L'acrylonitrile est un intermédiaire de l'industrie chimique pour la synthèse de nombreuxpolymères et revêtements. Il est produit à partir de propène qui devient de plus en plus cher et rare. Ceprojet visait à développer de nouveaux catalyseurs à base de nitrures ou d'oxynitrures permettantd'utiliser le propane moins cher et abondant, qui présente un intérêt industriel vu son potentieléconomique et sa durabilité, puisque son exploitation comme précurseur chimique permettraitd'utiliser plus efficacement les ressources naturelles. De nombreux solides ont été préparés et testéscomme catalyseurs. Certains se sont avérés instables dans les conditions de réaction comme lesoxynitrures VZrON, MoVON, et LaVON. D'autres comme MgTaVON et VZrAlON sont apparusstables mais soit faiblement actifs ou non sélectifs. L'étude s'est focalisée sur les oxynitrures VAlONet leur amélioration. Ils ont été caractérisés par de multiples techniques, telles que la DRX, XES,XANES, XPS, RMN 27Al, TPD NH3 et CO2. L'influence de paramètres tels que le rapport V/Al, lepH, la surface spécifique, le temps de contact ont été étudiés. Le catalyseur optimal possède un rapportV/Al d'environ 0,30. Les études ont permis de montrer que les sites nitrurés impliqués dansl'ammoxydation du propane sont du type OxV-NH2--AlO3 et que le degré d'oxydation moyen duvanadium en condition de catalyse est de 3,8. Une nouvelle méthode de préparation des catalyseurs aété mise au point à partir d'un complexe oxalate de vanadium et d'aluminium qui est décomposé parozonation, et nitruré en conditions réactionnelles. Ce catalyseur s'avère plus actif et sélectif que lescatalyseurs préparés par co-précipitation.

Les fluides supercritiques, au regard de leurs propriétés macroscopiques et microscopiques facilement modulables pour de faibles variations de pression et de température au voisinage de leur point critique, représentent une alternative intéressante pour la synthèse de nanomatériaux. Dans ce travail de thèse, nous avons réalisé une recherche exploratoire sur la décomposition thermique de précurseurs métalliques permettant la synthèse “contrôlée” de nanoparticules de nitrures métalliques en milieu fluide supercritique. Cette décomposition en conditions supercritiques permet d'alimenter le milieu réactionnel en atomes métalliques qui réagissent avec l'ammoniac supercritique pour former des particules nanostructurées de nitrures. L'objectif est de coupler au sein d'un même matériau, les propriétés intrinsèques des nitrures aux propriétés induites lorsqu'ils sont élaborés sous forme de nanomatériaux. Nous avons étudié dans un premier temps, l'effet des paramètres expérimentaux sur la composition chimique et la morphologie des matériaux afin de définir les potentialités du procédé. Nous avons montré que le facteur limitant de cette voie de synthèse est la présence d'oxygène dans le milieu qui conduit à la formation d'oxynitrures. Ensuite, nous avons focalisé nos recherches sur la synthèse du nitrure de nickel, Ni3N. L'analyse chimique et structurale du produit synthétisé a révélé la présence d'oxygène dans le matériau. Cependant, nous avons montré l'effet des conditions opératoires sur la morphologie du matériau élaboré en milieu ammoniac supercritique. En outre, une étude préliminaire des propriétés magnétiques des poudres synthétisées a été effectuée. Enfin, un modèle numérique permettant la prévision de l'évolution de la taille d'agrégats sphériques nanostructurés en fonction des paramètres expérimentaux (temps de séjour, concentration, température, ...) a été développé.

Cette thèse porte sur le dépôt et la caractérisation diélectrique des matériaux perovskites La-Ti-O-N pour des applications antennaires hyperfréquences. Ces composés ont été déposés en couches minces par pulvérisation réactive à partir de cibles oxyde et oxynitrure. Selon le gaz réactif utilisé, plusieurs compositions ont été atteintes, couvrant un large spectre de propriétés diélectriques. Les films oxynitrures LaTiO2N montrent des constantes diélectriques élevées en basses et hautes fréquences, qui s'accompagnent de fortes pertes diélectriques. Des accordabilités limitées ont été mesurées à basses fréquences (8 % sous un champ de 16,7 kV/cm). Les couches oxydes montrent de très faibles pertes diélectriques (~ 1 %) à 10 GHz sans agilité. La combinaison composite de ces deux phases a pu être réalisée par dépôt multicouches. Une accordabilité de 15 % sous 44 kV/cm a été mesurée sur une bicouche oxynitrure/oxyde, associée à une baisse significative des pertes diélectriques.

Cette thèse porte sur les applications optiques de films d’oxynitrures de silicium dopés cérium et co-dopés cérium-ytterbium élaborés par pulvérisation cathodique magnétron radiofréquence. Les paramètres de dépôt ont été optimisés afin d’obtenir une intense émission visible à l’œil nu des ions Ce3+ dans la matrice hôte SiOxNy. Il est démontré que le flux d’azote est un paramètre crucial pour obtenir cette émission. Nous avons montré aussi que les ions Ce3+ peuvent être incorporés en grande quantité dans cette matrice, sans clusterisations jusqu’à de très hautes températures de recuits (1200°C). Ces excellentes propriétés optiques ont mené à une première application : la tentative d’élaboration de DEL bleue. Les premiers résultats obtenus montrent une électroluminescence peu intense, mais restent encourageants pour une étude plus approfondie. La deuxième application étudiée est le développement de couches à conversion de fréquence basse pour augmenter le rendement des cellules solaires à base de silicium. En effet les cellules solaires sont limitées par le recouvrement du spectre solaire et la plage d’absorption de la cellule. L’élaboration de films SiOxNy co-dopés Ce/Yb pour convertir un photon ultra-violet (300-400 nm) en deux photons infra-rouges (980 nm) permet de passer outre la limite théorique des cellules solaires. Les systèmes élaborés montrent une émission des ions Yb3+ en présence d’ions Ce3+ dans la matrice hôte SiOxNy. Les ions Ce3+ permettent d’excités les ions Yb3+ sur une large gamme spectrale et le mécanisme de transfert d’énergie entre ces deux terres rares est détaillé. Un rendement de conversion de 185% est obtenu pour la plus forte concentration en ions Yb3+. Pour améliorer ce système, l'ajout de miroirs de Bragg entre la couche à conversion et le substrat de silicium, représentant la cellule solaire, a été étudié théoriquement. Leur but est double : maximiser le flux de photons ultraviolets piégé dans la couche à conversion de fréquence et transmettre un maximum de photons infrarouges, qui sont facilement absorbables, vers la cellule solaire. / This thesis is dedicated to cerium doped and cerium-ytterbium co doped oxynitride silicon films optical applications grown by radio frequency magnetron sputtering. Growth parameters have been optimized in order to obtain a strong cerium emission visible to the naked eye in the matrix host SiOxNy, especially the nitrogen flux has a dominant role. We showed that cerium ions have a high solubility without clustering at very high annealing temperature (1200°C). Those excellent properties lead to a first application: the elaboration of blue LED. First results show a weak electroluminescence signal but are still encouraging for further study. The second application is the elaboration of frequency conversion layers to increase the efficiency of Si based solar cell. Indeed solar cell are limited by the mismatch between the solar spectrum and the cell absorption range. The elaboration of Ce/Yb co doped SiOxNy films to convert a UV photon (300-400 nm) into two infrared photons (980 nm) allows to overcome the solar cell theoretical limit. Layers grown show an Yb3+ ion emission in presence of Ce3+ ions in the host matrix SiOxNy. Ce3+ ions sensitize Yb3+ ions on a large spectral range and their cooperative energy transfer mechanism is detailed. An efficiency of 185% is obtained for the higher dopants atomic concentration. In order to improve this system, the effect of adding Bragg mirrors placed between the conversion layer and the silicon substrate, which represents the solar cell, is theoretically studied. Their aim is double: increase the maximum flux of UV photons trapped in the frequency conversion layer and transmit a maximum of infrared photons, which are easily absorbable, toward the solar cell.

L’acrylonitrile est un intermédiaire de l’industrie chimique pour la synthèse de nombreuxpolymères et revêtements. Il est produit à partir de propène qui devient de plus en plus cher et rare. Ceprojet visait à développer de nouveaux catalyseurs à base de nitrures ou d’oxynitrures permettantd’utiliser le propane moins cher et abondant, qui présente un intérêt industriel vu son potentieléconomique et sa durabilité, puisque son exploitation comme précurseur chimique permettraitd’utiliser plus efficacement les ressources naturelles. De nombreux solides ont été préparés et testéscomme catalyseurs. Certains se sont avérés instables dans les conditions de réaction comme lesoxynitrures VZrON, MoVON, et LaVON. D’autres comme MgTaVON et VZrAlON sont apparusstables mais soit faiblement actifs ou non sélectifs. L’étude s’est focalisée sur les oxynitrures VAlONet leur amélioration. Ils ont été caractérisés par de multiples techniques, telles que la DRX, XES,XANES, XPS, RMN 27Al, TPD NH3 et CO2. L’influence de paramètres tels que le rapport V/Al, lepH, la surface spécifique, le temps de contact ont été étudiés. Le catalyseur optimal possède un rapportV/Al d’environ 0,30. Les études ont permis de montrer que les sites nitrurés impliqués dansl’ammoxydation du propane sont du type OxV-NH2--AlO3 et que le degré d’oxydation moyen duvanadium en condition de catalyse est de 3,8. Une nouvelle méthode de préparation des catalyseurs aété mise au point à partir d’un complexe oxalate de vanadium et d’aluminium qui est décomposé parozonation, et nitruré en conditions réactionnelles. Ce catalyseur s’avère plus actif et sélectif que lescatalyseurs préparés par co-précipitation. / Acrylonitrile is an intermediate of the chemical industry, used for synthesis ofnumerous polymers and coating. It is produced by ammoxidation of propene, which becomes rare andexpensive. This project aimed to develop new catalysts based on nitrides and oxynitrides allowing touse abundant and cheaper propane as starting product. Propane presents an industrial interest in viewof its economical potential and durability and because its exploitation as chemical precursor wouldallow to use natural resources more efficiently. Numerous oxynitrides based catalysts have beenprepared and tested as catalysts. Some of them were shown to be unstable in reaction conditions, likeVZrON, MoVON, and LaVON, some were shown to be stable but either weakly active or notselective like MgTaVON and VZrAlON. The study has been focused on VAlON oxynitrides. Thesecatalysts have been characterized by several techniques, like XRD, XES, XANES, XPS, 27Al-NMR,NH3 and CO2-TDP and the influence of several parameters on their catalytic properties have beenstudied. The results of these studies have confirmed that these catalysts were very efficient for thereaction and shown that the optimal catalyst had a V/Al ratio around 0.30 with an average oxidationstate of vanadium in catalytic condition around 3.8. A nitridation site has been proposed correspondingto OxV-NH2--AlO3 species. Finally a new preparation method has been discovered with the synthesisof an oxalate of vanadium and aluminum complex, which is decomposed by ozonation, and nitrided inreaction conditions. This catalyst showed improved activity and selectivity compared to coprecipitatedcatalysts.

Des nanoparticules à base d'oxyde de titane ont été synthétisées par pyrolyse laser en vue de leur application dans le domaine de la photocatalyse. Le travail montre la souplesse de la méthode pour la synthèse de TiO2 et M-TiO2 (M= Pd, Fe, Cu, Si, N) à partir de tetraisopropoxyde de titane. Des sels organiques des métaux, de SiH4 et d'NH3 ont été utilisés pour introduire des atomes de Fe, Cu, Pd, Si et N dans des nanoparticules de TiO2. Les nanoparticules ont été analysées par microscopie électronique de transmission (MET), diffraction de rayons X (DRX), surface spécifique (SBET), spectroscopie des photoélectrons X (XPS), spectrométrie d'émission à torche plasma (ICP/OES). Leurs propriétés optiques ont été évaluées par spectroscopie de réflexion diffuse (DRS). L'activité photocatalytique des nanoparticules synthétisées a été évaluée dans la dégradation du bleu de méthylène, de l'acide formique et du phénol, sous d'irradiation UV et/ou UV-Visible. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus dans les mêmes conditions avec le produit commercial Degussa P25 de chez Evonik.Les analyses montrent que les échantillons sont composés de nanoparticules sphériques avec une distribution de taille comprise entre 5 et 20 nm, la phase cristallographique majoritaire est le TiO2 anatase. Les surfaces développées en analyse BET sont importantes, autour de 80 m2/g (170 pour N-TiO2), comparées au produit commercial Degussa P25. Les analyses chimiques montrent que les atomes de Fe, Cu, Pd, Si et N sont efficacement introduits dans les nanoparticules de TiO2 avec des rendements MPoudre/MPrécurseur au moins égaux à 48%.Les échantillons de TiO2, Pd-TiO2 et Cu-TiO2 montrent une meilleure activité que TiO2 Degussa P25 vis-à-vis de la décomposition d'acide formique sous irradiation UV-Vis tandis que Fe-TiO2, Si-TiO2 et N-TiO2 sont moins actifs. L'effet de la concentration et de l'état d'oxydation du Pd dans le TiO2 a alors été étudié plus spécifiquement. L'addition de Pd sous la forme PdO diminue l'activité vis-à-vis de la décomposition de l'acide formique et du bleu de méthylène. Par contre l'addition de Pd sous la forme métallique améliore l'activité vis-à-vis de la dégradation du bleu de méthylène, d'acide formique et du phénol. Cette activité est toujours aussi importante après quatre cycles de photocatalyse.Nous avons également évalué l'activité des oxynitrures de titane et de N-TiO2 vis-à-vis de la dégradation de l'acide formique et de la décoloration du bleu de méthylène sous irradiation visible. Les oxynitrures présentent des activités faibles, qui semblent être améliorées par l'addition de palladium. L'échantillon N-TiO2 montre quant à lui des excellentes propriétés photocatalytiques vis-à-vis de la dégradation de l'acide formique sous irradiation visible tout en gardant une très bonne efficacité sous l'UV.

Des nanoparticules à base d’oxyde de titane ont été synthétisées par pyrolyse laser en vue de leur application dans le domaine de la photocatalyse. Le travail montre la souplesse de la méthode pour la synthèse de TiO2 et M-TiO2 (M= Pd, Fe, Cu, Si, N) à partir de tetraisopropoxyde de titane. Des sels organiques des métaux, de SiH4 et d’NH3 ont été utilisés pour introduire des atomes de Fe, Cu, Pd, Si et N dans des nanoparticules de TiO2. Les nanoparticules ont été analysées par microscopie électronique de transmission (MET), diffraction de rayons X (DRX), surface spécifique (SBET), spectroscopie des photoélectrons X (XPS), spectrométrie d’émission à torche plasma (ICP/OES). Leurs propriétés optiques ont été évaluées par spectroscopie de réflexion diffuse (DRS). L’activité photocatalytique des nanoparticules synthétisées a été évaluée dans la dégradation du bleu de méthylène, de l’acide formique et du phénol, sous d’irradiation UV et/ou UV-Visible. Les résultats ont été comparés à ceux obtenus dans les mêmes conditions avec le produit commercial Degussa P25 de chez Evonik.Les analyses montrent que les échantillons sont composés de nanoparticules sphériques avec une distribution de taille comprise entre 5 et 20 nm, la phase cristallographique majoritaire est le TiO2 anatase. Les surfaces développées en analyse BET sont importantes, autour de 80 m2/g (170 pour N-TiO2), comparées au produit commercial Degussa P25. Les analyses chimiques montrent que les atomes de Fe, Cu, Pd, Si et N sont efficacement introduits dans les nanoparticules de TiO2 avec des rendements MPoudre/MPrécurseur au moins égaux à 48%.Les échantillons de TiO2, Pd-TiO2 et Cu-TiO2 montrent une meilleure activité que TiO2 Degussa P25 vis-à-vis de la décomposition d’acide formique sous irradiation UV-Vis tandis que Fe-TiO2, Si-TiO2 et N-TiO2 sont moins actifs. L’effet de la concentration et de l’état d’oxydation du Pd dans le TiO2 a alors été étudié plus spécifiquement. L’addition de Pd sous la forme PdO diminue l’activité vis-à-vis de la décomposition de l’acide formique et du bleu de méthylène. Par contre l’addition de Pd sous la forme métallique améliore l’activité vis-à-vis de la dégradation du bleu de méthylène, d’acide formique et du phénol. Cette activité est toujours aussi importante après quatre cycles de photocatalyse.Nous avons également évalué l’activité des oxynitrures de titane et de N-TiO2 vis-à-vis de la dégradation de l’acide formique et de la décoloration du bleu de méthylène sous irradiation visible. Les oxynitrures présentent des activités faibles, qui semblent être améliorées par l’addition de palladium. L’échantillon N-TiO2 montre quant à lui des excellentes propriétés photocatalytiques vis-à-vis de la dégradation de l’acide formique sous irradiation visible tout en gardant une très bonne efficacité sous l’UV. / Titanium based oxides nanoparticles were synthesized by laser pyrolysis and were tested as possible as photocatalysts. Using the laser pyrolysis method, this work shows that TiO2 and M-TiO2 (M = Pd, Fe, Cu, Si, N) can be easily synthesized in one step from titanium tetra isopropoxideprecursor mixed with organic salts of metals, SiH4 or NH3 to introduce atoms of Fe, Cu, Pd, Si and N in TiO2 nanoparticles. Nanoparticles were characterized by transmission electron microscopy (TEM), X-ray diffraction (XRD), Brunauer-Emmett-Teller specific surface (SBET), X-photoelectron spectroscopy (XPS), and inductively coupled plasma spectroscopy (ICP/EOS). Their optical properties were measured by diffuse reflection spectroscopy (DRX). Photocatalytic activity of nanoparticles was evaluated using the degradation of methylene blue, formic acid and phenol tests under UV (360 nm) and/or UV-Visible(290-780nm) or pure visible radiation (455 nm). Results were compared to those of TiO2 Degussa P25 (from Evonik) obtained under same conditions.The nanoparticles are of spherical shape with a size distribution from 5 to 10 nanometers, there are mostly in anatase crystallographic phase. The specific surfaces area is always around 80 m2/g (170 m2/g for N-TiO2), indicating smaller size than TiO2 Degussa P25. Chemical analysis indicate that Fe, Cu, Pd, Si and N atoms are efficiently introduced into TiO2 powders. The mass ration MPowder/MPrecursor yield is always higher than 48%.Using the formic acid degradation test, TiO2, Pd-TiO2 and Cu-TiO2 were more active than TiO2 Degussa P25 test under UV-Vis radiation while Fe-TiO2, Si-TiO2 and N-TiO2 were less actives. Therefore, the influence of Pd amount/oxidation state upon the photocatalytic properties of Pd-TiO2 nanoparticles was studied in more details. Pd-TiO2 activity to degrade methylene blue, formic acid and phenol was improved in presence of metallic palladium. This activity is still important after 4 tests cycles.The activity of Titanium Oxynitride (exhibiting large shift of the optical gap towards the visible region) and N-doped TiO2 nanoparticles was also studied in formic acid and methylene blue degradation test under visible radiation. Oxynitrides exhibit low activity, which appears to be improved by the addition of palladium. This low activity could be related to the presence of an amorphous phase in the sample. N-TiO2 samples were active in formic acid degradation under visible radiation while keeping a very good efficiency in the UV.

Le but de ce travail de recherche a été d’une part, de contrôler le procédé d’élaboration decouches minces d’oxynitrures de silicium par pulvérisation cathodique réactive à partir d’une ciblede silicium ; et d'autre part, de déterminer les caractéristiques structurelles et optiques de cescouches minces pour réaliser des multicouches à propriétés antireflets dans le visible. Des films deSiNy et SiOx ont été élaborés et étudiés selon trois procédés de pulvérisation cathodique réactive. Legaz réactif a été introduit soit en continu (procédé convention : CP), soit périodiquement selon uncréneau exponentiel (procédé RGPP). Le troisième procédé de pulvérisation repose sur l'orientationdu substrat dans l'espace tandis que la source de vapeur reste fixe (technique GLAD). Les analysespar spectroscopie d’électrons et par microscopie électronique ont permis de déterminer lacomposition chimique et la morphologie des films. Les caractéristiques optiques ont étédéterminées par spectroscopie UV-visible-PIR. De plus, des simulations numériques sur lespropriétés fondamentales des structures du nitrure et de l'oxyde de silicium ont été effectuées pouressayer de mieux appréhender les comportements optiques de ces films. Au final, ces travaux ontpermis l'élaboration et l'étude d'empilements multicouches SiNy/SiOx à propriétés antireflets dansles longueurs d'onde du visible sur différents substrats. / This work aims at controlling the deposition process of silicon oxynitride thin films by reactivesputtering from a silicon target. It is also focused on some correlations between structural andoptical properties of the films in order to produce antireflective multilayers. SiNy and SiOx films aresputter deposited by three different reactive processes. A continuous reactive gas injection(conventional process: CP) or a periodical supply by means of exponential pulses is implemented(RGPP process). The third process is based on a controlled orientation of the substrate (GLADtechnique). These films are analyzed by electronic spectroscopy and electronic microscopy forcomposition and morphology, respectively. The optical properties are determined by UV-Vis-IRspectroscopy. Moreover, theoretical simulations on structural silicon nitride and oxide areperformed so as to better understand optical properties of the films. Last but not least, this workleads to the growth and study of SiNy/SiOx antireflective multilayers used in the visible range anddeposited on different kind of substrates.