of shaping and multi-scale structure of these encourage the development of new processes such as the new so-called bottom-up approach of manufacturing and make macroscopic material from its nanoparticles. In this context, the work of this PhD aim to facilitate, through surface modification, the development of an original layout technique for the development of ceramics from a material nano-oxide type: granulation coagulation. We were interested in the case of a boehmite nanopowder (AlO(OH)). However, this nanoscale boehmite powder has many instabilities in suspension. Indeed, the powder is subjected to strong gelation as function of pH and at low concentrations. It is necessary in this case to obtain a stable suspension by modifying the surface properties. Accordingly, a part of this work is devoted to surface functionalization by organosilanes. This surface modification, however, is only one stage to obtain a hybrid particle comprised of a heart of boehmite and a polymeric layer. In reality, the grafting organosilane (MPS) at the surface permit to create a bridge between the inorganic core and organic outer part consists of latex. The boehmite-MPS-latex hybrid material thus obtained can be used in a new colloidal shaping technique inspired by heterocoagulation granulation. In aqueous medium, the opposite polarity of the charges of the surfaces of two different entities leads to heterocoagulation in suspension. Clotting observed in this thesis, connects two identical particles with each, the two charges opposite to the surface. The principle of the granulation is to induce, under the effect the rotational movement, the coalescence of the agglomerates by forcing their surfaces to interact by mutual contact. By selecting the formulation, coalescence leads to the development of homogeneous spherical objects in size and shape.

Les matériaux pour la photocatalyse en lumière visible ont attiré un grand intérêt car ils peuvent exploiter tout le spectre d'irradiation solaire notamment afin de détruire des polluants organiques pour l'environnement comme dans la purification de l’eau. Dans ce contexte, le bismuth de vanadates (BiVO4) est digne d'intérêt en raison de sa largeur de bande interdite électronique (~ 2,3 eV) et sa potentielle activité photocatalytique. Des études systématiques ont été menées pour les caractéristiques physico- chimiques de poudres BiVO4 synthétisées par voie hydrothermale et par broyage mécanique à haute énergie. La pertinence de la méthode de mécano-synthèse a été démontrée grâce notamment à son faible coût de fonctionnement, de mise en œuvre facile ainsi que le nombre limité de paramètres et la possibilité d’obtenir des particules à taille réduite (20-100 nm) avec une phase cristalline monoclinique. En couches minces, les matériaux BiVO4 ont été synthétisés par pulvérisation ultrasonique (USP) et par pulvérisation cathodique radiofréquence (rf). Les paramètres pour des dépôts optimaux ont été identifiés permettant d’obtenir des films minces sans fissures, suffisamment denses avec des surfaces texturées à morphologies contrôlées. Les études structurales, vibrationnelles, et les propriétés électroniques et optiques ainsi que leur interprétation grâce à des modèles ont été menées pour une parfaite connaissance des caractéristiques des matériaux BiVO4. Pour les applications visées, BiVO4 sous forme de poudres et de films minces ont été utilisés comme photocatalyseurs pour la dégradation de rhodamine 6G (Rh6) et le bleu de méthylène (MB) sous irradiation en lumière visible. La structure scheelite monoclinique de nanoparticules sphérique de BiVO4 obtenues par mécano-synthèse, ont montré une efficacité améliorée (+50%) de l’activité photocatalytique par rapport à des particules de forme aciculaire obtenues par voie hydrothermale. Dans le cas de films minces, le taux de dégradation du BM est de l’ordre est de 66% pour les films synthétisés par USP alors qu’un taux de 99% a été atteint avec des films obtenus par pulvérisation cathodique rf. Ces travaux valident les propriétés photocatalytiques remarquables de BiVO4 par rapport aux matériaux existants avec des applications prometteuses, notamment dans la résolution de problèmes environnementaux. / Visible light photocatalysts have attracted a great interest since it may exploit the wide solar irradiation spectrum to destroy organic dyes as required for environmental need such as water purification. In this context, bismuth vanadate (BiVO4) is worth of interest due to its narrow band gap (~ 2.3 eV) and the ability to exhibit efficient photocatalytic activity. Systematic studies have been carried out on the physico-chemistry of BiVO4 synthesized as powders by hydrothermal and mechano-chemical techniques. The relevance of ball milling method was demonstrated through its low processing cost and easy scaling up as well as limited variable parameters to obtain reduced particle sizes down to (20-100 nm). As thin films, BiVO4 were grown by ultrasonic spray pyrolysis (USP) and rf-sputtering techniques. Optimum deposition parameters were identified, leading to the formation of crack free, dense media with textured surfaces composed by controlled morphologies. Analysis of the structural, vibrational, electronic and optical experiments, interpretation and development of models were carried out for deep insight on the properties of BiVO4 materials. For concrete applications, BiVO4 as powders and thin films were used as photocatalysts for the degradation of rhodamine 6G (Rh6) and methylene blue (MB) under visible light irradiation. Monoclinic scheelite structure of spherical-like BiVO4 nanoparticles obtained by mechano-chemical process, have shown 50% more efficient photocatalytic activity compared to acicular-like BiVO4 grains obtained by hydrothermal method. The average degradation rate of MB using USP grown films was found to be 66% during 120 minutes. A significant rate increase in the photocatalytic activity up to 99% was achieved by using rf-sputtered films. Thus, BiVO4 was demonstrated as efficient photocatalysts compared to existing materials with promising applications notably in solving environmental problems.

Aujourd'hui, l'impact environnemental de chaque technologie fait l'objet de toutes les attentions. L'élimination des composés soufrés et surtout de H2S dans les gaz entre dans cet aspect écologique au sein de plusieurs processus industriels. L'oxyde de zinc est utilisé comme adsorbant régénérable pour la désulfuration. Le but de ce travail est la préparation de filtres monolithiques macroporeux et de nanopoudres de ZnO avec une forte capacité en soufre et facilement régénérable, ainsi que l'optimisation de leurs propriétés.Des matériaux composites ZnS/NaCl sont tout d'abord synthétisés par combustion auto-propagée à partir de mélanges de zinc, de soufre et de chlorure de sodium. NaCl est éliminé par lixiviation dans l'eau après la synthèse. Les nanopoudres de ZnS sont préparées par mécanosynthèse à partir de mélanges de zinc et de soufre. Les deux matériaux préparés ont des structures cristallines différentes, de type würtzite pour les filtres de ZnS et de type sphalerite pour les poudres. Cette différence est due aux deux voies de synthèse. Monolithes et poudres ZnS sont ensuite convertis en ZnO par traitement thermique sous air à 700 °C.Les transformations macro- et microstructurales des filtres et des poudres ont été étudiées au cours de cycles de sulfuration-oxydation par les méthodes de caractérisation telles que la diffraction des rayons X, la microscopie électronique à balayage et la porosimétrie au mercure. Les résultats montrent que les propriétés des matériaux restent très stables au cours des conversions successives. Enfin, les filtres et nanopoudres de ZnO ont été utilisés comme adsorbants au cours d'essais de désulfuration. La capacité massique en soufre des filtres est assez faible, 6,4 mg S/g ads. montrant que la porosité doit être améliorée. Quant aux nanopoudres, la capacité massique en soufre est très élevée, 272 mg S/g ads, prouvant que la surface spécifique est très importante pour ce type d'application. / Today, we have to take care of every technology's environmental effects. The removal of H2S and other sulfur compounds in hot gas enters this ecological aspect in several industrial processes. Zinc oxide is used here as a regenerable sorbent for gas desulfurization. The goal of this work is, the preparation of macroporous ZnO monolithic filters and nanopowders with high sulfur capacity and easily regenerable, and their optimization with the control of their properties. ZnS/NaCl composite materials are first obtained by Self-propagating High temperature Synthesis from mixtures of zinc, sulfur and sodium chloride powders. NaCl is then removed by lixiviation with water. ZnS nanopowders are prepared by mechanical alloying from mixtures of zinc and sulfur. The two materials have different crystalline structure, würtzite type for ZnS filters and sphalerite type for powders, because of the way of synthesis. Then, they are converted into ZnO by thermal treatment under air at 700 °C. Next, the macro- and microstructure transformations of both filter and powders during sulfidation-oxidation cycles are thus considered. Results of all characterizations like X-ray diffraction, scanning electron microscopy and Hg porosimetry show that materials properties are very stable against conversions. Afterwards, ZnO filters and nanopowders are used as adsorbent in desulfurization trials. The sulfur capacity of filters is not so high, 6,4 mg S/g ads and shows that porosity has to be improved. Regarding nanopowders, the sulfur capacity is very high, 272 mg S/g ads, proving that surface area is very important in this application.

Ce travail de thèse a pour objectif la création d’indice optique local et contrôlé dans une matrice vitreuse à travers la mise au point et le développement de procédés de synthèse de nanoparticules (NPs) de sulfure de zinc (ZnS) dans un verre d’oxydes. Nous avons commencé par l’élaboration par voie de fusion d’un verre d’oxydes de composition initiale très simple. Nous avons ensuite examiné la problématique de la synthèse et du contrôle de croissance des NPs de ZnS dans nos échantillons dans trois matrices différentes et par trois traitements : recuit thermique, insolation UV ou par un traitement simultané (recuit thermique + insolation UV). Les propriétés optiques des verres dopés NPs ZnS fabriqués ont été caractérisées par diverses techniques (absorption UV visible, photoluminescence, FTIR, Raman, XPS, mesure d’indice). Il ressort de ces caractérisations que nous arrivons à fabriquer des NPs dans les trois matrices dont la taille peut aller de 1.8 à 7 nm. La dispersion sur les distributions de taille dépend de la matrice, du traitement post-fusion et de sa durée ainsi que de la concentration initiale en dopant. Nous avons également été amené à synthétiser et à étudier des nanopoudres de ZnS. Le procédé de sélection de taille révèle qu’il est possible d’obtenir au moins trois distributions étroites de tailles bien distinctes. Des filtres optiques UV à bande étroite peuvent ainsi être réalisés pour une longueur choisie en contrôlant la taille des NPs ZnS. Des applications prospectives des NPs ZnS pour le nano marquage et la photo dégradation de polluants modèles présents dans l’eau ont été illustrées / Our efforts have been devoted to the development of simple approach to synthesize ZnS nanoparticules (NPs) by melting process in a glassy matrix with the aim to create a controlled optical index variation. In this thesis, we present the formation of ZnS NPs in the glassy matrix and study of their optical properties. The nanocomposite incorporating ZnS in the host medium was prepared using the melting process from a mixture of the raw materials. We have prepared various glass samples with ZnS NPs size ranging from 1.8 à 7 nm. These samples were treated (heat treatment ± UV insulation with 244 nm laser) and characterized by UV-Vis absorption, FTIR, photoluminescence spectroscopy, Raman measurements and XPS. The refractive index measurements of these nanostructured composite glasses have been carried out and show an important increase with ZnS concentrations and treatments. We also present the elaboration of small and monodisperse ZnS nanopowder with size ranging from 3 to 100 nm by a simple, low-cost and mass production chemical method. The NPs were characterised by X-ray powder diffraction (XRD), UV-vis absorption and photoluminescence spectroscopy. The photocatalytic activity of ZnS nanopowders was investigated by using different colorant water dispersed. ZnS NPs appear to be a good candidate for potential environmental applications such as water purification. We also present application of fluorescent ZnS nanoparticles as cellular biomarkers. Fluorescent microscopy images of osteoblastic MC3T3-E1 cells revealed that the ZnS nanoparticles were biocompatible and were penetrated cells and nucleus regardless of their size. Hence, the ZnS NPs can be good candidates for drug delivery and bio-imaging applications

La connaissance d’un système gaz/solide requiert l’analyse de l’adsorption, du premier stade jusqu’à saturation. C’est la motivation de l’analyse des surfaces sous vide. L’approche des surfaces divisées est souvent tronquée. Pratiquée à des pressions suffisamment élevées pour être compatible avec un temps de réaction raisonnable, elle ne permet pas l'analyse de la surface nue à la monocouche. L’objectif du présent travail a été d’établir une continuité d’observation par FTIR, de l’UHV à la pression ambiante, de poudres de MgO, ZnO et ZnxMg1-xO exposées à l’eau ou à l’hydrogène. Il a été montré que les fumées de ZnO se comparent à des cristaux présentant les faces (0001), (0001̅), (101̅0), (112̅0), avec un rapport non-polaire/polaire de 75/25. Par FTIR combinée à la photoémission et à la désorption thermique, trois étapes de l’hydroxylation des fumées de MgO ont été identifiées : défauts ponctuels (10-8 mbar), marches (10-6 mbar) puis terrasses (> 10-5 mbar), avec une restructuration qui prouve que l’eau change la structure de surface de MgO. La représentation commune de la surface de MgO par une suite de facettes (100) est mise en cause. Aux faibles teneurs en zinc, l’oxyde mixte ZnxMg1-xO est formé de cristallites cubiques de même structure que MgO. Le zinc en substitution tend à ségréger vers les sites de basse coordinence où il affecte les propriétés d’adsorption d’eau et d’hydrogène. Par ailleurs, le mélange ZnO-MgO obtenu par combustion d’alliage ZnMg offre une possibilité d’application grâce aux propriétés bactéricides de ZnO et de faible toxicité de MgO. L’ensemble des résultats montre la pertinence de l’étude des poudres pratiquée dans les conditions de l’UHV. / The analysis of adsorption from the first stage to saturation is necessary to understand gas/solid interactions. This is the motivation for surface analysis under vacuum. The common approach of dispersed materials surfaces is incomplete since working pressures, that are high enough to achieve reasonable reaction times, do not allow studies of powder surfaces from bare to fully covered. The aim of the present work is to examine the successive changes of ZnO, MgO and ZnxMg1-xO nanopowders upon exposure to water or hydrogen from UHV to the ambient by FTIR. It is shown that ZnO smokes behave in a same way as a collection of single crystals which exhibit (0001), (0001̅), (101̅0) and (112̅0) faces with a non-polar/polar ratio of 75/25. Combining FTIR with XPS and TPD techniques, three stages of hydroxylation were identified on MgO smokes: point defects (10-8 mbar), steps (10-6 mbar) then terraces (> 10-5 mbar). Results indicate a reorganisation of surface structure showing that water adsorption on MgO(100) is an irreversible process. The common model of MgO as a series of (100) facets is questioned. At low concentrations of zinc, the mixed oxide ZnxMg1-xO consists of crystals with similar structure as MgO. A segregation of Zn2+ toward low coordinated surface sites is suggested to explain the changes in reactivity of the ZnxMg1-xO with respect to water and hydrogen at low coverages. Furthermore, the mixture ZnO-MgO produced by combustion of ZnMg alloy combines the antibacterial properties of ZnO and the biocompatibility of MgO, interesting for potential applications. The overall results demonstrate the relevance of the study of powders in ultra-high vacuum conditions.