Mes travaux de thèse ont porté sur les matériaux hybrides organiques-inorganiques (MOFs) qui constituent une nouvelle classe de matériaux cristallins et nanoporeux, formés de centres métalliques interconnectés par des ligands organiques, dont les applications pour la séparation de gaz d'intérêt industriel ou la catralyse sont très prometteuses. Je me suis particulièrement intéressée aux Soft Porous Crystals, qui présentent une flexibilité structurale de grande amplitude en réponse à des stimuli externes tels que la température, la pression mécanique ou l'adsorption de molécules. Afin de mieux comprendre la très large gamme des comportements observés pour la flexibilité des MOFs, j'ai développé au cours de ma thèse une méthodologie complète de ces matériaux en combinant différentes méthodes de simulation moléculaire classique et quantique.Dans un premier temps, j'ai étudié les propriétés mécaniques de ces nouveaux matériaux flexibles dans le régime élastique. J'ai identifié la signature élastique des SPC et mis en évidence l'origine microscopique de la flexibilité structurale de ces matériaux hybrides. Ensuite j'ai étudié la stabilité mécanique de ces matériaux en fonction de la température, de la pression mécanique et de l'adsorption de molécules. Et notamment au phénomène d'amorphisation sous pression et au polymorphisme induit par l'intrusion de fluide de certaines MOFs. Dans un dernier temps, j'ai étudié l'influence de la géométrie, de la topologie structurale et de la fonctionnalisation des matériaux de la famille des ZIFs sur leurs propriétés d'adsorption d'eau. J'ai alors montré comment les propriétés d'hydrophobicité de ces matériaux peuvent être modulées. / The topic of this thesis is the thermodynamical, mechanical and adsorptive behavior of Soft Porous Crystals (SPCs). Porous metal-organic frameworks (MOF) are a novel class of crystalline materials with promising industrial applications such as gas adsorption and separation processes. The Soft Porous Crystals feature dynamic frameworks displaying reversible structural deformations of large amplitude in response to external physical constraints such as temperature, mechanical pressure or gas adsorption. I have developed a new methodology based on classical and quantum calculations in order to study these flexible metal-organic frameworks. I first studied the mechanical properties of different SPCs in order to link the local elastic behaviour of these materials and the structural flexibility. These results shed light onto the microscopic origin of stimuli-induced structural transitions in flexible MOFs, showing that the framework flexibility and existence of structural transition are clearly visible in their local elastic propertiesThen, I looked the mechanical stability of hybrid organic-inorganic frameworks under mechanical pressure and gas adsorption. In particular, I studied the pressure-induced amorphization of ZIF-8 and the polymorphism phenomenon induced by fluid intrusion. Finally, I was interested in the impact of geometry and functionalization on water adsorption properties of zeolitic imidazolate frameworks (ZIFs). I demonstrated how topology, geometry, and linker functionalization drastically affect the water adsorption properties of these materials, tweaking the ZIF materials from hydrophobic to hydrophilic.

L’impact de la perte racinaire sur l’ancrage d’Eugenia grandis Wight et de Pinus pinaster Ait ainsi que la capacité de trois différentes espèces d’arbres (Fagus sylvatica L, Abies alba Mill et Picea abies L) à résister au déracinement ou à la rupture sous l’effet d’un éboulement en pente raide ont été étudiés au moyen de tests de treuillage et le creusement de tranchées (tree winching and trenching tests) et les résultats ont été corrélés avec la structure du système racinaire. Aucune différence n’a été observée entre TMcrit et la distance de creusement de tranchée sur E. grandis. Les résultats obtenus ont révélé qu’en termes de rigidité rotationnelle de l’ancrage des arbres (TARS) et de TMcrit, la stabilité mécanique n’a pas été significativement affectée par le creusement de tranchées en sol argilo-sableux en raison de la profondeur d’enracinement des racines pivotantes (« sinker roots ») qui se sont formées près du tronc et en raison de la taille de la plaque racinaire qui augmente la rigidité et constitue donc une composante importante de l’ancrage d’E. grandis. Toutefois, pour P. pinaster, la stabilité mécanique a été significativement affectée par le creusement de tranchée, probablement en raison de la coupe des racines latérales qui a considérablement altéré la taille de la plaque racinaire et, en conséquence, la somme des surfaces en section (CSA= cross-sectional area) de la plupart des racines latérales et d’un certain nombre de racines traçantes, ce qui constitue une des composantes essentielles de l’ancrage d’arbres P. pinaster adultes plantés en podzol sableux. Pour les espèces forestières de protection plantées en pente raide, les résultats obtenus ont révélé que les espèces d’arbre présentant un système racinaire profondément enfoui et fortement ramifié avec une grande proportion de racines obliques (par exemple, le hêtre et le sapin pectiné) seront mieux ancrées et auront une meilleure fonction anti-éboulement que epicéa commun qui possède un système racinaire superficiel et peu profond. Les connaissances apportées par cette étude peuvent être utilisées pour la sélection et la production d’arbres qui résistent aux risques naturels ainsi qu’aux risques provoqués par l’Homme. / The impact of root loss on tree anchorage on Eugenia grandis Wight and Pinus pinaster Ait and the ability of three different trees species (Fagus sylvatica L, Abies alba Mill and Picea abies L) to resist uprooting or breakage due to rockfall on steep slopes were investigated using tree winching and trenching tests and results correlated to root system architecture. No differences were found between TMcrit and trenching distance in E. grandis trees. The results showed that in terms of Tree Anchorage Rotational Stiffness (TARS) and TMcrit, mechanical stability was not significantly affected by trenching on sandy clay soil, due to rooting depth of the sinkers which occurred close to the trunk and root plate size which provide greater stiffness thus play a major component of anchorage in E. grandis. However, in P. pinaster, mechanical stability was significantly affected by trenching, possibly due to severing of lateral roots greatly altered the size of the root plate and subsequently root CSA of major lateral roots and number of sinkers, which are crucial components in anchorage of mature P. pinaster trees grown on sandy podzol soil. For protection forest species grown on steep slopes, the results showed that tree species with deep, highly branched root systems with a higher proportion of oblique roots (e.g. European beech and Silver fir) will be better anchored and provide better protective function against rockfall as compared to Norway spruce that possessed a superficial plate-like root system. The knowledge gained from this study can be utilized in selection and production of trees which are resistant to both man made or natural hazards.

Les liquides ioniques pourront remplacer l'eau dans les électrolytes des PEMFCs opérant à 130°C. Les liquides ioniques résultant de la neutralisation des amines aliphatiques par l'acide trifluoromethanesulfonique montrent que les points de fusion dépendent de plusieurs critères, nature de l'anion, nature des substitutions sur l'amine. D'autre part, la majorité de ces sels sont thermiquement stables jusqu'à 400°C. L'étude par la voltamétrie cyclique a prouvé que les amines et les sels (HNR3+, A) s'oxydent à des potentiels très élevés (> 1,9 V/ESH), compatible avec leur utilisation dans les piles à combustible. D'autre part, les meilleures conductivités sont obtenues par les sels résultant de l'association acide trifluoromethanesulfonique et amines dissymétriques. Les conductivités à 130°C sont entre 5 mS.cm-1 et 45 mS.cm-1. L'incorporation de ces composés dans le Nafion a donné une bonne compatibilité LIP/Nafion. Cependant, l'effet plastifiant du LIP sur le polymère diminue les propriétés mécaniques du Nafion. Les conductivités sont aussi nettement réduites d'un facteur de 5 dans les meilleurs cas.