Academic literature on the topic 'Diffusion des rayons X et des neutrons aux petits angles'

La diffusion aux petits angles des rayons X (DPAX) a été utilisée pour caractériser l'évolution de la structure et de la texture d'argiles fortement hydratées en fonction de la température (Pons, 1980; Pons et al., 1981), de la concentration en sel (Saez et al., 1983) ou en fonction de la pression (Tessier, 1984; Ben Rhaiem et al., 1986, 1987). La méthode permet d'accéder aux paramètres structuraux du système par comparaison des courbes expérimentales à des courbes théoriques calculées à partir de modèles.

RésuméL'évolution structurale et texturale ainsi que le comportement hydrique de deux montmorillonites-Ca (Wyoming et grecque) ont été éudiés par microscopic électronique à transmission (MET) et plus précisément par analyse de la diffusion aux petits angles des rayons X (DPAX). L'étude au MET a permis de montrer qu'à faible contrainte, le matériau est formé par un réseau de particules déformables délimitant des pores de grandes dimensions (~2μm). L'étude en DPAX des mêmes systèmes soumis à une contrainte de type succion a montré que: 1. Lors de la première dessiceation il y a d'abord déformation du réseau sans regroupement des particules (p ⩽ 1 bar), puis regroupement des particules face-face pour former des particules de plus grande épalsseur (p > 1 bar). On montre aussi que l'eau est essentiellement extraite de la porosité interparticulaire. 2. Lors de la réhydratation, on met en évidence qu'après dessiccation le système perd une grande partie de son aptitude à, reprendre de l'eau et que cette perte est d'autant plus importante que le niveau de dessiccation préalable a été élevé. Ceci est dû au falt qu'une partie de la porosité est réduite fi des espaces ayant la propriété de l'espace interfoliaire.

Des multicouches fer-silicium ont été fabriquées par évaporation vide et condensation séquentielle de fer et de silicium. Elles ont été caractérisées par résistivité électrique au cours du dépôt et observation des coupes transversales au microscope électronique. Le silicium est toujours amorphe. Le fer est en phase amorphe lorsque l'épaisseur est inférieure à 20 Angströms. Une composante cristalline apparait pour les épaisseurs supérieures. L’ensemble des techniques expérimentales montre qu'une interface importante voisine de 20 angströms existe entre le fer pur et le silicium pur. Cela se manifeste par: 1) l'amortissement rapide des pics de diffusion spéculaire des rayons X aux petits angles; 2) la présence d'une diffusion de rayons X non spéculaire intense; 3) une distribution des paramètres de spectroscopie Mössbauer, avec en particulier présence d'atomes non magnétiques aux interfaces; 4) une évolution angulaire du rapport de Flipping des neutrons polarisés sur les pics de diffraction aux petits angles. Un modèle d'interface à couche de passage et une hypothèse de magnétisme local de type Jaccarino-Walker conduisent à des profils structuraux et magnétiques compatibles avec l'ensemble des résultats expérimentaux. Le modèle théorique de diffusion non spéculaire présente est une extension originale d'études effectuées sur les surfaces et les monocouches. Il devrait être étendu à l'ensemble des systèmes multicouches

Etude de polymeres possedant un seule fonction acide terminale neutralisee par des cations metalliques. Influence du cation, de la masse du precurseur et de la concentration sur l'association de chaines et de l'existence d'une concentration d'agregation critique

Les phases concentrées de protéines sont au centre de nombreuses études visant à identifier et caractériser les interactions et transitions de phases mises en jeu, en utilisant le large corpus de connaissances acquis sur les phases concentrées de colloïdes. Ces phases concentrées de protéines possèdent en outre une grande importance dans des domaines aussi variés que l’industrie agroalimentaire, l’industrie pharmaceutique et la médecine. L’établissement d’équations d’état présentant la pression osmotique (Π) en fonction de la fraction volumique (Φ) est une méthode efficace de caractérisation des interactions entre les composants d’un système. Nous l’avons appliquée à des solutions de deux protéines globulaires, le lysozyme et l’ovalbumine, en balayant une gamme de fractions volumiques allant d’une phase diluée (Φ < 0,01) à une phase concentrée, solide (Φ > 0,62). Les équations d’état obtenues, couplées à d’autres techniques (SAXS, simulations numériques), ont permis de mettre en évidence un comportement très différent des deux protéines lors de la concentration et ont montré leur complexité en comparaison avec des colloïdes modèles. La mise en relation des équations d’état et du comportement interfacial de ces deux protéines a montré des points de convergence et permis de formuler une nouvelle hypothèse expliquant certaines observations portant sur l’adsorption des protéines à l’interface air-eau
Concentrated phases of proteins are the subject of numerous studies aiming at identifying and characterizing the interactions and phase transitions at play, using the large corpus of knowledge in the field of concentrated colloids. Those concentrated phases of proteins have, in addition, a great importance in various fields, such as food industry, pharmaceutical industry and medicine. The establishment of equations of state relating osmotic pressure (Ð) and volume fraction (Φ) is an efficient way of characterization of the interactions between the components of a system. We applied this method to solutions of two globular proteins, lysozyme and ovalbumin, spanning volume fractions ranging from a dilute phase ( Φ < 0,01) to a concentrated, solid phase ( Φ > 0,62). The equations of state, coupled to other methods (SAXS, numerical simulations), enabled us to show that the two proteins carry a very different behavior when submitted to concentration and that their complexity is beyond that of colloids. Relating equations of state and interfacial behavior of these two proteins also showed points of convergence and enabled us to formulate a new hypothesis which explains some of the results obtained in the study of adsorption of proteins at the air-water interface

L’ajout de charges nanométriques dans une matrice polymère permet d’améliorer les propriétés d’usage des matériaux. L’optimisation du renforcement des nanocomposites est liée à l’état de dispersion des charges dans la matrice ainsi qu’aux interactions charge/charge et charge/polymère. Dans l’industrie du pneu, ces paramètres ont fait l’objet de nombreuses recherches dans le but de maîtriser le renforcement de matrices élastomères par des particules de silice. Ainsi à l’échelle industrielle, on utilise des agents de couplage, comme le bis(triéthoxysilyl)propyl tétrasulfide ou des polymères fonctionnels qui permettent d’améliorer la dispersion des particules de silice dans des élastomères. Cependant il est difficile de moduler certains paramètres susceptibles d’influencer l’état de dispersion et les interactions, comme la densité de greffage, la nature et la longueur des chaînes de polymère greffées à la surface des particules. Afin de remédier à ces limites nous proposons, dans ce travail de thèse, de synthétiser des nanoparticules de silices greffées de polyisoprène, polybutadiène et copolymère poly(butadiène-co-styrène) par la méthode de « grafting from » associée à une polymérisation contrôlée par les nitroxydes. Pour cela une alcoxyamine est greffée sur la surface en deux étapes en maintenant la stabilité colloïdale des particules. Après l’optimisation des conditions de greffage et la polymérisation des monomères à partir de l’alcoxyamine greffée, les nanoparticules greffées ainsi obtenues sont caractérisées et leur état de dispersion est étudié en solution et dans des matrices de masses molaires et de compositions différentes après l’élaboration de nanocomposites
The addition of nanometric fillers into a polymer matrix significantly improves its use properties. Optimization of nanocomposite reinforcement is related to the filler dispersion state in the matrix as well as to the filler/filler and filler/matrix interactions. In the tire industry, numerous studies have been devoted to these parameters in order to understand and control the reinforcement of elastomeric matrices such as Styrene Butadiene Rubber by silica nanoparticles. On an industrial scale, functional polymer or coupling agents such as bis(triethoxysilyl)propyl tetrasulfide are used to improve the dispersion of silica particles in elastomers and strengthen the matrix. However, it is difficult to control the grafting density and to modulate some parameters that may influence the dispersion state and interactions e.g. the nature and molar mass of the polymer chains covalently attached to the surface. To address these limitations, in this project we propose to synthesize silica nanoparticles grafted with polyisoprene, polybutadiene and statistical poly(butadiene-co-styrene) chains using the “grafting from” method associated to nitroxide mediated polymerization. In this aim, an alkoxyamine is grafted onto the nanoparticle surface in two steps by keeping the colloidal stability of the particles. After optimizing grafting parameters and polymerize the different monomers, the obtained grafted nanoparticles are characterized in terms of molar mass, microstructure, grafting density and gyration radius of the grafted chains. Their dispersion state is evaluated in solution as well as in matrices of various molecular weight and composition after the elaboration of nanocomposites

Cette thèse vise à concevoir, synthétiser et étudier des systèmes photo-stimulables modèles en solution aqueuse formés à partir de polyélectrolytes (PEs) et de tensioactifs. La photosensibilité est liée à la présence de chromophores azobenzène (Azo) qui subissent une isomérisation trans → cis sous irradiation UV. Nous avons considéré dans un premier temps un PE hydrophile sur lequel nous avons greffé des groupements Azo. Ce système forme de agrégats globulaires en solution en raison du collapse des chaînes et des associations intermoléculaires. La taille des agrégats varie sous irradiation UV. Elle dépend également de la masse molaire des PEs et du taux de greffage des groupements Azo. Nous avons considéré dans un second temps des tensioactifs dans lesquels des groupements Azo ont été introduits (Azo-tensioactifs). Nous avons étudié leur complexation avec des PEs de charge opposée. Ces systèmes s’organisent en colliers de perles. Les polyions décorent les micelles et pénètrent à l’intérieur de celles-ci (co-micellisation). Sous irradiation UV, la taille des perles diminue sans vraiment modifier l’organisation des complexes. Nous nous sommes enfin intéressés à l’auto-assemblage d’Azo-tensioactifs et de co-tensioactifs. Ce mélange conduit à la formation des micelles allongées et à la création d’un gel. Sous irradiation UV, on observe une transition gel - fluide. L’origine ce phénomène est lié à un changement morphologique des agrégats micellaires (micelles allongées - micelles globulaires)
This thesis aims at designing, synthesizing and characterizing model photo-responsive systems in aqueous solution. These systems are based on polyelectrolytes (PEs) and surfactants. The photo-sensitivity arises from the presence of azobenzene (Azo) groups that undergo a transition from a trans to a cis isomer. We first considered a hydrophilic PE on which we grafted Azo groups. This system forms globular aggregates in solution due to chains collapse and intermolecular associations. The size of the aggregates varies under UV irradiation. It also depends on the molar mass of the PEs and the Azo content. We then considered surfactants in which Azo groups have been introduced (Azo-surfactants). We studied their complexation with oppositely charged PEs. These systems show a pearl necklace organization. The PEs decorate the micelles and penetrate inside (co-micellisation). Under UV irradiation, the size of the pearls decreases without really modifying the general organization of the complexes. Finally, we were interested in the self-assembly of Azo-surfactants and co-surfactants. This mixture leads to the formation of wormlike micelles and the creation of a gel. Under UV irradiation, a gel - fluid transition is observed. The origin of this phenomenon is linked to a morphological transition of the micellar aggregates (wormlike micelles - globular micelles)

Les propriétés mécaniques de films polymériques peuvent être considérablement améliorées par l'inclusion de nanoparticules au sein de la matrice du fait de deux effets majeurs : (i) la structure locale de la dispersion des charges et (ii) la modification potentielle de la dynamique et de la conformation des chaînes à l'interface charge/polymère. Néanmoins, les mécanismes précis qui permettent de relier ces contributions à l’échelle nanométrique aux propriétés macroscopiques des matériaux, et en particulier aux propriétés mécaniques, sont actuellement mal décrits. Dans ce contexte, nous avons synthétisé des nanocomposites modèles à base de nanoparticules magnétiques de maghémite γ-Fe2O3 (nues ou greffées d'une couronne de polystyrène (PS) par polymérisation radicalaire contrôlée) dispersées dans une matrice de PS, que nous avons caractérisé en couplant la diffusion de rayonnement (Rayons X et neutrons) et la microscopie électronique à transmission. En jouant sur différents paramètres tels que la taille des particules, la concentration, ou le rapport de taille entre les chaînes greffées et celles de la matrice pour les charges greffées, nous avons obtenu des nanocomposites présentant un éventail de dispersions de charges variées, contrôlées, parfaitement reproductibles, allant de particules individuelles ou d’agrégats ramifiés jusqu’à la formation d’un réseau de charges connecté. En appliquant un champ magnétique externe durant la synthèse des nanocomposites, nous sommes parvenus à aligner les différentes structures le long de la direction du champ et ainsi former des matériaux présentant des propriétés remarquables de renforcement anisotropes. La conformation des chaînes au sein des nanocomposites, déterminée expérimentalement grâce aux propriétés spécifiques de contraste neutronique du système, n'est pas affectée par la présence des charges, quels que soient le degré de confinement des chaînes, l’orientation, la dispersion ou l'état de surface des charges. L’alignement des charges sous champ magnétique a permis de décrire précisément l’évolution du module de renforcement des matériaux avec la réorganisation structurale locale des charges et des chaînes sous étirement, et de finalement mettre en évidence le rôle majeur joué par la réorganisation des charges sous déformation dans les mécanismes de renforcement
The mechanical properties of polymeric nanocomposite films can be considerably enhanced by the inclusion of inorganic nanoparticles due to two main effects: (i) the local structure of fillers dispersion and (ii) the potential modification of the chains conformation and dynamics in the vicinity of the filler/polymer interface. However, the precise mechanisms which permit to correlate these contributions at nanometric scale to the macroscopic mechanical properties of the materials are actually poorly described. In such a context, we have synthesized model nanocomposites based on magnetic nanoparticles of maghemite γ-Fe2O3 (naked or grafted with a polystyrene (PS) corona by radical controlled polymerization) dispersed in a PS matrix, that we have characterized by combining small angle scattering (X-Ray and neutron) and transmission electronic microscopy. By playing on different parameters such as the particle size, the concentration, or the size ratio between the grafted chains and the ones of the matrix in the case of the grafted fillers, we have obtained nanocomposite films a large panel of controlled and reproducible controlled filler structures, going from individual nanoparticles or fractal aggregates up to the formation of a connected network of fillers. By applying an external magnetic field during the film processing, we succeeded in aligning the different structures along the direction of the field and we obtained materials with remarkable anisotropic reinforcement properties. The conformation of the chains of the matrix, experimentally determined thanks to the specific properties of neutron contrast of the system, is not affected by the presence of the fillers, whatever their confinement, the dispersion the fillers or their chemical state surface. The alignment of the fillers along the magnetic field has allowed us to describe precisely the evolution of the reinforcement modulus of the materials with the structural reorganization of the fillers and the chains at the local scale under stretching, and thus to highlight the key role played by the fillers reorganization under stretching on the nanocomposite reinforcement mechanisms

Cette thèse présente une étude de la structure de solutions de polyélectrolytes (PEs) dans les liquides ioniques (LIs) et de la structure locale des LIs en présence de PEs. Les techniques de diffusion de rayons X et de neutrons ont été principalement utilisées pour cette étude. Dans une première partie, la capacité des LIs à former des " clusters " à l'échelle nanoscopique est démontrée. Dans une seconde partie, l'influence de la nature des contreions et du solvant sur le comportement du polystyrène sulfonate (PSS) en solution est abordée. La conformation moyenne du PSS et son état de dispersion dans les milieux aqueux et organiques sont alors explorés dans une troisième partie. Une étude similaire pour le cas spécifique des milieux LIs est présentée dans une quatrième partie. Finalement, d'autres polymères, chargés ou neutres, en solution dans les LIs, sont considérés dans une cinquième et dernière partie.

Les propriétés macroscopiques et la stabilité d’une suspension colloïdale sont déterminées par sa microstructure et le comportement dynamique du système, qui résultent des interactions entre particules. Les systèmes colloïdales sont souvent métastables ; les corrélations entre particules ont donc une dépendance temporelle, affectant la microstructure ainsi que les propriétés macroscopique du système. Les systèmes colloïdaux peuvent être hiérarchiques : de petites particules colloïdales peuvent être utilisées comme blocs pour construire de plus grandes structures ; il faut donc examiner un tel système sur plusieurs échelles, pour caractériser les propriétés des structures de différentes tailles. Cette thèse exploite la technique de diffusion des rayons-x aux petits angles (DXPA), et aux très voire ultras petits angles (DXTPA, DXUPA), et la spectroscopie de corrélation de photons-x (XPCS) pour étudier la complexation colloïdale sur plusieurs échelles de temps et de dimensions. En examinant l’échelle spatiale de l’ordre de nanomètre au micromètre et l’échelle temporelle de quelques millisecondes à plusieurs mois le mécanisme de formation et l’évolution structurale des complexes peut être élucidé. Afin de relever les mécanismes d’une pertinence générale les matériaux employés dans ce travail sont de qualité technique. Cette étude porte tout particulièrement sur la complexation des nanoparticules de silice avec le chitosan, un polysaccharide cationique d’origine biologique. Premièrement, une modèle fractal est employé d’une nouvelle façon pour décrire les courbes de diffusion des suspensions de nanoparticules de silice polydisperse. Deuxièmement, les divergences importantes, qui ne sont pas facilement expliquées, entre la diffusion aux petits angles de chitosan par les neutrons et les rayons-x ainsi que par la diffusion statique de la lumière sont révélées. Après avoir caractérisé les matériaux de base, le mécanisme de complexation entre nanoparticules et polysaccharide de charges opposés est étudié par des mesures DXPA cinétiques à l’aide d’un mélangeur rapide pour accéder aux temps courts. Les mesures statiques DXPA et DXUPA sont analysées pour élucider la structure des complexes dans le contexte d’un diagramme d’état. Finalement, la force ionique de la solution est fortement abaissée par dialyse, et le comportement subséquent du système est examiné. Étonnamment, aux temps courts, les dispersions dialysées ne x semblent pas significativement différentes des dispersions à forte force ionique ; aux temps longs, le comportement des échantillons dialysés diffère de celui des dispersions d’origine. Dans le système dialysé des cristallites de silice colloïdale sont observés. Ces résultats ainsi qu’une analyse de la dépendance du système en fonction de la température mettent en évidence la microstructure de ce type de complexation colloïdal
The macroscopic properties and long-term stability of a colloidal suspension are controlled by its microstructure. Inter-particle interactions determine the microstructure and dynamics of the system. Colloidal systems are often metastable and so the inter-particle correlations can change with time (and so change the microstructure, and macroscopic properties of the system). As smaller colloidal particles can be used to form larger structures with different properties it is necessary to examine a system across various size scales.In this PhD thesis a combination of small and ultra-small angle x-ray scattering (U)SAXS and x-ray photon correlation spectroscopy (XPCS) techniques are used to investigate colloidal complexation across both time and space. Spatial scales from nanometers (si{nanometre}) to microns (si{micrometre}) and time scales from milliseconds (si{millisecond}) to months were examined to elucidate the formation pathway and structural evolution of the complexes. To uncover general mechanisms of broad relevance this work uses technical-grade, non-ideal materials. The study is on the complexation of silica nanoparticles and chitosan, a bio-sourced, cationic polysaccharide.First, a new description for scattering data of polydisperse silica nanoparticles using a fractal model is employed. An investigation into the small-angle scattering of chitosan by neutrons and x-rays, and static light scattering reveals significant differences that are not readily explained. The investigation of nanoparticle and polysaccharide complexes uses kinetic SAXS measurements to study the formation pathways of the complexes, with rapid mixing experiments to access shorter times (stopped-flow apparatus). Combined USAXS and SAXS data are analysed to provide information on the complex structure within a state diagram. Salt was removed from the system using dialysis, and the subsequent behaviour of the system was investigated. It was found that the behaviour of the dialysed system differed to the behaviour of the non-dialysed system over long timescales. In the dialysed system the growth of crystallites of colloidal silica was observed. These results, along with an investigation into the temperature dependency of the system lead to some understanding of the microstructure of this type of colloidal complex

La recherche de molécules permettant l’extraction et la stabilisation d’actinides est un sujet majeur de la chimie associée au domaine du retraitement des combustibles usés dans l’industrie nucléaire. Parmi les espèces chimiques, les polyoxométallates vacants, par leurs propriétés modulables d’un point de vue structural et fortement nucléophiles se posent comme de bons candidats pour la complexation des cations métalliques. Dans ce contexte, l’association de polyoxotungstates trivacants vis-à-vis d’actinides tétravalents et hexavalents (thorium(IV), uranium(IV et VI)) et de lanthanides considérés comme simulants d’actinides mineurs a été investiguée. Les études ont concerné la réactivité des précurseurs trivacants de type {SiW9O34}, {AsIIIW9O33}, {AsVW9O34} et {PW9O34} avec les éléments 4f (Ce(IV) et 5f (Th(IV), U(VI)), qui ont donné lieu à la complexation de clusters hexanucléaires {Ce6O8} ou de systèmes polyanioniques incorporant jusqu’à 12 centres actinides Th(IV) ou U(VI). Les espèces de type cryptant {As4W40O140} et {P8W48O184} ont permis d’encapsuler respectivement jusqu’à 4 cations uranium(IV) ou 7,2 cations uranyles par molécules. Le troisième cryptant testé {Na2Sb8W36O132(H2O)4} n’a pas permis la complexation d’actinides. Il se réorganise néanmoins, en formant une entité polyanionique contenant les espèces {SbW10O37} et {SbW8O31} lors de la réaction avec les lanthanides trivalents (Gd --> Lu). Au total, 23 composés cristallisés ont été caractérisés par diffraction des rayons X sur monocristal. Les différents assemblages moléculaires ont fait l’objet de caractérisations physico-chimiques (IR, ATG). Leurs stabilités, notamment en solution aqueuse, ont été mises en évidence par la diffusion des rayons X (SAXS)
The research of molecules for the extraction and stabilization of actinides is a key topic in the field of chemistry related to the reprocessing of spent fuels in the nuclear industry. Among the chemical species, vacant polyoxometalates, owing to their modular structural properties and high nucleophilia, are good candidates for the complexation of metal cations. In this context, the association of trivacant polyoxotungstates with tetravalent and hexavalent actinides (thorium(IV), uranium(IV and VI)) and lanthanides considered as minor actinide simulants was investigated. The studies concerned the reactivity of trivacant precursors {SiW9O34}, {AsIIIW9O33}, {AsVW9O34} and {PW9O34} with 4f elements (Ce(IV)) and 5f (Th(IV), (U(VI)), which resulted in the complexation of hexanuclear clusters {Ce6O8} or polyanionic systems incorporating up to 12 actinides Th(IV) or U(VI) centers. Cryptand species {As4W40O140} and {P8W48O184} have encapsulated up to 4 uranium(IV) cations or 7.2 uranyl cations per molecule respectively. The third cryptant tested {Na2Sb8W36O132(H2O)4} did not allow actinide complexation. It nevertheless reorganizes, forming a polyanionic entity containing the species {SbW10O37} and {SbW8O31} during the reaction with trivalent lanthanides (Gd --> Lu). A total of 23 crystallized compounds were characterized by single crystal X-ray diffraction. The various molecular assemblies have been subjected to physico-chemical characterizations (IR, TGA). Their stability, particularly in aqueous solution, has been demonstrated by X-ray scattering (SAXS)