Cette thèse porte sur l'environnement structural du chrome dans les verres, qui a été étudié principalement par spectroscopies d'absorption X et d'absorption optique (PIR-visible-UV). Une méthode originale permet de déterminer par XANES la proportion relative de CrIII et CrVI. La majeure partie des résultats concerne l'évolution de la structure locale autour du CrIII. L'EXAFS montre que la coordinence du Cr et la distance Cr-O varient peu en fonction de la composition du verre. En revanche, les propriétés d'absorption optique (intensité du champ cristallin, paramètre de Racah, largeur des bandes, structures additionnelles d'interférence) dépendent fortement de la nature des formateurs de réseau et des autres cations. Elles reflètent donc une modification de la distribution de site du Cr, de sa distorsion et de la covalence des liaisons Cr-O. Dans les verres silicatés, les paramètres optiques sont très sensibles à la nature des alcalins (et dans une moindre mesure à celle des alcalino-terreux). Cette préférence du chrome pour les alcalins peut être expliquée par un modèle de liaison de valence et indique que l'environnement du chrome au sein de la structure du verre n'est pas aléatoire. Le Cr ne peut donc constituer une sonde structurale des verres silicatés. Dans les verres boratés, les propriétés optiques sont fonction du rapport Na/B et sont donc liées au changement de coordinence 3B/4B. Dans les verres borosilicatés, elles dépendent des deux rapports Na/B et Si/B. L'utilisation de la spectroscopie optique à la fois à basse et haute température montre que l'expansion thermique du site du Cr ne suit pas la dilatation macroscopique déterminée sur les mêmes échantillons.

Nous nous sommes attaché à étudier les liens entre propriétés cristallographiques et magnétiques de phases intermétalliques R M-B où R est un élément de terres rares, l'yttrium ou le thorium et M un métal de transition 3d. La présence de bore dans l'environnement atomique des sites de métaux de transition, notamment, agit fortement sur les propriétés magnétiques tant à l'échelle macroscopique que microscopique.<br />Nous apportons une contribution à l'étude des propriétés magnétiques particulières du composé YCo4B, composé modèle et de référence de la famille Rn+mCo3n+5mB2n. L'anisotropie magnétocristalline originale de ce composé est caractérisée à la fois par une réorientation de spin et un processus d'aimantation du premier ordre. Elle s'avère également fort sensible à la pression comme l'ont montré nos mesures magnétiques. La substitution du fer au cobalt dans les composés RCo4B est possible et donne lieu à un schéma préférentiel comme l'illustre nos mesures de diffraction des neutrons. En combinant ces résultats à des mesures magnétiques diverses et de spectroscopie Mössbauer, les propriétés magnétiques de chaque site cristallographique de métaux de transition 3d ont pu être particularisées.<br />Nous avons étudié la solution solide Y1-xThxCo4B et montré l'existence d'une substitution préférentielle du thorium à l'yttrium sur un site cristallographique. Ces deux éléments R non magnétiques ont des effets différents sur les propriétés magnétique des composés. Par comparaison à des études magnétiques sous pression, il a été possible de montrer que ces différences sont principalement dues aux différences de configuration électronique entre le thorium et l'yttrium et peu aux évolutions structurales induites par la substitution.<br />De nouveaux composés de la famille structurale Rn+mCo3n+5mB2n ont été mis à jour récemment. Nous présentons des études des conditions de synthèses et des structures magnétiques de quelques phases R3Co13B2 et R5Co19B6. Le composé Pr5Co19B6 présente notamment des anomalies magnétiques interprétables comme une réorientation de spin à basse température.<br />Nous présentons des résultats d'absorption des rayons X réalisés sur plusieurs compositions de la solution solide CeCo12-xFexB6. Dans cette structure, le cérium présente un état de valence intermédiaire qui évolue notablement en fonction de la teneur en fer. <br />Enfin, nous avons précisé les conditions de synthèse de phases métastables Nd2Fe23B3 et Y3Fe62B14, très riches en fer. Ces structures originales présentent de nombreux types d'environnements atomiques du fer ce qui en fait des composés aux propriétés magnétiques intéressantes. Nous avons notamment montré les évolutions inhabituelles de ces propriétés magnétiques entre les états amorphe et cristallisé de ces alliages.

Les nanotechnologies génèrent un engouement assimilable à une révolution technologique. Le domaine de l'environnement est concerné car les nanoparticules (NPs) apportent des solutions à plusieurs problèmes de pollution. Par exemple, nous avons montré la forte capacité de rétention de l'As (8As/nm2) par des NPs d'oxydes de fer (6nm). Ceci est lié à leur grande surface spécifique et à leur forte réactivité de surface due à la présence de sites d'adsorption inédits et à la diminution significative de l'énergie de surface lors de l'adsorption. <br />Mais des questions se posent sur l'impact (éco)toxicologique engendré par la forte production de NPs. Une classification de l'(éco)toxicité des nano-oxydes en fonction de leurs propriétés redox a été proposée. Alors que des NPs chimiquement stables (γFe2O3) en milieux biologiques ne montrent aucune toxicité, des NPs ayant un pouvoir oxydant (CeO2) ou réducteur (Fe°) sont cytotoxiques pour Escherichia coli et génotoxiques pour les fibroblastes humains.

Les nanotechnologies génèrent un engouement assimilable à une révolution technologique. Le domaine de l'environnement est concerné car les nanoparticules (NPs) apportent des solutions à plusieurs problèmes de pollution. Par exemple, nous avons montré la forte capacité de rétention de l'As (8As/nm2) par des NPs d'oxydes de fer (6nm). Ceci est lié à leur grande surface spécifique et à leur forte réactivité de surface due à la présence de sites d'adsorption inédits et à la diminution significative de l'énergie de surface lors de l'adsorption. <br />Mais des questions se posent sur l'impact (éco)toxicologique engendré par la forte production de NPs. Une classification de l'(éco)toxicité des nano-oxydes en fonction de leurs propriétés redox a été proposée. Alors que des NPs chimiquement stables (γFe2O3) en milieux biologiques ne montrent aucune toxicité, des NPs ayant un pouvoir oxydant (CeO2) ou réducteur (Fe°) sont cytotoxiques pour Escherichia coli et génotoxiques pour les fibroblastes humains.

L'étude du système Ce-Ni-Ge a permis d'établir une corrélation étroite entre les propriétés physiques de ces germaniures (gouvernées par l'état fondamental du cérium résultant d'une compétition entre deux types d'interactions : effet Kondo et interaction magnétique de type RKKY) et leur composition chimique. Ainsi, au sein du diagramme de phase ternaire Ce-Ni-Ge, nous avons établi que: (i) les germaniures riches en Ni sont soit des composés de valence intermédiaire (CeNiGe, Ce3Ni4Ge4 et CeNi4.25Ge0.75), soit des systèmes "fermions lourds" (CeNi2Ge2 et CeNi9Ge4). Notons que pour la séquence CeNi2Ge2 → Ce3Ni4Ge4 → CeNiGe, le caractère de valence intermédiaire est de plus en plus marqué; (ii) les germaniures les plus riches en Ge (>50 % atomique) sont antiferromagnétiques à basse température; dans ces composés (Ce2NiGe6, Ce3Ni2Ge7, CeNiGe3, Ce2Ni3Ge5 et CeNiGe2) l'ion cérium est trivalent; les structures magnétiques de ces composés ont été déterminées par diffraction neutronique, la valeur du moment magnétique de Ce3+ (ainsi que la température de Néel) diminue des composés les plus riches en Ge aux composés les moins riches en Ge (propriété associée à la force de l'effet Kondo).

Cette thèse est consacrée à l'étude de différents matériaux -en priorité des oxydes- pour la réfrigération magnétique (RM). Les travaux se sont articulés autour de quatre axes : (1) la recherche de matériaux à fort effet magnétocalorique (EMC), (2) la physique de l'EMC et ses caractérisations, (3) la production de matériau pour des tests directs à l'ambiante, et (4) quelques prolongements hors du cadre de la RM. (1) La mise en ordre du site A des manganites (R1-xAExMnO3) ou leur utilisation dans des superréseaux se sont révélées être de nouveaux modes d'ajustement de l'EMC autour de la température ambiante. Autour d'une transition de premier ordre (TPO), il a été observé un EMC intense dans Eu0.58Sr0.42MnO3. Des EMC significatifs ont aussi été mesurés autour d'une transition ferrimagnétique dans Mn3O4, ou autour d'une transition inédite de spin et de valence dans Pr0.49Sm0.21Ca0.3CoO3. L'existence d'un EMC géant a été confirmée dans Ni45Co5Mn37.5In12.5 par mesures de capacité calorifique. (2) Des questions sur la détermination de l'EMC par les méthodes magnétiques mais aussi calorimétriques ont fait l'objet d'études détaillées, en particulier dans le cas des TPO impliquant des phénomènes de séparation de phases et d'histoire magnéto-thermique. (3) Deux systèmes La1-xKxMnO3 et Pr1-xSrxMnO3 ont été étudiés pour des applications à l'ambiante. Des premiers résultats sont rapportés sur un régénérateur en plaques de Pr0.65Sr0.35MnO3. (4) Des phénomènes spécifiques dans Mn3O4 (nouvelle transition en dessous de Tc), dans Pr0.49Sm0.21Ca0.3CoO3 (transition couplée de valence et de spin) ou dans Eu0.58Sr0.42MnO3 (état verre de spin) ont fait l'objet d'études complémentaires.

La diffraction des neutrons avec substitution isotopique du fer combinée avec des simulations structurales (Empirical Potential Structure Refinement, EPSR) a permis de sonder les sites de Fe2+ et de Fe3+ dans un verre NaFeSi2O6 oxydé. Cette étude met en évidence la présence de deux sites pour Fe3+. 70% du Fe3+ est en site tétraédrique (dFe3+-O=1.866±0.001 Å), le reste de Fe3+ et tout Fe2+ (~12% de Fetot) est en coordinence 5. Fe3+ en coordinence 4 jouerait un rôle de formateur de réseau, alors que le fer en coordinence 5 a tendance à ségréger et jouerait le rôle de modificateur. La présence de cette espèce, bien que minoritaire, permettrait d'expliquer les variations de certaines propriétés physiques des verres contenant du fer. Le remplacement progressif de Fe par Al a été étudié le long du joint NaFeSi2O6- NaAlSi2O6 en utilisant la diffraction des neutrons combinée avec des simulations EPSR. Quelle que soit la teneur en fer (et en aluminium), les rôles structuraux de Fe, Al3+ et Si4+ ne sont pas modifiés. Quelle que soit la teneur en aluminium, Al (en coordinence 4) est réparti de façon aléatoire dans le réseau, ce qui est en accord avec un rôle de formateur. Il en est de même pour le fer : les deux populations mises en évidence dans le pôle NaFeSi2O6 ainsi que les rôles structuraux qu'on leur a assignés sont conservés jusqu'au pôle NaAlSi2O6. Pour la première fois, la spectroscopie d'absorption des rayons X (XANES) aux seuils L2,3 de l'aluminium a été utilisée pour suivre l'évolution de l'environnement de l'aluminium dans ces verres. Enfin, la spectroscopie Mössbauer a permis de déterminer le rapport redox du fer le long du joint.

This thesis summarizes the methods and major findings of Ni-W(P)/ã-Al2O3 nitride cata-lyst synthesis, characterization, hydrotreating activity, kinetic analysis and correlation of the catalysts activities to their synthesis parameters and properties.<p> The range of parameters for catalyst synthesis were W (15-40 wt%), Ni (0-8 wt%), P (0-5 wt%) and nitriding temperature (TN) (500-900 °C). Characterization techniques used included: N2 sorption studies, chemisorption, elemental analysis, temperature programmed studies, x-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray, infrared spectroscopy, trans-mission electron microscopy and x-ray absorption near edge structure. Hydrodesulfurization (HDS), hydrodenitrogenation (HDN) and hydrodearomatization (HDA) were performed at: tem-perature (340-380 °C), pressure (6.2-9.0 MPa), liquid hourly space velocity (1-3 h-1) and hydro-gen to oil ratio (600 ml/ml, STP).<p> The predominant species on the catalyst surface were Ni3N, W2N and bimetallic Ni2W3N. The bimetallic Ni-W nitride species was more active than the individual activities of the Ni3N and W2N. P increased weak acid sites while nitriding temperature decreased amount of strong acid sites. Low nitriding temperature enhanced dispersion of metal particles. P interacted with Al2O3 which increased the dispersion of metal nitrides on the catalyst surface. HDN activity in-creased with Ni and P loading but decreased with increase in nitriding temperature (optimum conversion; 60 wt%). HDS and HDA activities went through a maximum with increase in the synthesis parameters (optimum conversions; 88. wt% for HDS and 47 wt% for HDA). Increase in W loading led to increase in catalyst activity. The catalysts were stable to deactivation and had the nitride structure conserved during hydrotreating in the presence of hydrogen sulfide.<p> The results showed good correlation between hydrotreating activities (HDS and HDN) and the catalyst nitrogen content, number of exposed active sites, catalyst particle size and BET surface area.<p> HDS and HDN kinetic analyses, using Langmuir-Hinshelwood models, gave activation energies of 66 and 32 kJ/mol, respectively. There were no diffusion limitations in the reaction process. Two active sites were involved in HDS reaction while one site was used for HDN. HDS and HDN activities of the Ni-W(P)/ã-Al2O3 nitride catalysts were comparable to the corre-sponding sulfides.

This thesis summarizes the methods and major findings of Ni-W(P)/ã-Al2O3 nitride cata-lyst synthesis, characterization, hydrotreating activity, kinetic analysis and correlation of the catalysts activities to their synthesis parameters and properties.<p> The range of parameters for catalyst synthesis were W (15-40 wt%), Ni (0-8 wt%), P (0-5 wt%) and nitriding temperature (TN) (500-900 °C). Characterization techniques used included: N2 sorption studies, chemisorption, elemental analysis, temperature programmed studies, x-ray diffraction, scanning electron microscopy, energy dispersive x-ray, infrared spectroscopy, trans-mission electron microscopy and x-ray absorption near edge structure. Hydrodesulfurization (HDS), hydrodenitrogenation (HDN) and hydrodearomatization (HDA) were performed at: tem-perature (340-380 °C), pressure (6.2-9.0 MPa), liquid hourly space velocity (1-3 h-1) and hydro-gen to oil ratio (600 ml/ml, STP).<p> The predominant species on the catalyst surface were Ni3N, W2N and bimetallic Ni2W3N. The bimetallic Ni-W nitride species was more active than the individual activities of the Ni3N and W2N. P increased weak acid sites while nitriding temperature decreased amount of strong acid sites. Low nitriding temperature enhanced dispersion of metal particles. P interacted with Al2O3 which increased the dispersion of metal nitrides on the catalyst surface. HDN activity in-creased with Ni and P loading but decreased with increase in nitriding temperature (optimum conversion; 60 wt%). HDS and HDA activities went through a maximum with increase in the synthesis parameters (optimum conversions; 88. wt% for HDS and 47 wt% for HDA). Increase in W loading led to increase in catalyst activity. The catalysts were stable to deactivation and had the nitride structure conserved during hydrotreating in the presence of hydrogen sulfide.<p> The results showed good correlation between hydrotreating activities (HDS and HDN) and the catalyst nitrogen content, number of exposed active sites, catalyst particle size and BET surface area.<p> HDS and HDN kinetic analyses, using Langmuir-Hinshelwood models, gave activation energies of 66 and 32 kJ/mol, respectively. There were no diffusion limitations in the reaction process. Two active sites were involved in HDS reaction while one site was used for HDN. HDS and HDN activities of the Ni-W(P)/ã-Al2O3 nitride catalysts were comparable to the corre-sponding sulfides.

Co-doped ZnO (ZnO:Co) thin film with room temperature ferromagnetism and spin polarized carriers is one of the advance materials and highly applicable in future development in spintronics. When ZnO:Co films deposited by a £_ growth method in a ion sputtering system, low solubility of Co (3.75%) limits further applications such that a single-guns sputtering thin film growth technique is employed in this study to outreach this limitation. A ZnO:Co bulk with 5 at% of Co was formed by a solid reaction method and used as a target. ZnO:Co films were grown in a single-gun RF sputtering system. However, all films grown at room temperature were insulator which might because sufficient oxygen content in the target and the negative charge of oxygen ion moving toward substrate making the films of full oxygen content. In this study, the post annealing in vacuum environment and the deposition of films in hydrogenation environment are conducted to try to produce various level of oxygen vacancies in the films for understanding the interplay between the oxygen vacancies and the electric transport and magnetic coupling. The present experiment contains two parts: (1) grow films with various thicknesses by controlling deposition time and then applying post annealing process, and (2) grow the films in oxygen reduced environment by introducing hydrogen during growth and taking out partial oxygen content in the plasma and the films. In the first part, the grain sizes of the films are near constant while the crystal quality is improved with the thickness of films. The worse crystal quality of grains, the better the electric transport and the stronger the magnetic coupling after post annealing processes. This indicates that the electric transport and magnetic coupling could be improved when the thin films was formed by crystals with certain disordering and contained a certain level of oxygen vacancies. In the second part, the introduced hydrogen may combine with the oxygen sputtered out from the target before deposition on substrates. It means that the films are grown in oxygen deficient conditions and result in various degrees of oxygen vacancies. Zn clusters precipitate in films when the concentration of hydrogen is over 20%, and at the meantime, they increase the conductivity and suppress the magnetic coupling in the films. These discoveries provide new perspective in understand the electric transport and ferromagnetism mechanics in DMS materials.