Les ressources minérales s’épuisent inexorablement, les minerais riches sont de plus en plus difficilement accessibles, et le traitement des minerais implique d’importants impacts environnementaux. En Nouvelle-Calédonie, l’extraction du nickel nécessite la destruction de l’horizon fertile supérieur des sols, et les mines se présentent comme des carrières à ciel ouvert, soumises à l’érosion et menaçant la biodiversité du territoire. Bien que l’exploitation du nickel soit au cœur de l’économie locale, la réhabilitation écologique des sites miniers, et la réintroduction durable d’un couvert végétal sont une nécessité.Le laboratoire ChimEco a démontré qu’il était possible de revégétaliser les sites miniers en réintroduisant des espèces végétales pionnières, résistantes et accumulatrices de manganèse. Ces plantes accumulatrices sont capables d’extraire le manganèse naturellement présent dans le sol et de l’accumuler dans leurs parties aériennes : on parle de phytoextraction. Le laboratoire ChimEco propose en outre une valorisation scientifique et à terme économique des efforts de réhabilitation engagés sur le terrain. En effet, à partir de la biomasse riche en manganèse des plantes accumulatrices, le laboratoire ChimEco a développé un procédé innovant de recyclage des éléments métalliques d’origine végétale en catalyseurs polymétalliques pour la chimie. Il s’agit de l’Ecocatalyse. Ces écocatalyseurs riches en Mn, notés Eco-Mn, ont montré une activité catalytique intéressante dans plusieurs synthèses organiques.Les résultats obtenus en écologie et en chimie par le laboratoire ChimEco prouvent la nécessité d’étudier finement la structure des écocatalyseurs en les considérant comme des matériaux innovants, afin de comprendre et d’améliorer leur activité en synthèse organique, et d’exploiter au mieux les possibilités du procédé. C’est précisément dans ce contexte que s’inscrivent ces travaux de thèse.Plusieurs techniques d’analyse ont été utilisées. Les analyses ICP-MS ont permis de déterminer la composition élémentaire des Eco-Mn. La DRX a permis de mettre en évidence la présence de sels mixtes originaux tels que K3NaMnCl6 sous forme cristalline dans les Eco-Mn. Enfin l’absorption des rayons X a permis de déterminer la nature des espèces présentes dans les catalyseurs, ainsi que le degré d’oxydation du manganèse et du fer. En outre, l’étude du réarrangement d’un acétal cyclique, ainsi que le suivi de la désorption de la pyridine à la surface des Eco-Mn, ont été utilisés pour étudier les propriétés acides des écocatalyseurs. Ces analyses ont permis de répondre à deux objectifs précis : d’une part déterminer la nature des complexes qui composent les Eco-Mn, et d’autre part, mieux comprendre les propriétés physico-chimiques de ces catalyseurs, leur degré d’oxydation et leurs propriétés acides. Ces analyses ont également permis de mieux appréhender les deux étapes du procédé de synthèse des Eco-Mn. Enfin, des catalyseurs synthétiques et témoins ont également été produits et étudiés dans les mêmes conditions d’analyse que les Eco-Mn, dans le but de déterminer si les Eco-Mn ont une spécificité et une empreinte végétale. / Mineral resources are running out, ores are hardly accessible, and ores processing damage the environment. In New-Caledonia, nickel ores mining requires to remove all the upper layers of the ground, leading to open-cast mines subjected to erosion, which threaten the environment and the biodiversity of the archipelago. Although mining ores exploitation is important for the economy of New-Caledonia, the ecological remediation of mining areas through the restoration of a vegetation cover, are necessary.ChimEco laboratory has demonstrated that it is possible to reintroduce pioneering endemic plant species, which are resistant to climate conditions and accumulate manganese, to restore New-Caledonian mining sites. These accumulating plants extract Mn from the ground to their aerial parts: it is called phytoextraction. Besides, ChimEco laboratory puts forward a new scientific and economic valorisation of phytoremediation efforts in New-Caledonia. Indeed, an innovative process has been developed to recycle metallic elements from manganese enriched biomass into innovative and polymetallic catalysts for organic synthesis. This new process is called Ecocatalysis. Ecocatalysts enriched in manganese, Eco-Mn, have demonstrated interesting and promising catalytic activities in several reactions.Regarding the good results achieved by ChimEco in ecology and in chemistry with accumulating plants and resulting Eco-Mn, it is necessary to better and precisely characterise Eco-Mn catalysts, by considering them as innovative materials, in order to understand and foresee their catalytic activity. This PhD work belongs within this context.Several analyses have been performed to characterise Eco-Mn catalysts. First, ICP-MS enables to identify metallic composition of Eco-Mn. Besides, XRD analyses highlight the presence of complex crystallized manganese salts, like K3NaMnCl6. Finally, X-ray absorption spectroscopy enables us to study the nature of manganese species which compose Eco-Mn catalysts, and to understand the oxidation states of Mn and Fe. Moreover, acid properties of Eco-Mn were demonstrated thanks to the study of a cyclic acetal rearrangement and infra-red spectroscopy of adsorbed pyridine. All these analyses were performed in order to determine first the composition of Eco-Mn catalysts, and secondly to highlight their physico-chemical properties, their oxidation state and their acid properties. Furthermore, this study also enable us to better understand the different steps of the ecocatalysts production process. Finally, synthetic catalysts were also produced and analysed in the same conditions as Eco-Mn, in order to bring out the specificities of Eco-Mn.

La détoxication est un processus biochimique présent chez tous les organismes biologiques et qui leur permet d’assurer leur survie face aux xénobiotiques provenant de leur environnement. Les glutathion transférases (GST) représentent une large famille d’enzymes participant à la phase II de détoxication en conjuguant le glutathion au composé à éliminer. Par ailleurs, certaines GST ont un rôle non catalytique et assurent la séquestration ou le transport de molécules d’un compartiment cellulaire à un autre. Alors que l’activité catalytique des GST est étudiée depuis plusieurs décades, l’identification précise des molécules physiologiques ciblées par les GST reste un défi. Chez les organismes fongiques dégradeurs de bois, certaines classes de GST se sont multipliées au niveau génomique. Cette redondance serait le reflet de la diversité des molécules chimiques libérées lors de la dégradation du bois. Dans cette thèse, des approches biochimiques et structurales ont été employées pour caractériser onze isoformes de GST du basidiomycète Trametes versicolor. De plus, une approche utilisant des librairies de molécules a permis d’identifier une famille de ligands reconnus par ces GST : les polyphénols. Les modes d’interaction de ces ligands ont été décrits précisément à partir de la résolution de nombreuses structures cristallographiques. L’identification d’un flavonoïde à partir d’un extrait de bois de merisier (Prunus avium), arbre sur lequel croît T. versicolor, a été permise par une approche de cristallographie d’affinité. Ces données suggèrent que les GST d’organismes fongiques saprotrophes pourraient prendre en charge les polyphénols libérés lors de la décomposition du bois / The ubiquitous biochemical process that enables each organism to cope with xenobiotics from its environment and thus ensures its survival is called detoxification. Glutathione transferases (GSTs) form a large family of enzymes divided into several classes. These enzymes participate in the detoxification phase II by conjugating the tripeptide glutathione to the molecule to be eliminated. Moreover, some GSTs are involved in non-catalytic processes such as sequestration or transport of molecules from one cellular compartment to another. Studies dedicated to the catalytic activity of GSTs have been ongoing for decades, yet precise identification of molecules targeted by GSTs remains challenging. In wood-decaying organisms, some of the GST classes have expanded with an increase of the number of isoforms encoded at the genomic level. This redundancy would reflect the diversity of the small molecules released upon wood enzymatic degradation. Through this thesis work, biochemical and structural approaches were used in order to characterize eleven GST isoforms from the saprotrophic fungus Trametes versicolor. In addition, the use of libraries of molecules helped in identifying polyphenols as a family of ligands that bind these GSTs. The molecular interaction modes were described precisely based on the resolution of numerous crystal structures. The identification of a flavonoid from an extract of the wild-cherry tree (Prunus avium) on which T. versicolor grows, was enabled by using an affinity crystallography approach. These data suggest that fungal GSTs could interact with plant polyphenols released during wood degradation

Ce travail de thèse s’inscrit dans l’étude des matériaux moléculaires photo-commutables. L’objectif est le contrôle réversible et persistant des propriétés physiques de la matière par application d’un stimulus externe, tel qu’une excitation optique. Le travail de thèse est constitué de deux parties principales. La première partie traite de la photo-isomérisation des ligands NO dans les complexes de ruthénium di-nitrosyle. Une démarche expérimentale systématique a été effectuée sur trois complexes. La spectroscopie infrarouge et la diffraction des rayons-X ont été utilisées conjointement à basse température. De multiples isomères de liaison photo-induits (PLI) ont été détectés. Il a été montré qu’il est possible de photo-commuter chacun des deux ligands nitrosyles indépendamment. De plus, une double photo-isomérisation a été caractérisée. La deuxième partie présente le développement et la mise en œuvre d’une expérience de diffraction des rayons-X résolue en temps en laboratoire. Le dispositif est un diffractomètre prototype avec un détecteur à pixel hybride XPAD, permettant des mesures à l’échelle de la milliseconde. Un système pompe-sonde est couplé au diffractomètre permettant une excitation périodique de l’échantillon et une caractérisation in-situ de la photo-commutation. Cette expérience a été validée par la mesure de l’état métastable MSII du complexe nitrosyle Na2[Fe(CN)5NO].2H2O, d’une durée de vie de 12 ms à 150 K / This work is part of the study of photo-switchable molecular materials. The objective is the reversible and persistent control of the physical properties of matter by the application of an external stimulus, such as optical excitation. The thesis work consists of two main parts. The first part deals with the photoisomerization of NO ligands in ruthenium di-nitrosyl complexes. A systematic experimental approach was performed on three complexes. Infrared spectroscopy and X-ray diffraction were used together at low temperature. Multiple photoinduced linkage isomers (PLI) were detected. It has been shown that it is possible to photo-switch each of the two nitrosyl ligands independently. In addition, a double photoisomerization was characterized. The second part presents the development and implementation of an in-house time-resolved X-ray diffraction experiment. The device is a prototype diffractometer with a XPAD hybrid pixel detector, allowing measurements on a millisecond time-scale. A pump-probe system is coupled to the diffractometer allowing periodic excitation of the sample and an in-situ characterization of the photo-switching. This experiment was validated by measuring the metastable state MSII of the nitrosyl complex Na2[Fe(CN)5NO].2H2O, with a lifetime of 12 ms at 150 K

Ce travail de thèse s’articule autour de la synthèse et de la caractérisation d’hydroxydes doubles lamellaires (HDLs) par une approche combinant spectroscopie vibrationnelle, RMN du solide et diffraction des rayons X. Les objectifs portent sur la description de la distribution cationique dans les feuillets ainsi que sur l’étude des propriétés structurales et dynamiques des espèces interfoliaires. Les investigations sont principalement menées pour des HDLs de type MgII/AlIII (ratio compris entre 2 et 4) avec une complexification progressive des espèces intercalées : de l’anion carbonate pour lequel les matériaux possèdent une affinité préférentielle, à d’autres anions inorganiques comme les halogénures, le perchlorate et le nitrate, pour finir sur des hybrides organo-minéraux formés par intercalation d’anions organiques/biomolécules (acides aminés et cyclodextrines). Les recherches effectuées ont permis de mettre en évidence un ordre cationique local au sein des feuillets, conservé après échange anionique. Par ailleurs, il a été possible de rationaliser les comportements propres à chaque espèce anionique dans l’espace interfoliaire, qui dépendent fortement de la densité de charge des feuillets, ainsi que du taux d’hydratation des composés. En particulier, la coexistence des anions carbonate et hydrogénocarbonate dans l’espace interfoliaire et leur dynamique d’échange avec le dioxyde de carbone atmosphérique sont révélées. D’autre part, une nouvelle sonde de dynamique interfoliaire par RMN 27Al est proposée. Enfin, l’étude pas à pas des HDLs intercalant tout d’abord l’oxalate puis des acides aminés a permis le transfert des connaissances obtenues pour les HDLs inorganiques aux hybrides organo-minéraux. Le manuscrit se termine sur une application des hybrides contenant des cyclodextrines pour le traitement d’eaux polluées par des composés organiques polycycliques / This thesis work is based on the synthesis and the characterization of layered double hydroxides (LDHs) by an approach combining vibrational spectroscopy, solid-state NMR and X-ray diffraction. The objectives include a description of the cations distribution in the layers, as well as a study of the structural and dynamic properties of the interlayer species. Investigations are mainly carried out for MgII/AlIII LDHs (ratio between 2 and 4) with an increased complexity of the intercalated species: from carbonate for which the materials have a preferential affinity, to other inorganic anions such as halides, perchlorate and nitrate, to finish with organo-mineral hybrids obtained by intercalation of organic anions/biomolecules (amino acids and cyclodextrins).The research carried out highlighted a local cationic order in the layers, preserved after anionic exchange. Furthermore, it has been possible to rationalize the behaviour of each anion in the interlayer space, which strongly depends on the layers charge density, as well as on the hydration state of the compounds. In particular, the coexistence between carbonate and hydrogenocarbonate anions in the interlayer space and their dynamic exchange with atmospheric carbon dioxide are revealed. On the other hand, a new interlayer dynamics probe by 27Al NMR is proposed. Finally, the step-by-step study of LDHs, first intercalating oxalate and then amino acids, allowed the transfer of the knowledge obtained for inorganic LDHs to organo-mineral hybrids. The manuscript ends with an application of cyclodextrins-containing hybrids for the treatment of water polluted with polycyclic organic compounds

Le processus d'aluminisation dans les sols acides, conduit à la formation de minéraux argileux hydroxy-alumineux (HIMs). La fixation d'aluminium dans l'espace interfoliaire diminue la réactivité des feuillets expansibles (feuillets HI). La caractérisation des HIMs issus d'un Alocrisol a été réalisée par modélisation des diffractogrammes de rayons X (raies 00l) de la fraction <2 µm et de ses sous-fractions (<0.05, 0.05-0.1, 0.1-0.2 et 0.2-2 µm). Cette étude a montré que les HIMs sont des minéraux interstratifiés à deux ou trois types de feuillets (HI, illites et/ou expansibles). La proportion relative de feuillets HI par rapport à celle des feuillets expansibles diminue avec la taille des particules. La persistance de feuillets illitiques a été observée dans la fraction fine (<0.05 µm). Afin de tester l’effet de la taille des particules sur l'aluminisation, des expériences d'auto-aluminisation de vermiculites saturées K ou Ca séparées en trois fractions (0.1-0.2, 1 2 et 10-20 µm) ont été tentées. Toutes montrent l'importance du couple taille-cation interfoliaire sur le contrôle de l'échange et de la dissolution qui sont les processus de premier ordre pour l'aluminisation. C'est dans les expériences mettant en jeu les K vermiculites que la compétition entre ces deux processus conduit à la formation de minéraux interstratifiés aluminisés à trois composantes similaires à ceux identifiés dans les sols. L'effet de la taille des particules se marque par la persistance de feuillets illitiques comme cela avait été observé dans les fractions infra-micrométriques des sols. La compétition entre échange et dissolution sont donc très probablement le moteur des évolutions minérales dans les sols. / The aluminization process of clay minerals in acidic soils, leads to the formation of hydroxyl interlayered minerals (HIMs). It decreases the reactivity of the clay fraction by the fixation of aluminium in the interlayer space of expandable layers (HI). The characterization of HIMs from an Alocrisol was investigated through X-Ray Diffraction profile modeling (00l reflections) of the <2 µm size fraction and its sub-fractions (<0.05, 0.05-0.1, 0.1-0.2 and 0.2-2 µm). The results obtained highlight the mixed layer structure of HIMs which is composed of two or three different layers (HI, illites and/or expendables). The relative proportion of HI layers compared to that of expandable ones decreases with the particle size. In addition, the persistence of illite layers has been observed in the <0.05 µm size fraction. Auto aluminization experiments of K-or Ca- vermiculite separated in three-sized fraction (0.1-0.2, 1-2 and 10-20 µm) have been conducted in order to test the influence of the particle size on the aluminization process. These experiments exhibit the key role played both by the interlayer cation and the particle size on the cationic exchange and the crystal dissolution. The competition between of ion-exchange reactions and that of mineral dissolution on the K-vermiculite experiment, leads to the formation of 3 component MLMs (HI, illite and expandable) similar to those found in acidic soils. A similar effect of particle size leading to the persistence of illite layers was observed between the experiment products and the infra-micrometric particles of soils. Consequently, it is highly probable that both cation exchange and dissolution are the main processes governing the mineral evolutions in soils.

Le potassium est un nutriment essentiel à la croissance et au développement des plantes. Les minéraux argileux dans les sols représentent un important réservoir de K disponible pour les plantes. L'extraction de K fixé à partir de l'espace interfoliaire des minéraux micacés 2:1 peut entraîner une augmentation de la distance feuillet à feuillet qui peut être mesurée par diffraction des rayons X . Des échantillons de l'expérience Morrow Plots continue avec du maïs (C) ou du maïs-avoine-foin (R), provenant de sous-parcelles fertilisées (F) et non fertilisées (U) pour les années 1904, 1957, 1980, 1997 et 2013-2014, ont été soumis au fractionnement granulométrique séquentiel pour obtenir la fraction limoneuse (50-2 um) et les sous-fractions argileuses (2-0,2, 0,2-0,05 et <0,05 um). Les résultats granulométriques montrent une hétérogénéité significative malgré la petite taille de la MP, et un gain de sous-fraction < 0,05 um avec le temps. La modélisation des diagrammes de diffraction des rayons X a été effectuée pour obtenir une identification concluante de l'assemblage de minéraux argileux et évaluer l'impact de 110 ans d'agriculture continue et de différentes pratiques agronomiques. Un assemblage complexe de minéraux argileux a été identifié avec jusqu'à onze contributions différentes nécessaires pour reproduire les données expérimentales de sous-fractions de moins de 2 um, y compris jusqu'à six couches mixtes d'illite-smectite-chlorite. L'analyse de phase quantitative pour toutes les sous-parcelles et toutes les années, a montré que l'assemblage minéral du MP est similaire entre les différentes sous-parcelles, quel que soit le traitement agronomique. Aucune preuve significative d'altération ou de transformation des phases minérales argileuses n'a été observée au fil du temps. La nature dioctaédrique des minéraux argileux de la MP désavantage l'extraction du K et donc la dissolution est le mécanisme privilégié pour l'absorption du K et la perte de sous-fractions 2-0,2 et 0,2-0,05 um est attribuée à ce processus. / Potassium is an essential nutrient for plant growth and development. Clay minerals in soils represent an important reservoir of plant-available K. Extraction of fixed K from the interlayer space of micaceous 2:1 minerals can lead to an increase in the layer-to-layer distance which can be measured by X-ray diffraction. Samples from the Morrow Plots continuous corn (C) and corn-oats-hay (R) experiment, from fertilised (F) and non-fertilised (U) subplots for the years 1904, 1957, 1980, 1997 and 2013-2014 were subjected to sequential size-fractionation to obtain the silt fraction (50-2 um) and clay-sized subfractions (2-0.2, 0.2-0,05 and <0.05 um). Granulometric results show siginificant heterogeneity despite the small size of the MP, and a gain in <0.05 um subfraction with time. Full-profile fitting of X-ray diffraction patterns was performed to obtain conclusive identification of the clay mineral assemblage and assess the impact of 110-years of continuous agriculture and different agronomic practices. A complex clay mineral assemblage was identified with up to eleven different contributions necessary to reproduce the experimental data of <2 um subfractions, including up to six illite-smectite-chlorite mixed-layers. Quantitative phase analysis for all subplots and years showed that the mineral assemblage of the MP is similar between different subplots, regardless of agronomic treatment. No significant evidence of alteration or transformation of clay mineral phases was observed over time. The dioctahedral nature of the clay minerals of the MP disfavours K-extraction and thus dissolution is the favoured mechanism for K-uptake and the loss of 2-0.2 and 0.2-0.05 um subfractions is attributed to this process.

Cette thèse présente des travaux de recherche de métrologie en ligne de faisceaux de rayons X dans les installations synchrotrons. Deux approches principales ont été étudiées pour extraire la phase d'un front d'onde X : les méthodes utilisant des réseaux optiques et celles utilisant l'effet speckle dans le domaine X. L'interféromètre à réseaux X est l'outil le plus répandu résentatif de la première catégorie. Ses performances et son potentiel furent étudiés dans diverses situations de métrologie en ligne. Les méthodes utilisant le speckle X sont des techniques originales développées au cours de ce projet. Elles utilisent des membranes faites de petits grains diffusants, dont seule la distribution statistique est connue, pour permettre la modulation du front d'onde. Les différentes techniques furent déployées expérimentalement sur les lignes de lumière BM05 de l'ESRF et B16 de Diamond Light Source. Leurs implémentations servirent à la caractérisation de différents composants optiques utilisés pour manipuler les faisceaux synchrotron X et à l'étude de la faisabilité de micro imagerie par contraste de phase avec les sus citées techniques. / This thesis presents research and development work on synchrotron X-ray at-wavelength metrology methods. Two approaches for measuring the phase of an X-ray wavefront were studied: the grating-based and the speckle-based methods. The X-ray grating interferometer is the most widespread technique representative of the first category. Its performance and potential in various situations encountered in at-wavelength metrology was investigated. Speckle methods are X-ray phase sensing techniques newly developed during this thesis project. They make use of membranes with small statistical features to modulate the beam wavefront. The different methods were deployed experimentally at the beamlines BM05 of the ESRF and B16 of the Diamond Light Source. Their implementation permitted the characterization of various kinds of optical elements used to manipulate synchrotron X-ray beamsas well as the feasibility study of micro phase contrast imaging using the two methods described above.

Les minéraux argileux gonflants tels que les smectites sont omniprésents à la surface de la Terre et possèdent d'importantes capacités d'hydratation et d'absorption/rétention de contaminants. Ainsi, ces dernières exercent une influence clé sur les transferts d'éléments dans les environnements de surface. Ces propriétés sont particulièrement importantes quand les smectites sont utilisées comme barrières ouvragées ou géologiques pour les installations de contrôle des déchets. Les molécules d'eau dans l'interfoliaire représentent plus de 80% de l'eau en contact avec les smectites, dans des conditions non saturées. La caractérisation de l'organisation et de la dynamique de l'eau dans les smectites est donc essentielle pour prédire la mobilité des contaminants, dont le principal vecteur est l'eau. Dans ce cadre général, les présents travaux décrivent, dans un premier temps, la structuration interfoliaire eau/cations dans des conditions saturées, jusqu'alors méconnue. Puis, dans un second temps, nous avons examiné l'influence des paramètres structuraux (tels que la quantité et l'emplacement des charges, la composition chimique et plus particulièrement la présence de groupements fluors/hydroxyles) sur les propriétés d'hydratation des smectites. Une série d'échantillons couvrant toute la gamme de composition des smectites a donc été synthétisée et caractérisée structurellement. Une attention particulière a été accordée à la détermination du montant (isothermes vapeur d'eau de sorption) et la distribution (de diffraction des rayons X) de l'eau dans l'espace interfoliaire. La modélisation moléculaire a permis d'aller plus loin dans la compréhension de l'origine des comportements contrastés observés expérimentalement, et de déterminer l'influence des différents paramètres cristallochimiques sur l'hydratation de la smectite. Cette étape est essentielle pour la prédiction de la réactivité des smectites dans l'environnement sur la base d'un nombre limité de paramètres cristallochimiques. / Swelling clay minerals such as smectites are ubiquitous at the Earth surface and possess major hydration ability and contaminant uptake/retention capacity. As a consequence smectites exert a pivotal influence on elemental transfers in surficial environments. These properties are especially relevant also when smectites are used as sealant in engineered or geological barriers for waste disposal facilities. As interlayer H2O molecules account for more than 80% of smectite water in undersaturated conditions, characterization of H2O organization and dynamics in smectites interlayers is essential to determining the geometrical and dynamical properties of clay barriers for waste disposal and to predicting the mobility of contaminant whose principal vector is water. Within this general framework, the present works describe, in a first time, the structuration of interlayer water/cations in saturated conditions. Then, in a second time, review the influence of structural parameters such as the amount and location of layer charge deficit and the chemical composition (and more especially the presence of structural fluorine/hydroxyl) on smectite hydration properties. A set of samples covering the whole compositional range of swelling phyllosilicates has thus been synthesized and characterized chemically and structurally. Special attention was paid to determining the amount (water vapor sorption isotherms) and the distribution (X-ray diffraction) of interlayer water. Molecular modeling allowed unraveling the origin of the contrasting behaviors observed experimentally and to determine the influence of the different crystal-chemical parameters on smectite hydration. This step is essential for the prediction of smectite reactivity in the environment from a limited number of crystal-chemical parameters. Molecular modeling allowed unraveling the origin of the contrasting behaviors observed experimentally and to determine the influence of the different crystal-chemical parameters on smectite hydration. This step is essential for the prediction of smectite reactivity in the environment from a limited number of crystal-chemical parameters.

Les nanofils de silicium présentent un fort potentiel d'intégration, et leur utilisation dans des dispositifs électroniques tels que des cellules solaires photovoltaïques ne peut se faire que si leur élaboration et leurs propriétés structurales sont maitrisées. Nous présentons dans cette thèse une méthode de fabrication de matrices de nanofils de silicium par croissance catalysée par l'or ou le cuivre en dépôt chimique en phase vapeur et faisant appel à des matrices de guidage de la croissance en alumine nanoporeuse. Cette technique permet notamment la croissance d'assemblées de nanofils ultra-denses (1.10^{10} nanofils/cm²) sur substrat non préférentiel ou d'hétérostructures comme des nanofils de germanium sur substrat de silicium. Grâce à la diffraction des rayons X nous montrons ensuite que les nanofils produits sont de très bonne qualité structurale malgré leur substrat non préférentiel et la présence d'une légère déformation de leur maille cristalline. Le contrôle de la déformation cristalline de nanofils de germanium est par ailleurs démontré en encapsulant les nanofils dans une coquille de nitrure de silicium. De nouveaux éléments de réflexion sont également rapportés concernant la contamination des nanofils de silicium par le catalyseur de leur croissance. Enfin l'intégration des nanofils de silicium dans des dispositifs solaires photovoltaïques est démontré en faisant appel à des jonctions PN radiales entre le coeur et la coquille des nanofils. / Silicon nanowires are promising objects but their integration in electronic devices such as photvoltaic solar cells relies on the ability to control their production and tailor their structural properties. In this thesis we present a method to produce nanowire matrices using a gold or copper catalysed growth process by chemical vapor deposition and using a nanoporous alumina growth template. This method enables the fabrication of ultra-dense nanowire arrays (1.10^{10} nanowires/cm²) on non preferential substrate or heterostructures such as germanium nanowires on silicon substrate. Using X-ray diffraction we also show that the structural quality of the template grown nanowires is very good in spite of their non preferential substrate and the presence of a small cristalline lattice strain. The control of germanium nanowires strain is also demonstrated by embeding them in a silicon nitride shell. Besides, new results are presented concerning the catalyst contamination of silicon nanowires. Silicon nanowires integration in photovoltaic devices is eventually demonstrated using a radial geometry for the PN junction between the core and the shell of the nanowires.

Ce travail de thèse porte sur l'analyse de nanofils de ZnO dopés au cobalt par implantation ionique, en utilisant la fluorescence des rayons X, la spectroscopie d'absorption des rayons X et les techniques de diffraction des rayons X à l'échelle nanométrique sur la ligne de lumière ID22 de l'Installation Européenne de Rayonnement Synchrotron. Les nanofils sont obtenus par croissance catalysée sur des substrats de p-Si (100). Les nanofils de ZnO synthétisés ont été dopés avec du cobalt par d'implantation ionique. Pour la première fois, l'utilisation combinée des techniques de caractérisation par rayons X citées ci-dessus nous permet d'étudier l'homogénéité de la distribution des dopants, la composition, ainsi que l'ordre structurel à courte et grande distance de nanofils individuels. Les résultats de la nano-fluorescence des rayons X indiquent que le dopage au cobalt par implantation ionique dans les nanofils de ZnO est homogène, avec les concentrations désirées. La spectroscopie d'absorption de rayons X et l'analyse des données de diffraction de rayons X fournissent de nouvelles informations sur la distorsion du réseau cristallin produite par l'introduction de défauts structuraux par le processus d'implantation ionique. Ces résultats soulignent l'importance du recuit thermique après l'implantation pour récupérer la structure des nanofils de ZnO à l'échelle du nanomètre. Les mesures complémentaires de micro-photoluminescence et cathodo-luminescence corroborent ces résultats. En conclusion, les méthodes utilisées dans cette thèse ouvrent de nouvelles voies pour l'application de mesures multi-techniques basées sur le rayonnement synchrotron pour l'étude détaillée des nanofils semi-conducteurs à l'échelle nanométrique. / The PhD dissertation focuses on the investigation of single Co-implanted ZnO nanowires using X-ray fluorescence, X-ray absorption spectroscopy, and X-ray diffraction techniques with nanometer resolution at the beamline ID22 of the European Synchrotron Radiation Facility. The ZnO nanowires were grown on p-Si (100) substrates using vapor-liquid-solid mechanism. The synthesized ZnO nanowires were doped with Co via an ion implantation process. For the first time, the combined use of these techniques allows us to study the dopant homogeneity, composition, short- and large-range structural order of individual nanowires. The nano-X-ray fluorescence results indicate the successful and homogeneous Co doping with the desired concentrations in the ZnO nanowires by an ion implantation process. The nano-X-ray absorption spectroscopy and X-ray diffraction data analyses provide new insights into the lattice distortions produced by the structural defect formation generated by the ion implantation process. These findings highlight the importance of the post-implantation thermal annealing to recover the structure of single ZnO nanowires at the nanometer length scale. Complementary microphotoluminescence and cathodoluminescence measurements corroborrate these results. In general, the methodologies used in this work open new avenues for the application of synchrotron based multi-techniques for detailed study of single semiconductor nanowires at the nanoscale.