Dissertations / Theses: 'Nanoparticules de TiO₂ (dioxyde de titane)'

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Koelsch, Magali. "Nanoparticules de TiO2 : contrôle structural, morphologique, dimensionnel et propriétés électrochimiques." Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066175.

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Jomini, Stéphane. "Effets des nanoparticules de dioxyde de titane sur les bactéries : de la cellule à la communauté." Thesis, Université de Lorraine, 2014. http://www.theses.fr/2014LORR0098/document.

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Abstract:

Les nanoparticules ont soit une origine naturelle soit une origine anthropique. De par l’évolution technologique, l’homme produit des quantités croissantes de nanoparticules susceptibles de se retrouver dans l’environnement. Afin de prévenir les risques inhérents à ces rejets, pour la santé humaine ou l’environnement, il est nécessaire de caractériser au mieux les effets potentiels des nanoparticules et d’identifier les mécanismes qui régissent leurs interactions avec les organismes exposés. Dans ce contexte, le premier objectif de ces travaux était de mettre en évidence les mécanismes gouvernant les interactions entre bactéries et nanoparticules et de documenter l'influence de ces interactions sur la toxicité et génotoxicité des NPs pour les bactéries. Le second objectif était de déterminer en quoi cette toxicité et cette génotoxicité pouvait impacter les organismes bactériens au niveau communautaire. Les résultats ont montré que les interactions électrostatiques attractives entre les bactéries et les TiO2-NPs conditionnaient l’adsorption des nanoparticules à la surface des bactéries et conduisaient à la détection d’une toxicité modulées par les électrolytes présents dans la solution. De plus, les déterminants biophysiques de l’interphase bactérienne, et particulièrement la longueur des LPS et le type de protéines affleurant à la surface de la membrane externe, sont des paramètres de premier ordre dans l'apparition d'un potentiel néfaste pour les microorganismes. En prenant en compte ces interactions, nous avons mis en évidence le potentiel mutagène des TiO2-NPs. Un effet toxique et génotoxique ayant été constaté, les communautés bactériennes ont ensuite été étudiées. Il a été mis en évidence que les TiO2-NPs modifiaient la composition, la structure et la prévalence des communautés bactériennes libres et fixées sous forme de biofilms précoces d’une communauté aquatique naturelle d’eau douce. Ces travaux mettent en évidence l’impact potentiel des TiO2-NPs sur les organismes bactériens dans un contexte d’évaluation des risques et indiquent que les nanoparticules pourraient impacter les communautés microbiennes et pourraient présenter un risque pour le bon fonctionnement de l’écosystème
Nanoparticles have either natural or anthropogenic origin. By technological change, man produces increasing amounts of nanoparticles likely to end in the environment. To prevent inherent risks to human health or environment from these releases, it is necessary to characterize the best potential effects of nanoparticles and to identify the mechanisms governing their interactions with exposed organisms. In this context, the first objective of this work was to highlight the mechanisms governing interactions between nanoparticles and bacteria and document the influence of these interactions on toxicity and genotoxicity of NPs for bacteria. The second objective was to determine how this toxicity and genotoxicity could impact bacteria at community level. Results showed that electrostatic attractive interaction between bacteria and TiO2-NPs conditioned adsorption of nanoparticles on bacterial surfaces and led to the detection of toxicity modulated by electrolytes in solution. In addition, the biophysical determinants of bacterial interphase, particularly the length of LPS and protein type flush with the outer membrane surface, are key parameters in adverse potential of NPs for microorganisms. Taking into account these interactions, we highlighted the mutagenic potential of TiO2-NPs. Toxic and genotoxic effect was found, leading to study the effects on bacterial communities. It has been demonstrated that TiO2-NPs altered the composition, structure and prevalence of planktonic and sessile communities of an aquatic natural freshwater. These studies highlight the potential impact of TiO2-NPs on bacteria in a risk assessment context and suggest that nanoparticles may impact microbial communities and could present a risk to the ecosystem functioning

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Oumahi, Camella. "Elaboration de catalyseurs hétérogènes en milieu liquide ionique : nanoparticules métalliques (Au et Au-Pd) supportées sur dioxyde de titane." Thesis, Paris 6, 2014. http://www.theses.fr/2014PA066503/document.

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Abstract:

Ces travaux portent sur l'élaboration de catalyseurs hétérogènes en milieu liquide ionique (LI). Ces sels liquides à température ambiante permettent d'ajuster les propriétés du solvant suivant la composition chimique du LI mis en jeu (sels d'imidazolium ou Deep Eutectic Solvent à base de chlorure de choline et urée). Ce type de solvant a permis la synthèse et le dépôt de nanoparticules (NPs) d'Au et Au-Pd sur TiO2. Le type de LI utilisé influence la stabilité des NPs en solution, la force de l'interaction métal/support et la nanostructuration des particules bimétalliques. Les performances catalytiques en hydrogénation sélective du butadiène ont montré une amélioration de l'activité des catalyseurs monométalliques à base d'Au en présence de Pd, une promotion de l'activité des catalyseurs (mono-et bimétalliques) par des espèces phosphorées résiduelles issues du LI et une inhibition de l'activité par des espèces soufrées. Des supports TiO2 ont également été préparés en milieu DES. L'utilisation de ce LI et d'un précurseur de Ti spécifique a permis de contrôler la texture et la structure du polymorphe obtenu (anatase, rutile ou mélange anatase-rutile). L'influence de la nature du support a été étudiée en oxydation du CO après dépôt d'Au par dépôt-précipitation à l'urée. Les catalyseurs Au/TiO2 les plus actifs ont été obtenus pour des mélanges anatase-rutile, la proximité entre phases anatase et rutile menant à un optimum de réactivité et de stabilité
This work deals with the elaboration of heterogeneous catalysts in ionic liquids (ILs). These salts, liquid at room temperature, were chosen because they permit to adjust the solvent properties depending on their chemical composition (imidazolium salts or Deep Eutectic Solvent based on choline chloride and urea). These solvents allowed the synthesis and deposition of Au and Au-Pd nanoparticles (NPs) on TiO2. The IL nature controls the NPs stability in solution, the strength of the metal/support interaction and the nanostructuration of bimetallic particles. The catalysts performances, evaluated by selective hydrogenation, showed an increase in activity of the Au monometallic catalysts after addition of Pd, a promotion of the catalysts activity due to the presence of P residues from the ILs and an inhibition of the activity caused by S species. TiO2 supports were also prepared in DES. The use of this IL, in addition to a specific Ti precursor, led to a textural and structural control of the obtained polymorphs (anatase, rutile or anatase-rutile mixture). The influence of the support type was studied in CO oxidation after Au deposition by urea deposition-precipitation. The most active Au/TiO2 catalysts were obtained with anatase-rutile mixtures, the vicinity between anatase and rutile phases leading to an optimum activity and stability.This work deals with the elaboration of heterogeneous catalysts in ionic liquids (ILs). These salts, liquid at room temperature, were chosen because they permit to adjust the solvent properties depending on their chemical composition (imidazolium salts or Deep Eutectic Solvent based on choline chloride and urea). These solvents allowed the synthesis and deposition of Au and Au-Pd nanoparticles (NPs) on TiO2. The IL nature controls the NPs stability in solution, the strength of the metal/support interaction and the nanostructuration of bimetallic particles. The catalysts performances, evaluated by selective hydrogenation, showed an increase in activity of the Au monometallic catalysts after addition of Pd, a promotion of the catalysts activity due to the presence of P residues from the ILs and an inhibition of the activity caused by S species. TiO2 supports were also prepared in DES. The use of this IL, in addition to a specific Ti precursor, led to a textural and structural control of the obtained polymorphs (anatase, rutile or anatase-rutile mixture). The influence of the support type was studied in CO oxidation after Au deposition by urea deposition-precipitation. The most active Au/TiO2 catalysts were obtained with anatase-rutile mixtures, the vicinity between anatase and rutile phases leading to an optimum activity and stability

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Diazgomez, Trevino Ana Paola. "Élaboration de matériaux hybrides organiques-inorganiques à base de nanoparticules de TiO₂ : modification et étude de la composante organique." Thesis, Paris 13, 2019. http://www.theses.fr/2019PA131080.

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Abstract:

Des matériaux hybrides organiques/inorganiques formés de nanoparticules de TiO₂ et d’un polymère ont été synthétisés. Une copolymérisation de monomères hydrophobes (EMA) ethydrophiles (HEMA) a permis d’améliorer la stabilité des solutions hybrides en présence d’humidité, notamment sous atmosphère ambiante, tout en préservant, pendant au moins une semaine, la morphologie des nanoparticules jusqu’à des concentrations en titane de 3 mol/l. Les modifications de la composition des hybrides ont été investiguées pendant les étapes d’échange du solvant et de polymérisation. Il a été montré que les nanoparticules retiennent sur leur surface des molécules du solvant (2-propanol) même à haute température au-dessus du point d’ébullition(et jusqu’au point de décomposition). Les produits de décomposition les plus importants du HEMA ont été identifiés : 2-methyl propionic acid, 2-hydroxy ethyl acetate et methylmethacrylate. Ce dernier a été également observé comme une impureté de la synthèse. Les quantités des produits libérés son proportionnelles à la concentration des nanoparticules. Des analyses MET ont mis en évidence une distribution très homogène des nanoparticules d’une taille de 3,0 nm préalablement attribuée au nucleus servant de brique élémentaire dans la formation des solides de TiO₂. Ces résultats doivent être pris en compte lors des études de propriétés électroniques et fonctionnelles des matériaux afin d’envisager leurs champs d’application. Nous avons évalué ces matériaux hybrides inorganiques-organiques pour le micro-usinage laser par un procédé d’écriture direct par laser à deux photons
TiO₂-based nanoparticulate organic-iniorganic hybrid materials with the organic component consisting of co-polymers were prepared. A successful association of hydrophobic and hydrophilic organics makes the hybrid solutions stable against atmospheric moisture and preserved single nanoparticle morphology at high inorganics concentrations up to 3 mol/l Ti over a week. The compositional modifications of the hybrids were investigated at the solvent exchange and polymerization stages of preparation. It was shown that the inorganic nanoparticles retain solvent molecules at the surface even at high temperatures above boiling point (up to the organics decomposition temperature). The nanoparticles also catalyze the organics decomposition shifting this process to lower temperatures. The major products of HEMAisopropanol decomposition were assigned to 2-methyl propionic acid and 2-hydroxy ethyl acetate and methyl methacrylate, which last was also observed as the synthesis impurity. The quantities of the released species were proportional to the nanoparticles concentration. The TEM measurements evidenced unprecedently homogenous distribution of the smallest nanoparticles of the size 3.0 nm previously assigned to nucleus, which serves as elementary building block of TiO₂ solids. These findings have to be taken into consideration by investigating electronic properties of the materials and determining their application fields. We evaluated availability of the obtained nanoparticulate organic-inorganic hybrid materials for micromashining via DLW (2PP) processing

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Jouenne, Vincent. "Nanocristaux de dioxyde de titane à morphologie contrôlée : synthèse, suspensions colloïdales et dépôt par électrophorèse." Nantes, 2013. http://archive.bu.univ-nantes.fr/pollux/show.action?id=c3b26761-dabc-43ff-ab7b-2fe3f95f0dd4.

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Abstract:

Le dioxyde de titane, doté de propriétés photoactives uniques, est un matériau clé dans la fabrication d’une cellule photovoltaïque de IIIème génération. Dans la stratégie envisagée à l’IMN, son intégration optimale dans ce dispositif nécessite l’élaboration d’une fine couche dense de TiO2 surmontée par un dépôt nanostructuré et poreux. Afin de fabriquer ces deux couches, un procédé à basse température (< 200°C) a été développé. La première étape de ce travail a porté sur l’étude de la synthèse exploitant l’hydrolyse du précurseur [Ti8O12(H2O)24]Cl8. HCl. 7H2O en milieu alcoolique et en présence de surfactants dans des conditions solvothermales. Diverses morphologies de nanocristaux de TiO2 anatase (sphère, barre, plaquette rhombique) avec une bonne cristallinité ont pu être obtenues en présence d’acide oléique et/ou d’oleylamine et contrôlées par un choix judicieux des paramètres, en particulier le rapport molaire entre ces deux surfactants. Ensuite, la surface de ces cristaux a été caractérisée puis optimisée pour permettre la préparation de suspensions colloïdales stables dans des solvants appropriés pour le dépôt par voie humide ou par électrophorèse. Des dépôts denses d’une épaisseur de 25 à 60 nm ont été réalisés par enduction centrifuge alors que des dépôts poreux d’épaisseur modulable (70 nm à 2,2 μm) ont pu être réalisés par électrophorèse sur substrats plans. Enfin, la formation de nano-pilliers de TiO2 (diamètre ~ 150-200 nm, L ~ 1–3 μm) a été effectuée par électrophorèse confinée dans les pores de membranes nanoporeuses
Titanium dioxide, owing unique photoactive properties, is a key material for the fabrication of a IIIrd generation photovoltaic cell. In the strategy developed in IMN, its optimal incorporation in this device requires the elaboration of a thin and dense TiO2 layer surmounted by a nanostructured and porous layer. To make these deposits, a low temperature process (< 200°C) has been developed. First of all, this work has concerned the study of a synthetic strategy based on the hydrolysis of the [Ti8O12(H2O)24]Cl8. HCl. 7H2O precursor in alcoholic media with surfactants in solvothermal conditions. Many different TiO2 anatase nanocrystal morphologies (spherical, rod-like, rhombic platelets) with a good cristallinity have been obtained with both, oleic acid and/or oleylamine, as surfactants and controlled with a judicious choice of experimental parameters, such as the molar ratio between these two surfactants. Then, the surface nanocrystals has been characterized and optimized to allow the preparation of stable colloidal solutions in appropriated solvents in order to elaborate deposits by wet or electrophoretic (EPD) routes. Dense TiO2 layers with a 25 to 60 nm thickness have been realized by spin-coating, whereas porous deposits with tunable thickness (from 70 nm to 2. 2 μm) have been performed by EPD on plane substrates. Finally, the formation of TiO2 nanopillars (diameter ~ 150-200 nm, L ~ 1–3 μm), by electrophoresis confined inside the pores of nanoporous templates, has been performed

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Bettini, Sarah. "Devenir et effets des particules de dioxyde de titane (TiO2) après exposition orale chez le rat." Thesis, Toulouse 3, 2016. http://www.theses.fr/2016TOU30333.

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Abstract:

Le dioxyde de titane (TiO2) est un pigment blanc couramment utilisé dans l'alimentation (additif E171 en Europe). Les rares études de toxicité orale du TiO2 sont principalement basées sur des substances modèles, comme le P25 Aeroxide (NM-105). Contrairement au E171 qui est composé de particules nanométriques et sub-micrométriques, le P25 est strictement nano-dimensionné. Il est donc nécessaire d'évaluer le devenir et les effets propres de l'additif E171 dans un contexte d'exposition orale via l'alimentation. Dans ce but, des rats ont été exposés par voie orale au E171 ou au NM-105 à une dose proche de l'exposition alimentaire chez l'homme (10 mg/kg/jour) pendant une courte période d'une semaine pour les deux TiO2, par gavage gastrique quotidien, et jusqu'à une exposition sub-chronique (30 et 60 jours) et chronique (100 jours) pour le E171 via l'eau de boisson. Après un traitement de courte durée, l'élément titane est retrouvé au niveau du foie et de l'intestin, notamment au niveau des plaques de Peyer (tissu lymphoïde sentinelle de l'immunité). Dans cet organe, du titane est retrouvé dans le cytoplasme ainsi que dans le noyau des cellules immunitaires. Cependant, aucune génotoxicité du E171 comme du P25 n'est observée dans l'intestin et dans le sang avec le test des comètes après une semaine d'exposition. De même, après 100 jours d'exposition au E171, aucune génotoxicité évalué par le dosage de lésions oxydatives de l'ADN n'est constatée dans l'intestin. En conditions normales, le système immunitaire intestinal organise les défenses de l'hôte contre les pathogènes, tout en maintenant une tolérance envers le microbiote intestinal et les antigènes alimentaires. Dans notre étude, aucun des deux TiO2 n'induit d'inflammation dans la muqueuse intestinale après une semaine de traitement quotidien, alors que le réseau de cellules impliquées dans les fonctions tolérogènes de l'intestin est perturbé. De plus, le profil de sécrétion des lymphocytes est modifié dans les ganglions mésentériques et la rate, témoin d'une activation du réseau pro-inflammatoire, en particulier une réponse de type Th17 connue pour jouer un rôle dans la pathogénicité des maladies auto-immunes. Cependant, après une exposition sub-chronique de 60 jours, l'induction de la tolérance orale n'est pas affectée par l'exposition orale au E171. Toutefois, un effet potentialisateur de la réponse immunitaire est observé au niveau systémique, susceptible de résulter de propriétés " adjuvant " du produit. Enfin dans le côlon, après une exposition chronique de 100 jours, une micro-inflammation est observée dans les muqueuses exposées, ainsi qu'une initiation et une promotion du développement des lésions prénéoplasiques, (correspondant à des foyers de cryptes aberrantes, un stade précoce du développement du cancer dans le côlon), respectivement en l'absence et en présence d'une carcinogénèse chimio-induite. Nos résultats montrent un passage systémique des particules de TiO2 ainsi que l'accumulation de titane dans les cellules immunitaires de l'intestin. De plus, pour la première fois, nos données suggèrent que le E171 et le P25 sont immunomodulateurs et susceptibles de favoriser un terrain inflammatoire typique des maladies autoimmunes. Ces données peuvent être prises en considération pour l'évaluation du risque, dans la susceptibilité face à des pathologies immunitaires et au cancer colorectal, chez l'homme exposé quotidiennement au TiO2 par la voie alimentaire
Titanium dioxide (TiO2) is a white pigment commonly used as a food additive (E171 in Europe). Few studies have evaluated the oral toxicity of TiO2, and they are mainly based on nanoparticles models such as P25 Aeroxide (NM-105). Unlike E171 which is composed of nanoscale and submicron particles, P25 is strictly nanosized. Therefore, it is necessary to determine the specific fate and effects of E171 additive in an oral exposure through food. For this purpose, rats were orally exposed with E171 or NM-105, at a dose close to dietary exposure in humans (10mg/kg/day), for a short period of a week for the two TiO2, by daily gavage, and up to a sub-chronic exposure (30 and 60 days) and chronic exposure (100 days) for E171 through drinking water. After a short-term treatment, titanium is found in the liver and gut, and more particularly in Peyer's patches (intestinal lymphoid tissue sentinel of immunity). In this organ, titanium was found in the cytoplasm and in the nucleus of immune cells. However, no genotoxicity of E171 as NM-105 is observed in the gut and in the blood with the comet assay. Also after 100 days of E171 exposure, no genotoxicity estimated by the dosage of oxidative DNA damage appears in the gut. In its steady state, the intestinal immune system organizes the defenses of the host against pathogens, while maintaining tolerance to the intestinal microbiota and the food antigens. In our study, the two TiO2 do not induce an inflammation in the intestinal mucosa after one week of daily treatment, however the network of cells involved in the tolerogenic functions of the intestine is disturbed. Furthermore, the cytokine profile of lymphocytes secretion is modified in mesenteric lymph nodes and in the spleen, reflecting an activation of the pro-inflammatory pathways, in particular the Th17 pathway response known to play a role in the pathogenesis of the autoimmune diseases. However, after a sub-chronic exposure of 60 days, the induction of the oral tolerance is not disrupted by the oral exposure to E171. However, an enhancer effect of the immune response is observed at the systemic level, susceptible to result from "adjuvant" properties of the product. Finally in the colon, after a chronic exposure of 100 days, a microinflammation is observed in the exposed mucosa. Moreover, an initiation and a promotion of the development of preneoplastic lesions are found (corresponding to aberrant crypt foci in the colon), in absence and in presence of a chemically-induced carcinogenesis, respectively. Our results show a systemic passage of the particles of TiO2 as well as the accumulation of titanium in the immune cells of the gut. Furthermore, for the first time, our data suggest that E171 and P25 are immunomodulatory and susceptible to favor a typical inflammatory field for the autoimmune diseases. These data could be considered for the evaluation of the risk, in the susceptibility towards immune pathologies and in colorectal cancer, in human daily exposed to TiO2 from dietary sources

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Garrec, Ronan. "Caractérisation photoélectrochimique de nanoparticules de dioxyede de titane déposées sur verre : application aux vitrages auto-nettoyants." Grenoble INPG, 2001. http://www.theses.fr/2001INPG0032.

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Abstract:

Actuellement, le marché du bâtiment est demandeur de nouveaux matériaux, et notamment de vitrages, exigeant peu d'entretien. Pour cela les surfaces photoréactives à base de dioxyde de titane sont très bien adaptées ; soumises à un rayonnement ultraviolet, elles peuvent dégrader photocatalytiquement un grand nombre de salissures organiques et l'utilisation de nanoparticules permet d'obtenir un verre optiquement neutre. Le travail présenté porte sur la caractérisation photoélectrochimique de ces surfaces photoréactives constituées de TiO2 sous forme nanoparticulaire entouré d'un liant nécessaire à la tenue mécanique des nanoparticules. Les mesures photoélectrochimiques ont permis de caractériser les propriétés semi-conductrices de ces nanoparticules et d'observer certains comportements inhabituels. De plus, l'analyse combinée des données de photoélectrochimie et de photocatalyse a permis d'élucider le fonctionnement de cet assemblage nanoparticules-liant. Il apparaît que la paire électron-trou se crée dans la nanoparticule semi-conductrice, que le liant permet l'évacuation de l'électron par un positionnement de ses bandes d'énergie adéquat et que l'ensemble peut être contrôler pour produire les vitrages auto-nettoyants à base de nanoparticules de TiO2 les plus performants
Nowaday, the building market is looking for new materials, especially glasses with self-cleaning properties which do not need much maintenance. Photoreactive surfaces containing titaniµm dioxide nanoparticles seem to be very well suited to this application. In fact, under an UV radiation, these surfaces are able to degrade, by mean of a photocatalytic process, a wide range of organic residues. This work consists in the photoelectrochemical characterisation of thoses photoreactive surfaces made with TiO2 nanoparticles and a binder. By photoelectrochemistry, it was possible to characterized the semi-conductìng properties of thoses nanoparticles and to observe an unusual behavior. The analysis of all the datas issues of photoelectrochemícal and photocatalytical experiments allowed to elucidate a mechanism involving a co-operation between the nanoparticles and the binder. The electron-hole pair is created in the nanoparticle and the binder supports the evacuation of the electron by an adequate band energy level. Acting on the nanoparticles-binder system, it could be possible to obtain the best performing self-cleaning glasses

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Dorier, Marie. "Impact du colorant alimentaire E171 et de nanoparticules de dioxyde de titane sur des modèles cellulaires, in vitro, d'épithélium intestinal." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAV082/document.

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Abstract:

Les particules de dioxyde de titane (TiO2) sont utilisées dans de nombreux secteurs industriels du fait de leurs propriétés physiques et chimiques intéressantes. Depuis une dizaine d’années, elles sont également utilisées sous forme nanoparticulaire car la taille nanométrique leur apporte de nouvelles propriétés, recherchées dans certaines applications industrielles. Elles sont par exemple utilisées comme colorant blanc dans le secteur de la cosmétologie, de la pharmacologie et dans les industries agroalimentaires. Dans ces dernières, l’utilisation de ces particules est autorisée car le TiO2 est un composé insoluble et relativement inerte. Le colorant alimentaire E171, autorisé depuis 1966, est ainsi constitué de particules de TiO2, initialement sous forme micrométrique, mais il s’avère que selon les procédés de fabrication, entre 10 et 43 % (selon les études) de ces particules présentent un diamètre inférieur à 100 nm, i.e. sont sous forme nanométrique. Ce n’est pas un nanomatériau du point de vue de la définition européenne, il n’est donc pas soumis à l’obligation d’étiquetage dans les produits alimentaires. Le E171 est présent dans de nombreux aliments sans que son impact sur la santé humaine, après ingestion, n’ait été clairement documenté. De plus en plus d’études s’intéressent à la toxicité des nanoparticules (NPs) après leur ingestion, mais peu d’entre elles ont été menées avec le E171 à proprement parler. Les études in vivo et in vitro publiées à ce jour démontrent que les NPs de TiO2 sont peu toxiques. Leur absorption intestinale et leur translocation vers le système sanguin puis des organes secondaires est faible. Les principaux effets décrits sont une augmentation des espèces réactives de l’oxygène associées à un stress oxydant, l’induction de marqueurs de l’inflammation, et plus récemment l’induction du stress du réticulum endoplasmique. Des effets sont également rapportés sur différents paramètres de la barrière intestinale, i.e. le microbiote, le mucus, les transporteurs membranaires, les jonctions cellulaires et l’immunité intestinale. Chez certaines personnes, cette barrière est compromise, elles sont donc potentiellement plus sensibles aux micros et nanos-particules contenues dans l’alimentation. Leur épithélium intestinal est enflammé, et à long terme, ces personnes peuvent développer des maladies inflammatoires chroniques de l’intestin et dans les cas les plus graves, des cancers.L’objectif de cette thèse est d’étudier la toxicité du colorant alimentaire E171 et d’approfondir les connaissances relatives à l’impact des NPs de TiO2 sur le système gastro-intestinal. Pour cela, nous avons travaillé avec différents modèles cellulaires d’épithélia intestinaux humain, un modèle d’épithélium jointif composé d’entérocytes Caco-2, un modèle d’épithélium sécrétant une couche de mucus, composé de cellules Caco-2 et HT29-MTX et enfin un modèle d’épithélium bordant les plaques de Peyer, composé des cellules Caco-2(C1) et RajiB. Ces modèles cellulaires ont été exposés de façon aigüe (6 h, 24 h et 48 h) ou chronique (21 jours), au colorant E171 ainsi qu’à deux NPs de TiO2 : A12, qui a la même structure cristalline que le E171 et P25, une NP très documentée dans la littérature. Nos résultats montrent que le E171 et les NPs de TiO2 sont modérément toxiques, ils n’engendrent pas de mortalité cellulaire ni de dommages à L’ADN. Néanmoins, ils provoquent une accumulation d’espèces réactives de l’oxygène intracellulaires et modulent certains marqueurs impliqués dans le stress oxydant, le stress du réticulum endoplasmique et l’inflammation. Ils impactent également la sécrétion et la composition de la couche de mucus, l’expression des transporteurs ABC, qui sont des paramètres impliqués dans la fonction de barrière de l’épithélium intestinal, le rendant possiblement plus vulnérable aux agressions extérieures
Micro-sized titanium dioxide (TiO2) particles are used for years by industrials for their attractive physical and chemical properties. The use of TiO2 nanoparticles (NPs) is also constantly increasing, because the nanometric size gives new interesting properties to particles which industrials are looking for. In some daily-life products including paints, plastics, paper, medicines and food, micro-sized TiO2 particles are used as a pigment for their opacifying and whitening capacities. The use of TiO2 as a food additive, i.e. E171 in the EU, has been authorized in most countries since the 60ies, without any established acceptable daily intake, because of their low toxicity and intestinal absorption. However, it was recently shown that E171 can contain up to 43% of particles with diameter ranging from 1 to 100 nm, i.e. NPs. Still, E171 is not a nanomaterial as described in the European recommendation of definition because it contains less than 50% of NPs (in number). Food grade TiO2 is present in a wide range of food products while little is known about its toxicological impact to human health. The toxicity of ingested TiO2, either nano- or micro-sized, is increasingly documented, still E171 itself is rarely used in these studies.According to in vivo and in vitro studies, TiO2 particles were proven relatively safe for intestinal cells, no cytotoxicity neither genotoxicity were reported. Nevertheless, particles were often reported to increase reactive oxygen species (ROS) cell content, to impair autophagic processes and modulate gene expression and the content of proteins involved in oxidative stress, endoplasmic reticulum stress and inflammatory response regulation. Interestingly, their reported impact on intestinal cells suggests alteration of almost all the components of the intestinal barrier function, i.e. microbiota, mucus, cell junctions and transporters. This intestinal barrier function is altered in patients suffering from intestinal bowel diseases, these persons are thus possibly more sensitive to mineral particulate in food.The present study aimed at improving knowledge on the toxicity of food-grade TiO2. To this purpose, the impact of E171 was evaluated on in vitro cell models representative of the human intestinal epithelium, i.e. a model of differentiated Caco-2 enterocytes, a model of mucus-secreting epithelium obtained by coculture of Caco-2 and HT29-MTX mucus-secreting cells and a model of the follicle-associated epithelium, which lines Peyer patches, obtained by coculture of Caco-2(C1) and RajiB cells. These cell models were either acutely exposed for 6 h, 24 h and 48 h or chronically exposed for 21 days to E171. In parallel, they were exposed to two model TiO2-NPs, A12 which has the same crystalline structure as E171 and P25, a well-documented TiO2-NPs. Our results show that E171 and TiO2-NPs induced no overt cell mortality but significant oxidative stress, and that they oxidatively damage DNA. They modulate the expression of genes involved in oxidative stress and endoplasmic reticulum stress regulation. They also modulate the expression of genes, as well as the content of proteins from mucus, ABC transporters and inflammatory markers, which are the main players of the intestinal barrier function and presumably increase epithelium sensitivity to xenobiotics. These data suggest that they may be implicated in the development or aggravation of inflammatory bowel diseases

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Michel-Gressel, Elodie. "Thermohydrolyse micro-onde,des nanoparticules aux films minces : application à SnO2 et TiO2 rutile et anatase." Dijon, 2003. http://www.theses.fr/2003DIJOS029.

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Toloni, Ivan. "Transport de nanoparticules de TiO2 en milieux poreux saturés et non saturés : expériences et modélisation." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAH018/document.

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Abstract:

Le transport de nanoparticules (NP) de dioxyde de titane (TiO2) manufacturées a été étudié dans un milieu poreux sous différentes conditions de saturation, vitesse d’écoulement et force ionique (IS). Les courbes de percée montrent que la quantité de NP retenue diminue quand la vitesse d’écoulement augmente, et qu’elle est influencée par la teneur en eau en présence d’une IS plus grande que 3 mM KCl. On peut supposer que l’interface entre eau et air (AWI) ne retient pas de NP en présence d’IS supérieurs ou égaux à 3 mM KCl. Les courbes de percées des expériences conduites en présence d’une IS de 5 mM, influencées par les profils de teneur en eau et de vitesse, ont été modélisées. Le modèle de transport 3P, qui tient en compte l’AWI et les effets de la vitesse, a été développé pour décrire la rétention des NP. Ce modèle dépend de trois paramètres et du profil de teneur en eau, modélisé à travers les paramètres hydrodynamiques identifiés auparavant. Le modèle 3P donne lieu à une meilleure description des données par rapport à celle du modèle classique, souvent utilisé en littérature. Il peut d’ailleurs être utilisé en milieu saturé comme insaturé
The transport of manufactured titanium dioxide (TiO2, rutile) nanoparticles (NP) in porous media was investigated under different saturation, water velocity and ionic strength (IS) conditions. The breakthrough curves show that the amount of retained NPs decreases when the water velocity increased and that TiO2 NP retention is influenced by the water content for values of IS larger than 3mM KCl. It can be assumed that the interface between air and water (AWI) does not retain TiO2 NPfor IS equal to, or smaller than, 3 mM KCl.The breakthrough curves with an IS of 5mM KCl, influenced by water content profile and watervelocity profile, were modeled. The 3P transport model was developed to describe the retention ofTiO2 NP, taking into account the AWI and the effects of the water velocity. This model depends on three parameters and takes into account the water content profile of the porous medium, modeled through the previously identified hydrodynamic parameters. The 3P model provides a better data description than the classic Langmuirian retention model, often used in the literature. Moreover, it can be applied under both saturated and unsaturated conditions

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Le, trequesser Quentin. "Synthèse de nanoparticules de dioxyde de titane de morphologies contrôlées : localisation, quantification et aspects toxicologiques de la cellule à l'organisme pluricellulaire." Thesis, Bordeaux, 2014. http://www.theses.fr/2014BORD0047/document.

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Abstract:

Les nanoparticules de dioxyde de titane sont aujourd’hui utilisées dans denombreux domaines. Elles entrent notamment dans la constitution de produits d’usagecourant comme les peintures ou certains produits cosmétiques (crèmes solaires). La taillenanométrique leur confère une réactivité accrue ce qui soulève des inquiétudes sur leurpossible toxicité. Des nanoparticules de morphologies contrôlées ont été synthétisées etcaractérisées. Elles ont ensuite été introduites dans le milieu de cellules humaines enculture afin d’observer les interactions in vitro et identifier les raisons de cette toxicité.L’étude a ensuite été étendue à l’in vivo avec un organisme pluricellulaire : le nématodeCaenorhabditis elegans (C. elegans).Les recherches ont été focalisées sur la détection, la localisation et la quantification desnanoparticules à l’échelle de la cellule unique puis dans les nématodes. Les différentesnanoparticules synthétisées ont permis d’identifier les propriétés physico-chimiquessusceptibles d’influer sur la toxicité. Les techniques d’analyse par faisceau d’ions ont permisde visualiser voire même de quantifier ces nano-objets à l’échelle de la cellule unique
Titanium dioxide nanoparticles are nowadays used in numerous domains. Theyenter in particular in the constitution of every day’s products such as paints or cosmetics(sun screen). The nanometer scale gives them a high reactivity which raises worries abouttheir possible toxicity. Nanoparticles with controlled morphologies were synthesized andcharacterized. They were then introduced in the medium of human cells in cultivation inorder to observe in vitro interactions and identify the reasons of this toxicity. The study wasthen extended to in vivo with a multi-cellular specimen: the nematode Caenorhabditiselegans (C. elegans).Researches have been focalized on detection, tracking and quantification of nanoparticles atthe scale of single-cells and then in nematodes. The different kinds of synthesizednanoparticles allowed identifying the physico-chemical properties involved in their toxicity.Ion beam analyses were conducted in order to visualize and in some case quantify thisnano-objects at the single cell-scale

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Disdier, Clémence. "Evaluation of TiO2 exposure impact on adult and vulnerable brains." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016SACLS097/document.

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Abstract:

La présence croissante de nanoparticules (NPs) dans les produits de la vie quotidienne (alimentation, médicaments, cosmétiques, textiles…) soulève de sérieuses inquiétudes quant à leurs potentiels effets nocifs pour la santé humaine. Les NPs de dioxyde de titane (TiO2) sont produites à l’échelle industrielle et peuvent déjà être trouvées dans plusieurs produits commerciaux tels que les peintures, les cosmétiques ou dans les systèmes de décontamination de l’eau ou de l’air. Dans le passé, les NPs de TiO2 étaient considérées comme inertes, mais, très récemment, l'Agence Internationale pour la Recherche sur le Cancer les a classées comme possiblement cancérogènes (groupe 2B) pour l’homme. De nombreuses études in vitro et in vivo ont démontré la potentielle neuro-toxicité des NPs de TiO2, mais très peu d'études se sont concentrées plus spécifiquement sur la barrière hémato-encéphalique (BHE), protégeant le cerveau. Aujourd'hui, en dépit des avancées constatées, la bio-cinétique et la bio-accumulation des NPs de TiO2 ainsi que les conséquences sur la physiologie de la barrière hémato-encéphalique (BHE) in vivo restent très peu documentées. De plus, dans l’évaluation du risque lié à l’exposition aux NPs, des facteurs de risque tel que l’âge ont jusqu’ici été quasiment ignorés. Dans ce contexte, l’objectif de ce projet est donc d’évaluer chez le rat adulte et âgé, l’impact d’une exposition aux NPs de TiO2 sur les fonctions de la BHE et sur le métabolisme cérébral. Nos résultats ont montré que les NPs de TiO2 s’accumulent dans certains organes et tissus (principalement dans les poumons, la rate et le foie) et ne sont pas distribuées au système nerveux central (SNC) que ce soit après injection intra-veineuse (IV) ou après une inhalation subaiguë à un nano-aérosol de TiO2. Après administration IV, une interaction directe entre NPs et les cellules endothéliales microvasculaires conduit à des altérations fonctionnelles au niveau de la BHE. Malgré l'absence de translocation vers le SNC, la bio-persistance du titane dans les organes périphériques semble être la cause de modulations de perméabilité de la BHE et d’une inflammation cérébrale. L'implication de médiateurs circulants faisant le lien entre la bio-persitance de titane dans les organes périphériques et les modulations observées au niveau cérébral a été démontré en utilisant un modèle in vitro de BHE. Une réponse exacerbée en termes de neuro-inflammation et de modulation de perméabilité de la BHE établit la vulnérabilité du cerveau âgé à la toxicité des NPs inhalées. Ces résultats ont démontré que malgré l'absence de translocation cérébrale, l'exposition aux NPs de TiO2 induit des altérations fonctionnelles de la BHE et une neuro-inflammation qui pourraient conduire à des troubles neurologiques. L’identification des médiateurs et la description des effets neurotoxiques restent encore à préciser
The overwhelming presence of nanoparticles (NPs) in products including foods, medications, cosmetics, or textiles raises serious concerns about their potential harmful effects on human health. In the wide diversity of NPs, titanium dioxide (TiO2) NPs are among those produced on a large industrial scale and can already be found in several commercial products such as paints, cosmetics or in environmental decontamination systems. In the past, TiO2 NPs was considered inert, but, very recently, the International Agency for Research in Cancer (IARC) has classified TiO2 as possibly carcinogenic (group 2B) to human beings. Numerous in vitro and in vivo studies have shown the potential neuro-toxicity of TiO2 NPs, but very few studies focus on the central nervous system (CNS), Nowadays, notwithstanding the reported advances, the biokinetic and bioaccumulation ofTiO2 NPs and the consequences on the physiology of the blood-brain barrier (BBB) in vivo are unknown. In addition, NPs effect on susceptible population such as the elderly have been mostly ignored. In this context, the target of the present studies is to evaluate the in vivo impact of exposure to NPs on the BBB physiology and brain inflammation which could promote neurotoxicity in young adults and aging. Our results have shown that TiO2 NPs bioaccumulate in organs and tissues (lungs, spleen and liver especially) and don’t translocate to the brain either after IV or subacute inhalation exposure. In IV administration case, the direct interaction between NPs and brain endothelial cells induces BBB functional alterations. Despite the lack of CNS translocation, the biopersistence of titanium in peripheral organs may be indirectly the cause of BBB permeability alteration and brain inflammation. The involvement of circulating mediators linking titanium biopersitence in peripheral organs and brain impact has been demonstrated using an in vitro BBB model. An exacerbated response in term of neuro-inflammation and BBB permeability modulation has established the vulnerability of the aging brain to inhaled NPs toxicity. Taken together, our findings demonstrated that despite lack of brain translocation, exposure to TiO2 NPs induce BBB physiology alteration and neuro-inflammation that may lead to CNS disorders. Thereafter, identification of mediators and description of the neurotoxic effects may complete the assessment of the impact of TiO2 NPs exposure on the brain

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Rowenczyk, Laura. "Vieillissement de nanoparticules de TiO2 en lotion solaire : évolution de leur impact sur des germes représentatifs du microbiote cutané." Thesis, Le Havre, 2016. http://www.theses.fr/2016LEHA0036/document.

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Abstract:

Les nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) sont largement utilisées dans les cosmétiques, notamment dans les lotions solaires, pour leurs propriétés optiques intéressantes. Cependant, le TiO2 étant très réactif et potentiellement nocif pour les cellules cutanées, celui-ci est recouvert d’une couche de passivation composée d’espèces chimiques inertes. D’autres traitements de surface peuvent par la suite être appliqués afin de faciliter leur dispersion dans les cosmétiques. Ainsi, les nanoparticules de TiO2 de grades cosmétiques ont des chimies de surface variées qui leur confèrent des propriétés physicochimiques propres. Cependant, le comportement de ces particules lors de leur utilisation en émulsion cosmétique est peu connu. Lors de ce travail de thèse, plusieurs systèmes nanoparticules/émulsion ont été étudiés au cours de leur vieillissement accéléré et suivant les conditions d’utilisation. Tout d’abord, l’impact de deux nanoparticules de traitements de surface différents a été testé sur les mécanismes de (dé)stabilisation des émulsions solaires. Puis, les nanoparticules en émulsion ont été caractérisées au cours du temps et ont fait apparaitre des modifications chimiques rapides au niveau de leur surface. Celles-ci affectent les propriétés physicochimiques des surfaces et ont été prises en compte lors du suivi de l’impact de ces nanoparticules sur les bactéries à travers des protocoles imitant les conditions réelles d’exposition
Nanoparticles of titanium dioxide (TiO2) are currently used in cosmetics, especially in sunscreens, because of their interesting optical properties. However, the TiO2 is really reactive and could promote the formation of dangerous species for the cutaneous cells. For that reason, these particles are passivated by the application of inert surface treatments. Other coatings could be added in order to improve the dispersion of nanoparticles in the emulsion. Hence, the cosmetic grades of TiO2-nanoparticles have diverse physicochemical surface properties and their behavior in cosmetic use is uncertain. In this work, nanoparticles/emulsion systems were studied during their accelerated aging, mimicking use conditions. First, the impact of two nanoparticles with different surface treatments were tested on the (de)stabilization mechanisms in emulsions. Then, the nanoparticles were characterized within the emulsions and highlighted quick surface modifications. As these changed the physicochemical surface properties of the nanoparticles, they were taken into account during the evaluation of the NP impact on cutaneous bacteria

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Ali, Ahmad Mouhamad. "Energie de surface de nanoparticules de TiO2-anatase. Mesure des effets de taille, morphologie et cristallinité par molécules sondes." Thesis, Montpellier 2, 2011. http://www.theses.fr/2011MON20182/document.

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Abstract:

Afin d'étudier la granulo- et la morpho-dépendance des propriétés d'énergies de surface de solides divisés, plusieurs lots de TiO2 anatase ont été synthétisés. Une série de matériaux parfaitement définis avec des morphologies allant de sphéroïdale à facettée, dans des gammes de tailles allant de 4 à 20 nm a été obtenue grâce aux modifications de conditions de pH et la présence d'acides organiques. La combinaison de différentes molécules sonde a permis de déterminer l'hétérogénéité énergétique superficielle de ces matériaux, aux interfaces solide/gaz et solide/liquide. La volumétrie de quasi-équilibre à basse pression (N2/Ar) couplée à la méthode de modélisation DIS et la microcalorimétrie à écoulement de gaz (NH3) ont mis en évidence les contributions des différentes faces cristallographiques et les effets de la cristallinité. Ces mêmes propriétés ont été analysées grâce à la titration potentiométrique en milieu aqueux (H+/OH-), couplée à la procédure TDIS (détermination du PCN et des distributions d'affinité de protons). Cette stratégie a permis une étude complète des propriétés superficielles énergétiques et géométriques des nanomatériaux
In order to study the relationships between the particle size, the morphology and the surface energy properties of divided solids, several batches of TiO2 anatase were synthesized. A series of materials with morphologies ranging from spheroidal to well faceted, with particle sizes ranging from 4 to 20 nm were obtained by adjusting the pH conditions and the presence of organic acids. The surface heterogeneity of these materials, at solid/gas and solid/liquid interfaces, was studied by combining various molecular probes. The low pressure quasi-equilibrium adsorption volumetry (N2/Ar) coupled with the DIS modeling approach and the flow adsorption microcalorimetry (NH3) have evidenced the various contributions of crystallographic faces and the effect of the crystallinity. These properties have also been analyzed using potentiometric titration in aqueous medium (H+/OH-), coupled with the TDIS procedure, to determine PZC and proton affinity distributions. Such a strategy has led to a complete study of the energetic and geometric surface properties of these nanomaterials

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Wojciechowska, Joanna. "Ru/TiO2-based catalysts for the hydrogenation of levulinic acid using formic acid as internal hydrogen source." Thesis, Strasbourg, 2018. http://www.theses.fr/2018STRAF061/document.

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Abstract:

Des catalyseurs Ru supporté sur TiO2 actifs et sélectifs pour l’hydrogénation de l’acide lévulinique en γ-valérolactone en présence d’acide formique comme source interne d’hydrogène ont été développés. L’élaboration d’un nouveau support, TiO2 modifié par Ca2+, permet d’améliorer la production de γ-valérolactone, grâce à la fois à une décomposition de l’acide formique plus sélective en hydrogène et à une hydrogénation de l’acide lévulinique plus efficace. Ces performances améliorées sont associées à l’existence d’interactions Ru/support plus fortes avec une adsorption du CO plus faible, et à une basicité accrue du support. Elles ont été exaltées par la mise en œuvre d’une synthèse photo-assistée sous lumière solaire comme alternative soutenable à l’imprégnation par voie humide, permettant d’obtenir des particules sub-nanométriques de distribution de taille étroite. Il a été montré qu’un profile de type volcano centré sur 1.5 nm relie l’activité catalytique à la taille des particules
Active and selective Ru catalysts based on TiO2 supports have been developed for the combined hydrogenation of levulinic acid to γ-valerolactone with internal hydrogen supply via in-situ formic acid decomposition. A controlled modification of the TiO2 support by Ca2+ improved the catalytic performance in the one-pot hydrogenation, as a result of enhanced performances in both the formic acid dehydrogenation and the levulinic acid hydrogenation. The improved performances were associated to stronger Ru/support interactions with weaker CO adsorption, as well as to an increased support basicity. The performances were further exalted thanks to a one-step solar light photon-assisted synthesis method used as sustainable alternative to classical wet impregnation. It enabled the uniform dispersion of sub-nanometric metallic Ru particles with narrow distribution and fine size monitoring, and a volcano-type profile centered at 1.5 nm was demonstrated between the nanoparticle size and the activity

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RENAULT, MORCRETTE ALICE. "Etude de la photoactivite du dioxyde de titane tio 2 : apport de la resonance paramagnetique electronique." Paris 6, 2000. http://www.theses.fr/2000PA066406.

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Abstract:

Tio 2 entre dans la composition de divers produits industriels tels que les pigments, les filtres anti-uv, les photocatalyseurs pour revetements anti-salissures etc. Pour les 2 premieres applications, la photoactivite doit etre faible afin d'eviter une degradation de la matrice dans laquelle tio 2 est disperse alors qu'elle doit etre forte pour la photocatalyse. Il est donc important de comprendre les mecanismes de la photoactivite qui dependent de nombreux parametres tels que la structure cristalline, la taille des particules, l'etat de surface, les impuretes nous avons etudie des produits industriels varies afin d'evaluer l'influence de ces parametres. Les defauts paramagnetiques photogeneres dans ces materiaux et entrant en jeu dans le mecanisme ont ete etudies par rpe. Ils dependent des conditions d'irradiation et des caracteristiques des echantillons. A basse temperature, des centres ti 3 + et o - ont ete mis en evidence dans le rutile et dependent de la nature et de la teneur en impuretes. Ces defauts peu stables sont des pieges transitoires, jouant le role d'intermediaires dans le mecanisme. Plus ils sont nombreux, plus les materiaux sont photoactifs. En effet, situes pres de la surface, ils concentrent l'excitation pres des especes reactives directement responsables de la photoactivite. Ces especes sont des groupements ti 4 +oh - de surface qui piegent un exciton apres irradiation a 300 k et apres recombinaison dissociative activee thermiquement conduisent a la formation d'un ion ti 3 + s (jamais identifie jusqu'alors) et d'un radical ho. Le mecanisme propose a partir de l'etude du rutile s'applique a l'anatase a plus basse temperature. L'energie d'activation est donc plus faible dans ce cas, ce qui expliquerait pourquoi l'anatase est plus photoactive que le rutile. Quant au revetement de surface, il ne bloque pas totalement la photoactivite mais diminue la surface libre de tio 2 accessible aux reactifs et dans certains cas, piege les radicaux superoxydes produits.

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Armand, Lucie. "Effet des nanoparticules de dioxyde de titane sur les métalloprotéases, influence des paramètres physicochimiques." Phd thesis, AgroParisTech, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00771963.

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Abstract:

Une exposition aux nanoparticules (NP) de dioxyde de titane (TiO2) peut entraîner un remodelage matriciel, dans lequel la Matrix Metalloprotéase-1 (MMP-1) notamment pourrait jouer un rôle important. Pour vérifier cette hypothèse, nous avons 1/ mesuré l' expression de la MMP-1 sur des fibroblastes pulmonaires humains après exposition à des particules de TiO2 de différentes tailles, formes et variétés cristallines, ainsi qu' une NP de noir de carbone (NC), et 2/ administré des NP de TiO2 et de NC sur un modèle d‟emphysème pulmonaire induit par l' élastase chez le rat. Sur les fibroblastes pulmonaires humains, certaines NP de TiO2 induisent l' expression de la MMP-1 via l' interleukine-1β (IL-1β) et augmentent son activité. Les particules de TiO2 micrométriques induisent l' expression de la MMP-1 sans lien avec l' IL-1β et les NP de NC ne modulent pas l' expression de la MMP-1. L' exposition des rats aux NP de TiO2 n' entraîne pas d' effet ; l' exposition aux NP de NC entraîne une inflammation et une induction de l' expression de la MMP-12. Cette exposition aggrave, de plus, l' inflammation provoquée par l' élastase, ce qui n' est pas observé avec les NP de TiO2. Au total, notre travail montre bien un rôle pour les NP de TiO2 dans le remodelage matriciel, via l' induction et l' activation de la MMP-1 in vitro. In vivo, les NP de NCpeuvent aggraver ceertaines réponses à l' élastse. La composition chimique et la taille des particules semblent être des déterminants importants de leurs effets.

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Liu, Chia-Erh. "Synthèse et caractérisation de nano-cristallites de TiO² à basse température : stabilisation de solutions colloïdales et dépôts par voie chimique." Nantes, 2008. http://www.theses.fr/2008NANT2049.

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Abstract:

Parmi les propriétés physico-chimiques des oxydes de titane, la photoactivité est sans doute la plus attractive en raison de ses nombreuses applications dans le domaine de la protection de l’environnement : purification de l’air et décontamination de l’eau, photo-électrolyse de l’eau, photo-superhydrophilicité et production d’énergie avec le photovoltaïque. La mise en œuvre de ce matériau dans les cellules photovoltaїques de IIIème génération nécessite la réalisation d’un film mince et dense de TiO2 permettant d’éviter les court-circuits, surmonté d’un dépôt nanostructuré et poreux afin d’optimiser la collecte des porteurs de charge photogénérés, dans un gel photosensible à base d’oxyde de titane. Afin d’obtenir ces deux dépôts qui possèdent les caractéristiques souhaitées, il importe de mieux comprendre les mécanismes de la polycondensation des oxydes de titane à l’échelle atomique et de caractériser leurs propriétés; ensuite, il faut préparer des suspensions stables pour réaliser les dépôts par voie humide. Les études précédemment menées au sein de l’Institut des Matériaux Jean Rouxel, ont permis de synthétiser différentes variétés d’oxyde de titane par l’hydrolyse du précurseur [Ti8O12(H2O)24]Cl8. HCl. 7H2O en présence de l’hydroxyde de tétraméthylammonium (TMAOH) en milieu aqueux, dans des conditions thermiques douces(≤120°C) en ajustant le rapport de Ti/TMAOH donc le pH. Pour un rapport R = Ti/OH = 0. 47, la structure lamellaire (TMA)2Ti2O4(OH)2 obtenue est caractérisée principalement par diffraction des rayons X et MET. Si la détermination de la structure n’a pas pu être complètement résolue, la modélisation par DFT a permis de confirmer un jeu de paramètres de maille dont la validité a été, par la suite, confirmée par affinement du diagramme de diffraction des rayons X. Par ailleurs, les distances interfeuillets ont été modulées par ajout de surfactants qui peuvent être photo-dégradés sous irradiation UV et conduire à des dépôts de TiO2 présentant une morphologie poreuse. Les rapports R = 0. 6 et R = 0. 8 permettent sélectivement de synthétiser à T<100°C, des nanocristallites d’oxydes de titane de structure brookite et anatase, respectivement. Leurs formules sont TiO1. 89(CO3)0. 05(OH)0. 13(H2O)0. 02 pour R = 0. 6 et TiO1. 88(CO3)0. 03(OH)0. 18(H2O)0. 09 pour R = 0. 8. Les carbonates adsorbés peuvent être liés au cation métallique sous deux formes : bidentate et monodentate La présence de ces groupements carbonates serait responsable des déformations du réseau observées par microscopie électronique sur les formes basse température de TiO2. Afin de vérifier l’influence des carboxylates, l’ajout d’acide malonique a été effectué dans ce système pour R = Ti/OH = 0. 4 et pH 8~9. Les particules d’anatase croissent préférentiellement selon [101] sous forme de bâtonnets. Les poudres avec R = 0. 8 et R = 0. 4 contenant l’acide malonique s’auto-arrangent en plaquettes denses et plates, de dimensions micrométriques. Les conditions de préparations de dépôts ont été étudiées : la stabilité des suspensions, les paramètres de trempage-retrait et tournette, le traitement de substrat SnO2/F. Un dépôt dense d’anatase avec une épaisseur de 50/80 nm et un dépôt poreux non cristallisé ont été obtenus. Les recherches visant à améliorer l’épaisseur des dépôts et la cristallinité sont en cours pour le développement de cellules photovoltaïques de IIIème génération

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D'Elia, Daniela. "Elaboration et étude de nanostructures de TiO2 pour la production d'hydrogène par photolyse de l'eau." Paris, ENMP, 2011. https://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00636920.

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Abstract:

L'hydrogène est considéré comme un vecteur énergétique de très forte potentialité (pour faire face à l'épuisement des ressources fossiles et le réchauffement climatique). Parmi les nombreux points à améliorer, sa production selon un procédé propre mobilise des efforts certains. Le processus de photolyse de l'eau sous irradiation solaire est l'un des plus pertinents (recours aux énergies renouvelables, catalyseur abondant et bon marché, température ambiante,. . . ). Cependant, son rendement est actuellement encore très faible. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'impact de la morphologie et de la nanostructure du semi-conducteur de référence - le dioxyde de titane (TiO2) - sur ses performances de production d'hydrogène par photolyse de l'eau. Pour cela, trois types de nanostructures d'anatase radicalement différentes ont été élaborées et finement caractérisées : i) des nanoparticules (par précipitation suivie d'une cristallisation hydrothermale), ii) des structures allongées de type nanofils (par le procédé " Kasuga ") et iii) des matériaux nanostructurés de type aérogels et xérogels. Les plus originales d'entre elles ont été dopées selon des procédés de la littérature, soit par voie cationique (nanofils dopés au Vanadium), soit par voie anionique (aérogels et xérogels dopés à l'azote). Les nanomatériaux les plus prometteurs ont été évalués en suspension, avec ou sans dépôt de platine, vis-à-vis de la photogénération. Il ressort de cette étude que les nanofils et les aérogels sont très pertinents pour l'application visée. Dans les conditions expérimentales suivies, les aérogels présentent notamment des taux de conversion nettement supérieurs à ceux du photocatalyseur de référence (i. E. Un mélange de poudres d'anatase et de rutile)
Hydrogen is considered as an energy carrier of high potentiality to face problems related to the climate change and the depletion of fossil resources. Among the necessary improvements, its production through clean processes is still a big challenge. The water photolysis process under sun irradiation is one of the most relevant ones (usage of renewable energy, abundant and cheap catalyst, room temperature. . . ). The energetic efficiency is however still too low. The objective of this thesis is to study the impact of the morphology and the nanostructure of the reference semiconductor - titanium dioxide (TiO2) - on its performa nce for water splitting. To this end, three types of radically different anatase nanostructures have been prepared and finely characterized: i) nanoparticles (precipitation followed by hydrothermal crystallisation), ii) elongated nanowire-like structures ("Kasuga" process) and iii) aerogels and xerogels like nanostructured materials. The most original ones have been doped following literature processes in order to get vanadium doped nanowires and nitrogen doped aerogels and xerogels. Slurries of the most promising materials have then been evaluated for hydrogen evolution, with or without platinum co-catalyst. It came out from this study that the nanowires and the aerogels were relevant for the foreseen application. Under the chosen experimental conditions, aerogels showed a conversion activity clearly higher than that of the reference photocatalyst (a mixture of anatase and rutile)

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Bouhadoun, Sarah. "Synthèse de nanoparticules de dioxyde de titane par pyrolyse laser et leur application en photocatalyse." Thesis, Université Paris-Saclay (ComUE), 2015. http://www.theses.fr/2015SACLS003/document.

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Abstract:

Le dioxyde de titane suscite un grand intérêt dans le domaine de la photocatalyse. Cependant, il n'utilise que la composante UV du flux solaire soit 4-5 % de l'énergie disponible. Un objectif de cette thèse est d'élaborer un matériau capable d'absorber dans le visible tout en restant actif sous lumière UV. Des nanoparticules de dioxyde de titane modifiées avec de l'or et/ou de l'azote ont été synthétisées par pyrolyse laser. Les poudres obtenues ont été caractérisées systématiquement par différentes techniques physico-chimiques (analyse ICP-AES), structurales (DRX), morphologiques et texturales (MET, MEB, BET), optiques (Spectroscopie UV-Visible) et électroniques (XPS, RPE et TRMC). Les particules présentent une structure cristalline majoritairement anatase, avec une taille moyenne de l'ordre de 7-10 nm. Leur efficacité photocatalytique a été évaluée par HPLC vis-à-vis de la dégradation d'acides carboxyliques (C1-C4) sous lumière UV et Visible. Les résultats photocatalytiques obtenus sur un polluant modèle (l'acide formique) ont révélé que sous UV le TiO2 préparé par pyrolyse laser est nettement plus actif que la référence commerciale. La modification à l'or améliore encore l'efficacité en facilitant le transfert de charge, alors que le dopage à l'azote introduit des sites de recombinaison provoquant donc un effet négatif. Ces résultats ont été corrélés à la dynamique des porteurs de charge étudiée par TRMC (Time Resolved Microwave Conductivity). La combinaison des deux élèments Au et N montre une efficacité proche de la référence commerciale, tout en introduisant une activité dans le visible. Dans le cas des acides à plus longue chaîne, la photoactivité des différents photocatalyseurs est proche de la référence commerciale sous lumière UV, mais reste très limitée dans le visible. La compréhension des mécanismes de dégradation a été abordée par la Résonance Paramagnétique Electronique (RPE)
Titanium dioxide is the most widely used photocatalyst due to its amazing properties. However, TiO2 is activated by UV radiation which represent about 4-5 % of solar light. One aim of this work is to shift the adsorption of TiO2 to the visible range while maintaining photoactivity under UV. Therefore N-doped and gold modified TiO2 nanoparticles have been synthesized in one step by laser pyrolysis. The materials have been characterized; their photocatalytic activity was evaluated by the degradation of carboxylic acids (C1-C4) under both UV and Visible irradiation. When dealing with the decomposition of formic acid under UV light, all samples exhibit a higher activity compared to commercial P25. Modification with Au increases the reaction rate by enhancing charge separation, while N-doped sample are less efficient due to recombination centers induced by Nitrogen. These results were correlated to the dynamic of electron/hole pairs studied by TRMC (Time Resolved Microwave Conductivity). Moreover, the combination of Au and N showed an efficiency similar to commercial P25 under UV irradiation associated to photoactivity in the visible range. In the case of C2-C4 acids, photocatalytic performances of all photocatalysts are similar to commercial P25 under UV, but very weak under visible light. Degradation mechanisms were investigated by ESR (Electron Spin Resonance)

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Salou, Samantha Eva. "Détection et quantification de nanoparticules de dioxyde de titane dans les fluides biologiques par Simple Particule ICP-MS." Doctoral thesis, Université Laval, 2021. http://hdl.handle.net/20.500.11794/68758.

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Abstract:

L’utilisation de nanoparticules a permis de révolutionner divers secteurs industriels, notamment la cosmétique, l’alimentaire ou encore la pharmaceutique. Leur omniprésence dans les produits de consommation génère une forte inquiétude vis-à-vis de la santé des utilisateurs. Le dioxyde de titane est largement utilisé en tant qu’additif alimentaire, agent blanchissant ou filtre UV. Son utilisation importante expose l’être humain à un potentiel risque de toxicité. De nombreuses études épidémiologiques menées sur des animaux ont mis en lumière les effets néfastes d’expositions chroniques. Les méthodes existantes pour caractériser et quantifier les nanoparticules dans les fluides biologiques ne sont pas adaptées. Le sang et l’urine étant des matrices complexes, les outils d’analyse couramment utilisés manquent de sensibilité, de spécificité et de sélectivité. Afin de pallier ces limitations, il est indispensable de développer des méthodes rapides, simples, précises et robustes, basées sur des approches novatrices, afin de pouvoir détecter et quantifier les nanoparticules de dioxyde de titane dans ces matrices biologiques. Ce projet s’inscrit dans une démarche globale de statuer quant à l’exposition humaine aux nanoparticules de dioxyde de titane. Ainsi, l’objectif et l’innovation de cette thèse résident dans le développement de méthodes rapides, simples, précises et robustes, pouvant être utilisées sur une base routinière afin de détecter et quantifier les nanoparticules de dioxyde de titane dans divers fluides biologiques tels que l’urine et le sang. Un premier effort fut réalisé au niveau de la préparation d’échantillon, la majorité des techniques d’analyse nécessitant un échantillon en suspension. Le dioxyde de titane présente une forte tendance à l’agglomération et à l’agrégation, il doit au préalable être mis en suspension et stabilisé afin de garantir une mesure fiable de la taille, de la distribution des tailles et de la concentration. Le développement des méthodes analytiques repose sur l’utilisation de la Simple Particule ICP-MS, connue pour sa préparation d’échantillon minimale, sa rapidité et son applicabilité en routine. L’urine et le sang sont enrichis en nanoparticules de dioxyde de titane afin d’optimiser les différents paramètres d’analyse. Afin de garantir la fiabilité des méthodes et de pouvoir les utiliser en routine, une validation selon la norme ISO/CEI 17025:2017 est indispensable. Ainsi, cette thèse propose une méthodologie complète pour l’analyse des nanoparticules de dioxyde de titane dans l’urine et le sang. Pour accompagner le lecteur, une partie théorique sera consacrée aux propriétés physiques et chimiques de l’élément d’intérêt. De même, l’ensemble des stratégies permettant leur quantification sera détaillé afin de comprendre tous les tenants et aboutissants de cette thèse.
The use of nanoparticles has revolutionized many industrial sectors, including cosmetics, food and even pharmaceuticals. Their omnipresence in consumer products is raising major concerns about users’ health. Titanium dioxide is widely used as a food additive, whitening agent or UV filter. Its extensive use exposes humans to potential risk of toxicity. Many epidemiological studies on animals have highlighted the harmful effects of chronic exposure on various organs, sometimes leading to numerous diseases. In the case of the analysis of biological fluids, the existing methods of quantification are not suitable. Blood and urine being complex matrices, commonly used analytical tools suffer from a lack of sensitivity, specificity and selectivity. In order to overcome these limitations, it is essential to develop faster, simpler, more precise and robust methods based on innovative approaches to be able to detect and quantify titanium dioxide nanoparticles in these biological matrices. This project is part of a global vision to understand and assess human exposure to titanium dioxide nanoparticles. The aim of this thesis is to develop unique innovative methods that can be employed on a routine basis to detect and quantify those nanoparticles in various biological fluids such as urine and blood. Particular attention should be paid to the sample preparation, as most analytical techniques require particle suspension. Titanium dioxide having a strong tendency to agglomerate or aggregate, an approach to stabilize suspensions had to be optimized to ensure reliable size and concentration determination. Analytical methods were developed using an innovative technique, Simple Particle-ICP-MS, dedicated to monitoring individual nanoparticles. This specialized technique is a fast, robust, sensitive metrological tool requiring limited sample preparation. Urine and blood samples are spiked with titanium dioxide nanoparticles to optimize the detection parameters. To ensure the reliability of those methods and use them in a routine mode, validation according the ISO/CEI 17025:2017 guidelines is essential. Thus, this thesis presents a complete methodology for the analysis of titanium dioxide nanoparticles in urine and blood samples. To guide the reader, a theoretical part dealing with the physico-chemical properties of the element of interest will be provided. In addition, overall strategies on their quantification will also be detailed in order to demonstrate the novelty of this work.

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Ishchenko, Olga. "Elaboration of plasmonic nano-composites and study of their specific catalytic activities." Thesis, Strasbourg, 2016. http://www.theses.fr/2016STRAF042/document.

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Abstract:

L’objective est d’améliorer l’activité photocatalytique de TiO2 sous irradiations UV et Visible. Pour contourner les limites de TiO2 intrinsèque nous envisageons une fabrication de nanocomposite plasmonique à base de nanofils de TiO2 périodiquement organisés et assemblés avec des nanoparticules plasmoniques. Pour la fabrication des nanofils de TiO2 mécaniquement stables, deux approches ont été réalisées. La première approche est basée sur la croissance sélective en phase vapeur, la deuxième approche consiste en l’utilisation d’un moule de membranes AAO et d’un dépôt de films conformes par ALD. En parallèle les films de TiO2déposés par ALD sont assemblés avec les nanoparticules plasmoniques d’or. Les différentes architectures de TiO2 sont valorisées par des tests photocatalytiques (UV et Visible) sur les polluants modèles. Une nouvelle approche de la fabrication des films mesoporeux d’H-TiO2 avec efficacité photocatalytique à la fois sous irradiation UV et Visible est développée
The objective of this thesis is to improve the photo-response of well-known photocatalytic material such as TiO2, which is usually only active in the UV range. The basic idea is to assemble several approaches within one device to improve the photocatalytic properties: fabrication of periodically-organised TiO2 nanostructures and their assembly with plasmonic nanoparticles. Two fabrication strategies were investigated for these purposes. The first approach consists of selective vapour phase growth. The second approach implements the use of an AAO template. In parallel, TiO2 films deposited by ALD and assembled with plasmonic gold nanoparticles are investigated. The photocatalytic measurements on various TiO2 architectures were performed in both irradiation ranges UV and Vis. A new fabrication approach of mesoporous H-TiO2 films was developed giving promising results of photocatalytic efficiency improvement in both UV and Visible ranges

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Bernier, Marie-Charlotte. "Étude des interactions de nanoparticules de dioxyde de titane manufacturées avec des cellules et des biomolécules." Compiègne, 2011. http://www.theses.fr/2011COMP1973.

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Abstract:

Les propriétés particulières des nanoparticules de dioxyde de titane (nTiO2) liées à leur petite taille (<100 nm) en font des matériaux utilisés dans de nombreuses applications de la vie quotidienne (cosmétiques, biomatériaux…). Cependant, leurs effets sur la santé humaine et sur l’environnement sont encore mal connus. Dans notre étude, des nTiO2 anatase et des nTiO2 rutile enrobées de silice ont été testées sur deux lignées cellulaires murines modèles : les pré-ostéoblastes MC-3T3 et les fibroblastes L929. Afin de comprendre les mécanismes de leur cytoxicité, l’état d’agrégation des nTiO2 dans les différents milieux de culture a été étudié, ainsi que leur interaction avec la protéine majoritaire de la matrice extracellulaire, la fibronectine (Fn). Les conséquences de ces interactions sur l’adhésion des cellules MC-3T3 à des revêtements de Fn ont également été évaluées. Nous avons pu mettre en évidence une cytotoxicité des nTiO2 dépendante du type cellulaire étudié, de la dose de nanoparticules, mais également de la nature chimique de la surface des nanoparticules. L’interaction des nTiO2 avec la Fn et la diminution de l’adhésion cellulaire dépendent aussi de la concentration et des propriétés de surface des nanoparticules. Par ailleurs, nos études de cytotoxicité concernant les pré-ostéoblastes ont montré une sécrétion de fortes doses de la cytokine pro-inflammatoire IL-6, connue pour induire l’ostéolyse via l’activation d’ostéoclastes. Ainsi notre étude met en évidence l’urgence de reconsidérer l’utilisation de biomatériaux nanostructurés qui pourraient inhiber la reconstruction osseuse
The small size (<100 nm) of titanium dioxide nanoparticles (nTiO2) gives them special properties that make them usefull for many everyday life applications (cosmetics, biomaterials. . . ). However, their effects on human health and the environment remain unkown or misunderstood. In this study, anatase nTiO2 and silica-coated rutile nTiO2 were tested on two murine cell lines: MC-3T3 pre-osteoblasts and L929 fibroblasts. In order to understand the cytotoxic mechanisms, TiO2 nanoparticles aggregation in different culture media and their interaction with fibronectin (Fn) –the major protein of the extracellular matrix– were studied. The consequences on MC-3T3 cell adhesion to Fn coatings were also evaluated. We have demonstrated that nTiO2 cytotoxicity depends on their concentration, the cell type, and the chemical nature of the nanoparticle surface. The interaction of nTiO2 with Fn and the decrease of cell adhesion also depend on the concentrations and surface’s nature of nanoparticles. Moreover, our cytoxicity studies concerning pre-osteoblasts have shown a secretion of high levels of the pro-inflammatory cytokine IL-6, known to mediate osteolysis by osteoclast activation. Thus, our study highlights the urgent need to reconsider the use of nanostructured biomaterials and to determine if they could inhibit bone reconstruction

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Rossano, Manon. "Utilisation des nanoparticules de dioxyde de titane dans les émulsions cosmétiques : impact sur la santé humaine et l'environnement." Thesis, Le Havre, 2014. http://www.theses.fr/2014LEHA0003/document.

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Abstract:

Le dioxyde de titane, composé minéral très utilisé dans les produits cosmétiques de protection solaire, est depuis peu incorporé sous forme de nanoparticules, ce qui suscite des interrogations sur les risques sanitaires induits. Nous avons élaboré un protocole d’émulsions huile-dans-eau permettant l’incorporation de nanoparticules de TiO2 à différents pourcentages (2,5-10%) et présentant deux traitements de surface hydrophobes distincts : un coating hybride isopropyl titanium triisostearate / triethoxycaprylylsilane et un coating triethoxycaprylylsilane. L’incorporation des nanoparticules permet de conserver la structure microscopique de l’émulsion et dans le même de temps de renforcer les propriétés rhéologiques. Les analyses physico-chimiques ont montré que l'état de floculation initial des émulsions est coating-dépendant. A 50°C, les émulsions se déstabilisent au cours du temps jusqu’à une agrégation très marquée des nanoparticules, et ce moins rapidement pour le coating hybride. Les formulations avec et sans nanoparticules sont légèrement cytotoxiques, avec un effet plus marqué pour les fortes concentrations en TiO2 et après vieillissement de 40 jours à hautes températures. Nous avons démontré que l’état de surface des nanoparticules extraites des formulations est modifié au cours du vieillissement par une adsorption de certains constituants de l’émulsion à la surface des nanoparticules. Ces nanoparticules modifiées sont plus cytotoxiques que les nanoparticules brutes. Les mécanismes de vieillissement induisent donc la libération de résidus de nanomatériaux plus toxiques que leur état initial, et pourraient conduire à un risque sanitaire pour l'homme l'environnement
Titanium dioxide, the most commonly used mineral compound in cosmetic sunscreen products, has recently been incorporated in the form of nanoparticles, which raises health issues. We have developed a protocol of oil-in-water emulsions that enables the incorporation of different amount (2.5-10%) of TiO2 nanoparticles coated with two distinct hydrophobic surface treatments: an isopropyl titanium triisostearate / triethoxycaprylylsilane hybrid coating and a triethoxycaprylylsilane coating. The incorporation of nanoparticles preserves the microscopic structure of the emulsion while enhancing the rheological properties. Physico-chemical analyses showed that the initial state of flocculation of the emulsions is coating-dependant. At 50°C, emulsions destabilize over time until a strong aggregation of nanoparticles, in a delayed way for the hybrid coating. Formulations with and without nanoparticles appear slightly cytotoxic, with an enhanced effect for high amount of TiO2 and for a 40 days aging at high temperatures. We have shown that the surface of nanoparticles extracted from the formulations has been modified during aging, due to an adsorption of chemicals of the emulsion to the nanoparticle surface. Such modified nanoparticles become more cytotoxic if compared to raw nanoparticles. Aging mechanisms can therefore release nanomaterials residues with an increased toxic activity compared to their initial state, and thus could lead to health hazard for humans and for the environment

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Vu, Thi Thuy Duong. "TiO₂ and its derivatives : synthesis, characterization and application in H₂ production via water splitting and in bulk heterojunction solar cells." Doctoral thesis, Université Laval, 2015. http://hdl.handle.net/20.500.11794/25661.

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Abstract:

Dans un contexte de crise environnementale et d'épuisement des ressources énergétiques conventionnelles, le modèle énergétique obsolète fondé sur les combustibles fossiles doit être redéfini et redessiné. Malgré plusieurs types d'énergies alternatives renouvelable en développé et en cours de développé, en sachant qu'elles jouent un rôle important à moyen et long terme, l'utilisation de l'énergie solaire présente actuellement un grand intérêt aux scientifiques. La production d'hydrogène par la dissociation de l'eau et le dispositif photovoltaïque en convertit directement la lumière solaire en électricité devient plus compétitifs mais son coût ne cesse de diminuer en parallèle du progrès de la technologie. En conséquence, cette thèse concentre sur la synthèse et la modification de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) et aussi parlant de la fabrication et de l'optimisation des dispositifs basés sur ces nanoparticules pour des applications photovoltaïque et de la photo-catalyse par la dissociation de l’eau. La synthèse et la modification des nanoparticules de TiO2 ont été optimisées pour contrôler la morphologie des particules, spécialement leur taille et leur forme, en utilisant différents types de surfactants. Ceci nous a permis de développer des nanoparticules de TiO2 avec différentes formes, telles que les nanosphères, les nanotiges, les nanorhombiques, et différentes tailles allant de 3 x 40 nm à 3 x 20 nm. L’effet du surfactant sur la morphologie des nanoparticules de TiO2 a été soigneusement caractérisé et analysé. La modification de la surface des nanoparticules de TiO2 ainsi développées par du sulfure de cadmium (CdS) a été optimisée dans le but de les utiliser dans les cellules solaires hybrides à hétérojonction volumique (BHJs) et aussi pour la production d’hydrogène via la dissociation de l’eau. Il a été démontré que l’efficacité de conversion de la puissance énergétique des BHJs a été augmentée de l'ordre de 17 fois en utilisant les nanotiges modifiées TiO2/CdS comparativement au nanotiges TiO2 non modifiées. Finalement, il a été démontré que la modification en surface des nanoparticules de TiO2 par du CdS et du Nickel menait à une nette amélioration dans la performance production d’hydrogène via la dissociation de l’eau. Cette réaction de dissociation présentait une stabilité.
In a context of environmental crisis and depletion of conventional energy resources, the current energy model based on fossil fuels is obsolete and needs to be redefined and redesigned. Even though, there are many different renewable alternatives developed or under developing, which are expected to take a main role in the middle and long term. The use of energy from the sun is currently attracting much attention from the scientists. For example, hydrogen generation via water splitting and photovoltaic devices that convert directly sunlight into electricity become more competitive as the cost continues to decrease with the technology advancement. Taking this into account, this thesis is focused on the synthesis and modification of titanium dioxide nanoparticles (TiO2 NPs) and the development and optimization of devices based on these nanoparticles for photovoltaic applications and photocatalyst water splitting. The synthesis of TiO2 NPs was mainly emphasized on controlling the morphologies, especially their shape and size, by using different types of capping agents. TiO2 NPs with various shapes, such as nanosphere, nanorod, nanorhombic, and various sizes from 3 x 40 nm to 3 x 20 nm were achieved. The effects of capping agent on TiO2 NPs morphologies were characterized and analyzed carefully. Based on the developed TiO2 NPs, cadmium sulfide (CdS) was deposited on the surface of TiO2 NPs, and then was optimized for the hybrid bulk heterojunction solar cells (BHJs) and photocatalytic hydrogen production via water splitting. Especially, with the use of TiO2-based nanocomposites in BHJs systems, it showed improvement of around 17 times in power efficiency conversion compared to the system used unmodified TiO2 NPs. On the other hands, with the use of a new non-noble metal-nanocomposites composed of CdS/TiO2, and Nikel clusters, the performance of the photocatalytic hydrogen production via water splitting system was enhanced and it showed that the reaction is stable up to 15h.

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D'Elia, Daniela. "Élaboration et étude de nanostructures de TiO2 pour la production d'hydrogène par photolyse de l'eau." Phd thesis, École Nationale Supérieure des Mines de Paris, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00636920.

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Abstract:

L'hydrogène est considéré comme un vecteur énergétique de très forte potentialité (pour faire face à l'épuisement des ressources fossiles et le réchauffement climatique). Parmi les nombreux points à améliorer, sa production selon un procédé propre mobilise des efforts certains. Le processus de photolyse de l'eau sous irradiation solaire est l'un des plus pertinents (recours aux énergies renouvelables, catalyseur abondant et bon marché, température ambiante, ...). Cependant, son rendement est actuellement encore très faible. L'objectif de cette thèse est d'étudier l'impact de la morphologie et de la nanostructure du semi-conducteur de référence - le dioxyde de titane (TiO2) - sur ses performances de production d'hydrogène par photolyse de l'eau. Pour cela, trois types de nanostructures d'anatase radicalement différentes ont été élaborées et finement caractérisées : i) des nanoparticules (par précipitation suivie d'une cristallisation hydrothermale), ii) des structures allongées de type nanofils (par le procédé " Kasuga ") et iii) des matériaux nanostructurés de type aérogels et xérogels. Les plus originales d'entre elles ont été dopées selon des procédés de la littérature, soit par voie cationique (nanofils dopés au Vanadium), soit par voie anionique (aérogels et xérogels dopés à l'azote). Les nanomatériaux les plus prometteurs ont été évalués en suspension, avec ou sans dépôt de platine, vis-à-vis de la photogénération. Il ressort de cette étude que les nanofils et les aérogels sont très pertinents pour l'application visée. Dans les conditions expérimentales suivies, les aérogels présentent notamment des taux de conversion nettement supérieurs à ceux du photocatalyseur de référence (i.e. un mélange de poudres d'anatase et de rutile).

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Biola-Clier, Mathilde. "Génotoxicité et impact de nanoparticules de dioxyde de titane sur la réparation de l’ADN dans des cellules alvéolaires pulmonaires." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2016. http://www.theses.fr/2016GREAV004/document.

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Abstract:

Le dioxyde de titane (TiO2) compte parmi les nanoparticules (NP) les plus produites dans le monde. Ce constat soulève la question de sa toxicité, en particulier par inhalation, voie d'exposition la plus probable en milieu professionnel. Il a été montré précédemment in vitro que ces NP induisent des dommages à l'ADN et réduisent l'activité de réparation de l'ADN. L'objectif est ici d'étudier les mécanismes de toxicité sous-jacents à l'aide de cellules épithéliales alvéolaires humaines A549 exposées à 1-100 µg/mL de NP de TiO2 pendant 4-48 h. L'expression de 40 gènes et de 6 protéines de réparation de l'ADN a été étudiée par RT-qPCR et western-blot. L'impact des NP de TiO2 sur des régulateurs amont comme la méthylation des promoteurs de certains de ces gènes, l'activité du protéasome et la signalisation cellulaire par phosphorylation a également été investigué. De plus les profils de cyto-/géno-toxicité et d'expression des gènes de réparation de l'ADN ont été comparés avec ceux des cellules épithéliales bronchiques BEAS-2B. Les résultats montrent une répression globale des gènes et des protéines dans l'ensemble des voies de réparation de l'ADN. Cette répression pourrait être due en partie à la répression de régulateurs transcriptionnels et à l'augmentation de la méthylation de certains promoteurs et de l'activité caspase du protéasome. Les NP de TiO2 engendrent par ailleurs une perturbation du phosphoprotéome. Invisible à l'échelle du phosphoprotéome entier, celle-ci impacte de nombreuses protéines impliquées dans divers processus cellulaires, reflétant les effets toxiques connus de ces NP. On note en particulier un impact sur le cycle cellulaire, mais pas sur la prolifération, ainsi que la dérégulation du niveau de phosphorylation de quelques protéines liées à la réparation de l'ADN. Enfin on relève des profils de cyto-/géno-toxicité et d'expression des gènes de réparation de l'ADN similaires dans les cellules A549 et BEAS-2B, ce qui renforce la pertinence de ces modèles dans le cadre de l'étude de la génotoxicité des nanomatériaux. Dans l'ensemble, ces données apportent de nouvelles pistes d'explication des mécanismes de toxicité des NP de TiO2, qui pourraient notamment expliquer la chute précédemment observée des capacités cellulaires de réparation de l'ADN
Titanium dioxide (TiO2) belongs to the top nanoparticles (NPs) most produced worldwide. This raises the question of their impact on human health, especially through inhalation, which is the main exposure route in occupational settings. It was previously shown in vitro that these NPs induce DNA damage and impair DNA repair activity. The aim here is to study the underlying toxicity mechanisms, in human A549 epithelial alveolar cells exposed to 1-100 µg/ml TiO2 NPs during 4-48 h. The expression of 40 genes and 6 proteins involved in DNA repair was investigated by RT-qPCR and western-blotting. The impact of TiO2 NPs on upstream regulators such as the methylation rate of some corresponding gene promoters, proteasome activity and cellular signaling through phosphorylation was assayed as well. Moreover cyto-/geno-toxicity and DNA repair gene expression patterns were compared with those of BEAS-2B bronchial epithelial cells. Results show a global down-regulation of genes and proteins in all DNA repair pathways. This could be partly explained by the down-regulation of transcriptional regulators and increased gene promoter methylation and caspase-like proteasome activity. TiO2 NPs also scramble the phosphoproteome. While invisible on a global scale, this dysregulation affects numerous proteins involved in diverse cellular processes, which reflect the toxicity pathways reported for these NPs. Although cell proliferation is unaffected, a significant impact is observed on cell cycle, as well as on a few proteins involved in DNA repair. Finally cyto-/geno-toxicity and DNA repair gene expression profiles are similar in both A549 and BEAS-2B cells, thereby strengthening the relevance of using any of these cell lines in nanomaterial genotoxicity studies. On the whole these data bring novel insights into TiO2-NP toxicity mechanisms, which could especially explain the previously observed impairment of DNA repair activity

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Bigorgne, Emilie. "Ecotoxicité des nanoparticules et des sous produits d'altération de dioxyde de titane sur le ver de terre, Eisenia fetida." Thesis, Metz, 2011. http://www.theses.fr/2011METZ034S/document.

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Abstract:

La production et l’utilisation des nanomatériaux manufacturés est en plein essor, ce qui entraîne leur déversement dans l’environnement sous forme de nanoparticules ou de sous produits d’altération. Les nanoparticules de dioxyde de titane sont utilisées dans un grand nombre de produits manufacturés du fait de leurs propriétés photocatalytiques et d’absorption des UV. Les risques écotoxicologiques liés aux nanoparticules de TiO2 et aux sous produits d’altération de TiO2 sur les organismes terrestres sont encore peu connus. A cette fin, des vers de terre ont été utilisés car ce sont des indicateurs clés de la qualité des écosystèmes terrestres. L’espèce Eisenia fetida employée présente l’avantage d’être facile à manipuler et est utilisée dans des tests normalisés d’écotoxicité. La toxicité potentielle des nanoparticules de TiO2 et des sous produits d’altération de TiO2 sur Eisenia fetida a été étudiée selon différentes approches: un test in vitro sur les nanoparticules de TiO2 (1 à 25 µg/ml), une exposition in vivo en milieu liquide contaminé par des SPA de TiO2 (0,1 à 10 mg/l) et une exposition in vivo en milieu solide dans des sols artificiels contaminés par des nanoparticules de TiO2 (2 à 200 mg/kg) ou par des sous produits d’altération de TiO2 (2-20 mg/kg). La toxicité des nanomatériaux de TiO2 a été évaluée en utilisant une batterie de biomarqueurs à différentes échelles biologiques : la survie et la reproduction à l’échelle de l’individu, la viabilité cellulaire (test MTT et LDH), la phagocytose et l’apoptose à l’échelle cellulaire et l’expression des ARNm des gènes des systèmes de détoxication (métallothionéine, GST), antioxydant (SOD, CAT) et immunitaire (CCF et fétidines) par RT-qPCR à l’échelle moléculaire. Nos résultats ont montré que les nanoparticules de TiO2 sont internalisées par les cellules immunitaires des vers de terre (in vitro) et que le titane est bioaccumulé par les vers exposés aux sous-produits d’altération de TiO2 dans des conditions d’exposition artificielle (milieu liquide). Seuls les biomarqueurs moléculaires (métallothionéine, CCF et fétidines) sont sensibles aux nanoparticules de TiO2 dans le test in vitro alors que les biomarqueurs moléculaire (métallothionéine et SOD) et cellulaire (apoptose et phagocytose) répondent aux sous-produits d’altération de TiO2 en milieu liquide après seulement 24h d’exposition. En revanche, dans des conditions d’exposition plus réalistes, aucun effet biologique sur la survie, la reproduction et l’expression des ARNm des gènes de détoxication, antioxydant et immunitaire n’a été observé sur les vers exposés aux sols contaminés. La faible biodisponibilité des nanomatériaux de TiO2 dans les matrices solides expliquerait l’absence d’effet biologique aux concentrations testées. Ces travaux soulignent la nécessité d’étudier le comportement, la mobilité, et la biodisponibilité des nanomatériaux avant d’évaluer leur potentielle écotoxicité
The amount of nanomaterials produced annually is constantly increasing and this trend may result in a strong input of manufactured nanoparticles in air, water, soils, and therefore in contact with organisms. Among the manufactured nanoparticles, titanium dioxide (TiO2) nanoparticles have been produced massively for their photocatalytic properties and UV absorption ability. Surprisingly, ecotoxicological risks associated with TiO2 nanoparticles and TiO2 byproducts resulting from the alteration and aging of nanomaterials are poorly documented on terrestrial organisms. The potential toxicity of TiO2 nanoparticles and TiO2 byproducts on the earthworm Eisenia fetida has been evaluated, using different approaches: the first with in vitro assay to determine toxicity of TiO2 nanoparticles (1 to 25 µg/ml), the second with in vivo exposure of earthworm to liquid medium contaminated by TiO2 byproducts (0.1 to 10 mg/l) and the third with in vivo exposure to artificial soil contaminated by TiO2 nanoparticles (2 to 200 mg/kg) or TiO2 byproducts (2-20 mg/kg). Ecotoxicity of TiO2 nanomaterials was determined using a battery of biomarkers at different biological levels: survival and reproduction at individual level, cell viability (MTT and LDH assay), phagocytosis and apoptosis at cellular level, mRNA expression of detoxification (metallothioneins, GST), antioxidant (SOD, CAT) and immunes genes (CCF and fetidins) by RT-qPCR at molecular level. Our results showed that TiO2 nanoparticles were internalized by immune cells (in vitro assay) and titanium was bioaccumulated by worms exposed to TiO2 byproducts in artificial exposure assay (liquid medium). Molecular biomarkers (metallothioneins, CCF and fetidins) were sensitive to TiO2 nanoparticles after in vitro exposures, while both molecular (metallothioneins and SOD) and cellular (phagocytosis, apoptosis) biomarkers were sensitive to TiO2 byproducts in liquid medium after only 24 hours of exposure. In contrast, in more realistic conditions of exposure, no effect on life-history traits or molecular biomarker were noticed on earthworms exposed to soils contaminated by TiO2 nanoparticles or byproducts. A low bioavailability of TiO2 nanomaterials in soil matrixes could explain the lack of effect at the concentrations tested. These results underline the necessity to evaluate mobility, behaviour and bioavailability of nanomaterials in soil matrixes before their ecotoxicity assessment

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Dudefoi, William. "Le Dioxyde de titane en alimentation : caractérisation, devenir dans les fluides digestifs et impact sur le microbiote intestinal humain." Thesis, Nantes, 2017. http://www.theses.fr/2017NANT4019/document.

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Abstract:

Le dioxyde de titane (TiO2) est un oxyde métallique utilisé en tant que pigment blanc, par exemple dans les enrobages de confiseries. Sachant que la forme alimentaire (E171/IN171) contient des nanoparticules (NPs), et que ces dernières sont classifiées comme potentiellement dangereuses par inhalation, nos travaux ont eu pour but de déterminer le devenir et l’impact des particules de E171 après ingestion. Plusieurs lots de poudre E171 ont été caractérisés et comparés à un lot de poudre P25, variété de référence de TiO2 en toxicologie (100% NPs). Nos résultats ont confirmé que la forme E171 contient des NPs, cependant à en quantité inférieure au seuil définissant l’étiquetage des nanomatériaux (50%). Comme les mêmes particules de E171 sont retrouvées intactes dans les extraits d’enrobage de plusieurs confiseries et que les propriétés physicochimiques des deux formes E171 et P25 sont très différentes, la forme E171 pourrait ainsi être préférée à l’actuel modèle P25 pour les études portant sur l’impact du TiO2 par ingestion. Le suivi des particules des variétés E171 et P25 au cours d’une digestion in vitro a montré leur forte agglomération, due à l’adsorption d’ions et de protéines composant les fluides digestifs. Cette forte agglomération (jusqu’à 90 μm dans l’intestin) explique le faible taux d’absorption du TiO2 observé in vivo. Au contact d’une flore intestinale humaine reconstituée, aucune des formes E171 ou P25 n’a eu d’effet sur la viabilité et la richesse écologique du microbiote après exposition à une dose singulière de TiO2 équivalente à l’ingestion d’une confiserie. Ces résultats doivent être à l’avenir confirmés dans le cadre d’une consommation régulière
Titanium dioxide (TiO2) is a white metal oxide commonly used as a coloring agent in food products, constituting for example the coating of confectionary. Considering that food-grade TiO2 (E171/INS171) contains nanoparticles (NPs) and that TiO2 NPs are classified as potentially harmful for humans by inhalation, we aimed to determine the fate and impact of TiO2 particles via ingestion. The physicochemical characterization of E171 samples confirmed that E171 contains NPs, however below the threshold defining the labelling of nanomaterial (50%). Moreover, they resemble TiO2 extracted from the coating of several confectioneries, indicating that they can be used directly as models of ingested particles. Furthermore, the physicochemical properties of E171 were proved to be very different from those of P25, a kind of TiO2 used as a reference in toxicology (100% NPs). Food grade E171 TiO2 may be thus preferred to the currently used model P25 for further studies on the impact of TiO2 via ingestion. Monitoring food grade TiO2 at each step of an in vitro digestion showed that, due to interactions with both ions and proteins composing the digestive fluids, TiO2 particles agglomerated all along the digestion and formed large agglomerates (up to 90μm in the intestinal phase), explaining the low absorption rate of TiO2 after ingestion observed in vivo. Finally, the impact of TiO2 on the human gut microbiota was assessed. No impact on the human gut microbiota viability and ecological richness was observed after a single dose of TiO2 equivalent to the ingestion of one piece of candy. These results are still to be confirmed for a chronic ingestion

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Vinches, Ludwig. "Évaluation expérimentale de l'efficacité des gants de protection contre les nanoparticules de dioxyde de titane dans des condtions de travail." Mémoire, École de technologie supérieure, 2013. http://espace.etsmtl.ca/1212/1/VINCHES_Ludwig.pdf.

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Abstract:

Les nanoparticules de dioxyde de titane (nTiO2) sont produites industriellement et entrent dans la formulation de nombreux produits manufacturés comme les cosmétiques, les peintures, les vernis ou encore les produits agroalimentaires. Un nombre croissant de travailleurs sont exposés à ces nanoparticules (NP), en particulier les scientifiques dans leurs laboratoires et les ouvriers dans les usines. Alors que leur utilisation croit de façon exponentielle, de nombreuses études ont montré leurs effets nocifs sur la santé. D’ailleurs, le Centre International de Recherche contre le Cancer a classé le dioxyde de titane nanométrique, potentiellement cancérigène pour l’Homme. Par ailleurs, il a été montré que la peau n’est pas une barrière infranchissable contre les NP. De ce fait, une protection cutanée en milieu de travail se fait ressentir immédiatement. Le principe de précaution mis en place par les organismes gouvernementaux préconise le port de gants de protection utilisés contre les produits chimiques. Bien que certaines études aient été menées pour évaluer la résistance des gants de protection contre les NP, elles ne prennent pas en compte les conditions réelles rencontrées en milieu de travail. Cette étude a été menée pour évaluer l’efficacité des gants de protection contre les nTiO2 en solution et en poudre dans des conditions simulant leur utilisation en milieu professionnel. Des déformations mécaniques, reproduisant celles produites par la flexion de la main, ont été appliquées sur des échantillons de gants en nitrile, en latex et en butyle en contact avec des nTiO2 dans l’eau, dans du propylène glycol ou encore en poudre. Il s’avère qu’après les analyses ICP-MS des solutions d’échantillonnages, les nTiO2 pénètrent et traversent certains gants de protection après déformations. À la suite de ces résultats, des phénomènes physico-chimiques et mécaniques pouvant faciliter le passage des nTiO2 ont été identifiés et étudiés. Ainsi, il a été montré que les sollicitations mécaniques provoquaient à la fois un endommagement de la surface des échantillons mais aussi une modification du degré de cristallinité des matériaux de gants. L’énergie de déformation a aussi été mesurée. Elle diminue significativement en présence ou pas de nTiO2 ce qui indique un affaiblissement voir une rupture des chaines polymères. Une étude qualitative a montré que les déformations répétitives conduisent aussi à une diminution de la taille des agglomérats contenus dans la poudre de nTiO2. La mise en contact des matériaux de gants avec des solutions colloïdales produit un phénomène de gonflement. En effet, des mesures d’allongement ont permis de déterminer les coefficients de diffusion des solutions à travers les échantillons. Les NP sont entrainées par leur liquide porteur (eau ou propylène glycol) et traversent les gants et ainsi se retrouvent en contact avec la peau.

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Givelet, Lucas. "Détection et caractérisation des nanoparticules de dioxyde de titane dans les aliments par AF4-ICP-MS et Sp-ICP-MS." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2019. http://www.theses.fr/2019GREAI037/document.

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Abstract:

Les travaux de thèse portent sur le développement de méthodes pour la caractérisation des nanoparticules (NPs) de dioxyde de titane (TiO2) dans les aliments. L’étude a été séparée distinctement en deux axes. Le développement de la méthode AF4-ICP-MS (I) au sein de la Plateforme Nano-Sécurité du CEA de Grenoble et le développement de la méthode Sp-ICP-MS (II) au sein du Laboratoire de la Sécurité Aliments de l’Anses à Maisons-Alfort.Pour le premier axe, les interactions électrostatiques entre les particules et la membrane de l’AF4 ont été étudiées. La charge de surface (potentiel zêta) a été mesuré pour différentes type de particule et membrane en fonction de plusieurs paramètres du solvant tel que le pH, la force ionique ainsi que la présence de tensio-actifs. Suite aux nombreuses analyses effectuées plusieurs conditions de solvant ont été identifiées comme favorable à la répulsion électrostatique entre les particules et la membrane ce qui permettrai de diminuer les pertes de particules au niveau de la membrane. Plusieurs conditions ont donc été testées directement pour l’analyse de NPs de TiO2 en AF4-ICP-MS. Il a ainsi été montré que les conditions favorisant les répulsions électrostatiques permettaient d’améliorer le taux dé récupération des particules au niveau du système AF4. Cependant les analyses ont aussi montré que les NPs de TiO2 n’étaient pas suffisamment dispersées pour pouvoir obtenir une distribution en taille fiable.Le second volet de la thèse, a eu pour but, dans un premier temps, d’optimiser le traitement de données de la méthode Sp-ICP-MS. Plusieurs améliorations ont été réalisées comme le calcul automatique du seuil bruit de fond-particule, le calcul de l'efficacité de transport où encore l'ajout de paramètres de contrôle qualité. Ce traitement de données a ensuite été comparée à un logiciel dédié aux analyses par Sp-ICP-MS et a permis de mettre en avant que la feuille de calcul interne donne des résultats avec une meilleure justesse, tout en fournissant des paramètres supplémentaires.Dans un second temps une optimisation de la méthode Sp-ICP-MS a été réalisée. Plusieurs paramètres ont donc été évalués comme le choix de l’isotope de titane, le temps d’acquisition, le type de solvant pour disperser les particules, ainsi que le mode de prélèvement de l’échantillon et son débit.Enfin, plusieurs aliments ont été analysés après avoir mis en place un protocole d’extraction des NPs. Les résultats obtenus ont permis de déterminer une distribution en taille des NPs de TiO2 présentes dans les échantillons
The thesis focuses on the development of methods for the titanium dioxide (TiO2) nanoparticles (NPs) characterization in food products. The study was separated distinctly into two axes. The development of the AF4-ICP-MS (I) method within the CEA Nano-Safety Platform in Grenoble and the development of the Sp-ICP-MS (II) method within the Food Safety Laboratory of the Anses in Maisons-Alfort.For the first axis, the electrostatic interactions between the particles and the AF4 membrane were studied. The surface charge (zeta potential) was measured for particles and membranes depending on several solvent parameters such as pH, ionic strength and the presence of surfactants. Following the several analyzes carried out, several solvent conditions have been identified as promoting the electrostatic repulsion between the particles and the membrane, which will make it possible to reduce the losses of particles at the level of the membrane. Several conditions were therefore directly tested for NPs analysis of TiO2 in AF4-ICP-MS. It has thus been shown that the conditions favoring electrostatic repulsions make it possible to improve the efficiency of the particles at the level of the AF4 system. However, the analyzes also showed that the TiO2 NPs were not sufficiently dispersed to obtain a reliable size distribution.The second part of the thesis aimed at first optimizing the data treatment of the Sp-ICP-MS method. Several improvements have been made such as the automatic calculation of the background-particle threshold, the calculation of the transport efficiency or the addition of quality control parameters. This data treatment was then compared to a software dedicated to analyzes by Sp-ICP-MS and made it possible to highlight that the internal spreadsheet gives results with a better accuracy, while providing additional parameters.In a second time an optimization of the Sp-ICP-MS method was carried out. Several parameters were therefore evaluated such as the choice of the titanium isotope, the acquisition time, the type of solvent to disperse the particles, as well as the sample collection mode and its flow rate.Finally, several foods were analyzed after setting up an extraction protocol for NPs. The results obtained made it possible to determine a size distribution of the NPs of TiO2 present in the samples

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Cohignac, Vanessa. "Réponse macrophagique à des nanoparticules manufacturées : effets de leurs caractéristiques physico-chimiques sur l’autophagie." Thesis, Paris Est, 2015. http://www.theses.fr/2015PESC1185/document.

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Abstract:

L'exposition à des nanoparticules manufacturées (NP) peut entraîner des effets sur la santé, notamment au niveau respiratoire, où elles peuvent induire des phénomènes de remodelage pulmonaire. Toutefois, les mécanismes cellulaires sous-jacents à ces effets et l'influence des caractéristiques physico-chimiques des NP dans ces effets sont encore loin d'être compris. L'objectif de cette thèse était d'évaluer la réponse macrophagique à des NP présentant différentes caractéristiques physico-chimiques (taille/longueur, composition chimique, forme, structure cristalline ou propriétés de surface) en se concentrant particulièrement sur leurs effets sur l'autophagie. Nous avons montré que l'exposition de macrophages murins à des nanotubes de carbone multi-parois (MWCNT) induisait un blocage de l'autophagie tandis que l'exposition à des NP sphériques induisait une autophagie fonctionnelle. Le blocage du flux autophagique par les MWCNT est associé à une accumulation de lysosomes non fonctionnels. Par ailleurs, les MWCNT induisaient une réponse oxydante et pro-inflammatoire plus importante que les particules sphériques qui pourrait être lié à leur blocage de l'autophagie. Ces résultats montrent un rôle prépondérant de la forme des nanomatériaux sur le processus autophagique, et ouvrent de nouvelles voies pour l'interprétation et la compréhension de la toxicité des nanomatériaux
L'exposition à des nanoparticules manufacturées (NP) peut entraîner des effets sur la santé, notamment au niveau respiratoire, où elles peuvent induire des phénomènes de remodelage pulmonaire. Toutefois, les mécanismes cellulaires sous-jacents à ces effets et l'influence des caractéristiques physico-chimiques des NP dans ces effets sont encore loin d'être compris. L'objectif de cette thèse était d'évaluer la réponse macrophagique à des NP présentant différentes caractéristiques physico-chimiques (taille/longueur, composition chimique, forme, structure cristalline ou propriétés de surface) en se concentrant particulièrement sur leurs effets sur l'autophagie. Nous avons montré que l'exposition de macrophages murins à des nanotubes de carbone multi-parois (MWCNT) induisait un blocage de l'autophagie tandis que l'exposition à des NP sphériques induisait une autophagie fonctionnelle. Le blocage du flux autophagique par les MWCNT est associé à une accumulation de lysosomes non fonctionnels. Par ailleurs, les MWCNT induisaient une réponse oxydante et pro-inflammatoire plus importante que les particules sphériques qui pourrait être lié à leur blocage de l'autophagie. Ces résultats montrent un rôle prépondérant de la forme des nanomatériaux sur le processus autophagique, et ouvrent de nouvelles voies pour l'interprétation et la compréhension de la toxicité des nanomatériaux

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Simon, Marina. "Analyse par microfaisceau d’ions. Application à l’étude de la fonction barrière cutanée et à la nanotoxicologie in vitro." Thesis, Bordeaux 1, 2009. http://www.theses.fr/2009BOR13950/document.

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Abstract:

Depuis plusieurs années, les nanosciences promettent des progrès remarquables dans de nombreux domaines, mais soulèvent aussi de nombreuses inquiétudes en regard de leur impact sur la santé humaine (expositions environnementales, industrielles, médicales). Il se pose, entre autres, la question de la détection, de la quantification et du devenir d’oxydes métalliques et de nanoparticules manufacturées au sein de tissus, et plus particulièrement de la peau. Il est donc essentiel de préciser les mécanismes impliqués dans ces processus de fonction barrière cutanée et de les caractériser dans des modèles biologiques in vitro/in vivo. Ainsi, au cours de ma thèse, il m’a été donné l’occasion de mettre en œuvre des méthodes d’analyses quantitatives en association avec des techniques d’imagerie très résolutives (microscopies confocale et électronique et analyse par microfaisceau d’ions) afin de caractériser : (i) la fonction barrière d’un modèle de peau d’oreille de porc maintenu en survie en définissant le comportement de l’homéostasie ionique en réponse à différents stress chimiques ou physiques (Collaboration Hélène Duplan, Institut de Recherche Pierre Fabre); (ii) l’impact sur la viabilité, l’accumulation et la distribution intracellulaire de nanoparticules (oxydes de titane) natives ou fonctionnalisées à l’aide d’agents fluorescents (FITC, Rhodamine) (Collaboration M.H. Delville, Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux). Les résultats obtenus montrent la possibilité de définir (i) le rôle des ions dans la fonction barrière cutanée d’un modèle biologique maintenu en survie et exposé à différents stress, (ii) la toxicologie des nanoparticules manufacturées in vivo; (iii) leur devenir au sein de modèle biologique d’intérêt (kératinocytes)
Since many years, nanosciences are of great interest for researchers and industrialists, with numerous applications in various domains, however, their potential effects on human health have also attracted attention (environmental, industrial and medical exposures). Up to now, it has been very difficult to detect and track metallic oxides and manufactured nanoparticles in biological tissues, most particularly in skin. Thus, it is essential to precise the mechanisms involved in skin barrier function processes face to these exogenous agents and to characterize them in biological models in vitro/in vivo. During my PhD, I had the opportunity to combine quantitative methods of analysis with high resolution imagery techniques (confocal microscopy, transmission electron microscopy and ion beam analysis) in order to characterize: (i) the skin barrier function of an ex vivo pig ear skin model understanding the ion homeostasis behavior face to different stresses, chemical or physical (Collaboration with Hélène Duplan, Pierre Fabre Research Institute), (ii) the impact on viability, accumulation and intracellular distribution of nanoparticles (Titanium Oxides) naked or functionalized with fluorescent dyes (FITC, Rhodamine) (Collaboration with M.H. Delville, Bordeaux Institute of Condense Matter Chemistry). Results show the possibility to define (i) the role of ions in skin barrier function of a biological ex vivo model in native conditions and after exposure to different stresses (ii) in vivo toxicology of manufactured nanoparticles (iii) their future in a biological model of interest (keratinocytes)

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You, Sheng Mu. "Metal organic frameworks as efficient photosensitizer for TiO₂ nanoarray anode and application to water splitting in PEC cells Fe/Ni Bimetallic organic framework deposited on TiO₂ nanotube array for enhancing higher and stable activity of oxygen evolution reaction Novel nano-architectured water splitting photoanodes based on TiO₂-nanorod mats surface sensitized by ZIF-67 coatings Surface sensitization of TiO₂ nanorod mats by electrodeposition of ZIF-67 for water photo-oxidation Electrochemically capacitive deionization of copper (II) using 3D hierarchically reduced graphene oxide architectures." Thesis, université Paris-Saclay, 2020. http://www.theses.fr/2020UPASF015.

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Abstract:

Les réserves de combustibles fossiles diminuent et leur utilisation illimitée depuis la révolution industrielle a généré de profonds changements du climat, notamment des cycles de la température atmosphérique. Stocker l'énergie solaire sous forme d'hydrogène produit par dissociation de l'eau est un moyen idéal pour combattre le réchauffement climatique. Les matériaux de la famille des «metal organic framework» (MOF) commencent à être utilisés comme photo-électrocatalyseurs, notamment pour la photo-dissociation de l'eau. Leur porosité extrêmement élevée et leur grande polyvalence, tant chimique que structurelle, les désignent comme des candidats potentiels pour faciliter l'absorption du rayonnement solaire et catalyser la dissociation de l'eau dans les cellules photoélectrochimiques. En contrôlant la composition chimique et le dopage du linker utilisé dans le MOF, il est possible d'ajuster l'énergie de la bande interdite, de favoriser la fonctionnalisation sur des substrats très variés ou encore d'ajuster leur résistance à la corrosion dans divers environnements chimiques. Ce sont donc des matériaux d'un grand intérêt pour la catalyse, l'électrocatalyse ou la photo-électro-catalyse. D'autre part, le TiO₂ nano-structuré, par exemple sous forme de tapis d’épaisseur micrométrique de nanotubes ou de nanofils, parfois appelé TNA, est un matériau bien adapté à la construction de photoanodes pour le dégagement d'oxygène en milieu aqueux. Il a déjà été largement étudié et décrit dans la littérature. Au cours de notre thèse, nous avons fabriqué des matériaux composites constitués de MOF de métaux de transition (Ni, Co, Fe) déposés sur TNA (TDNR et TNTA). Pour cela, nous avons utilisé une méthode électrochimique d'électrodéposition. Cela nous a permis de déposer des nanoparticules métalliques sur du TNA à potentiel fixe - 1,0 V puis de les transformer par réaction chimique avec des ligands organiques (BTC, BDC, et 2MZ) par voie thermo-thermique. Les matériaux obtenus présentent une activité électrocatalytique significative et une excellente durabilité photoélectrochimique. Ces matériaux composites ont été utilisés avec succès comme phase active dans des photo-électrodes pour la réaction de dégagement d'oxygène moléculaire (OER)
The fossil fuel reserves are dwindling and their unrestricted use has generated profound changes in Earth's surface temperature and climate. Storing solar energy in the form of hydrogen produced by dissociation of water is an ideal way to mitigate global warming. Materials from the “metal organic framework” (MOF) family are starting to be used as photo-electrocatalysts, especially for photo-dissociation of water. Their extremely high porosity and their great versatility, both chemical and structural, designate them as potential candidates to facilitate the absorption of solar radiation and catalyze the dissociation of water in photoelectrochemical cells. By controlling the chemical composition and doping of the linker used in the MOF, it is possible to adjust the band gap energy, to favor the functionalization on very varied substrates or even to adjust their resistance to corrosion in various chemical environments. They are therefore materials of great interest for catalysis, electrocatalysis or photo-electro-catalysis. On the other hand, nano-structured TiO₂, for example in the form of nanotube or nanowire mats, sometimes called TiO₂ nanoarray (TNA), is a material very suitable for the construction of photoanodes for the evolution of oxygen in aqueous medium. It has already been extensively studied and described in the literature. During our thesis, we manufactured composite materials made up of MOFs of transition metals (Ni, Co, Fe) deposited on TNA (network of nanotubes or nanowires). For this we used an electrochemical method of electrodeposition (cyclic voltammetry). This allowed us to deposit metallic nanoparticles on TNA with fixed potential - 1.0 V and then transform them by chemical reaction with organic ligands (1,3,5-benzenetricarboxylic acid, BTC, 1,4-benzenedicarboxylic acid, BDC and imidazole, 2MZ) by thermal-thermal route. The materials obtained exhibit significant electrocatalytic activity and excellent photoelectrochemical durability. These composite materials have been successfully used as an active phase in photo-electrodes for the oxygen release reaction (OER)

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Ibrahim, Michael. "Polyaniline-Oxyde de Titane : un composite pour la récolte et le stockage d’énergie." Thesis, Lyon 1, 2011. http://www.theses.fr/2011LYO10330/document.

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Abstract:

Cette thèse est divisée en trois parties. La première traite la synthèse de la polyaniline (PANI), un polymère conducteur de trou, utilisé dans plusieurs applications. En variant les quantités du monomère et de l’oxydant tout en fixant leur rapport molaire à 1:1,25, et en ajoutant de l’oxyde de magnésium, des aiguilles et des nouvelles structures semblables aux échinides sont formées. Le mécanisme de formation des structures unidimensionnelles est expliqué à l’aide de la théorie des multicouches. La deuxième partie est consacrée à la fabrication des monocouches photovoltaïques à faible coût en se basant sur le principe de fonctionnement des cellules à pigment photosensible (en anglais DSSC, Dye-Sensitized Solar Cell). En 1991, Grätzel a réintroduit l’effet photo-électrochimique en développant la première DSSC, une des cellules solaire troisième génération, formée d’un film de TiO2 (photo-anode) pigmenté à l’aide d’un colorant et d’un électrolyte qui sert à régénérer le pigment oxydé. Malgré leur faible coût, les DSSCs font face à de nombreux problèmes tels que le coût élevé du pigment, la fuite de l’électrolyte, la sublimation du couple I-/I3- à travers I2, etc. Afin de résoudre ces problèmes, des monocouches photovoltaïques ont été développées. Des composites formés de PANI et TiO2 sont la base de ces dispositifs nouvelle génération. La polymérisation in-situ de l’aniline en présence des nanoparticules de TiO2 conduit à une forte interaction entre la PANI et les particules de TiO2 où une structure « core (TiO2)/shell (PANI) » existe dans le composite. Dans le dispositif photovoltaïque basé sur le composite PANI-TiO2, PANI est considérée comme pigment à la photo-anode et comme poly-électrolyte plus profondément dans le composite. En plus, des textiles fabriqués utilisant ces composites photo-génèrent une tension de 0,6 V et un courant de 1 A/m2 lorsque l’éthanol est injecté dans le dispositif. Une nouvelle architecture a été développée qui sert à améliorer la performance de la cellule et en même temps stocker l’énergie pour des utilisations ultérieures. La dernière partie est consacrée à la fabrication des DSSCs basées sur les pigments naturels. L’anthocyane, un pigment naturel halochromique responsable de la couleur rouge dans les plantes, a été extrait du chou rouge et utilisé pour pigmenter les films de TiO2. Cette propriété se traduit par la fabrication des DSSCs de différentes couleurs et comportement photovoltaïque. Avec un pH égal à 0, une Vco et une Jcc de 520 mV et 185 μA/cm2 sont respectivement obtenues prouvant la possibilité d’utiliser le chou rouge comme source de pigment à très faible coût des DSSCs
This thesis is divided in three parts. The first one deals with the synthesis of polyaniline (PANI), a hole conducting polymer, used in many applications. By varying the quantities of the monomer and the oxidant while fixing the molar ratio at 1:1.25, and by adding magnesium oxide, novel echinoid-like and PANI needles were formed. The formation mechanism of the 1D structures is explained using the multi-layer theory. The second section is devoted for the fabrication of low cost single-layered photovoltaic devices based on the working principle of dye-sensitized solar cells (DSSCs). In 1991, Grätzel reintroduced the photo-electrochemical effect by developing the first DSSC, one of the third generation solar cells, formed of a TiO2 film (photoanode) sensitized using a dye and an electrolyte regenerating the excited dye. Despite their low cost, DSSCs face many problems such as the high cost of the dye, leaking of the electrolyte, sublimation of the I-/I3- through I2, etc. To solve these problems a single layer photovoltaic device has been developed. Composites formed of PANI, and TiO2 are the basis of the new generation photovoltaics. The in-situ polymerization of aniline inside a titania solution results in a strong interaction between PANI and TiO2 particles where a core (TiO2)/shell (PANI) structure exists inside the composite. In the single-layered photovoltaic device based on PANI-TiO2 composite, PANI is considered as sensitizer at the photoanode and as polyelectrolyte deeper inside the composite layer. In addition, textiles fabricated using such composites generated a voltage of 0.6 V and a current of 1 A/m2 when ethanol is injected in the solar cell. A new architecture has been developed to enhance the performance of the device and at the same time to store the converted energy for later use. The final part is devoted to the fabrication of DSSCs based on natural dyes. Anthocyanin; a halochromic natural dye responsible for the red color in plants, extracted from red cabbage was used to sensitize TiO2 films. This property results in the fabrication of DSSCs with different colors and photovoltaic behavior. At a pH equal to 0, a Voc and Jsc of 520 mV and 185 μA/cm2 were respectively recorded proving the possibility of using red cabbages as a very low cost dye source for DSSCs

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Simon, M. "Analyse par microfaisceau d'ions. Application à l'étude de la fonction barrière cutanée et à la nanotoxicologie in vitro." Phd thesis, Université Sciences et Technologies - Bordeaux I, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00525919.

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Depuis plusieurs années, les nanosciences promettent des progrès remarquables dans de nombreux domaines, mais soulèvent aussi de nombreuses inquiétudes en regard de leur impact sur la santé humaine (expositions environnementales, industrielles, médicales). Il se pose, entre autres, la question de la détection, de la quantification et du devenir d'oxydes métalliques et de nanoparticules manufacturées au sein de tissus, et plus particulièrement de la peau. Il est donc essentiel de préciser les mécanismes impliqués dans ces processus de fonction barrière cutanée et de les caractériser dans des modèles biologiques in vitro/in vivo. Ainsi, au cours de ma thèse, il m'a été donné l'occasion de mettre en œuvre des méthodes d'analyses quantitatives en association avec des techniques d'imagerie très résolutives (microscopies confocale et électronique et analyse par microfaisceau d'ions) afin de caractériser : (i) la fonction barrière d'un modèle de peau d'oreille de porc maintenu en survie en définissant le comportement de l'homéostasie ionique en réponse à différents stress chimiques ou physiques (Collaboration Hélène Duplan, Institut de Recherche Pierre Fabre); (ii) l'impact sur la viabilité, l'accumulation et la distribution intracellulaire de nanoparticules (oxydes de titane) natives ou fonctionnalisées à l'aide d'agents fluorescents (FITC, Rhodamine) (Collaboration M.H. Delville, Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux). Les résultats obtenus montrent la possibilité de définir (i) le rôle des ions dans la fonction barrière cutanée d'un modèle biologique maintenu en survie et exposé à différents stress, (ii) la toxicologie des nanoparticules manufacturées in vivo; (iii) leur devenir au sein de modèle biologique d'intérêt (kératinocytes).

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Ramaye, Yannic. "Optimisation des latex magnétiques utilisés dans les biotechnologies." Paris 6, 2004. http://www.theses.fr/2004PA066423.

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Mesnage, Alice. "Procédé d'ancrage induit par des sels de diazonium : mécanisme, application(s)." Phd thesis, Ecole Polytechnique X, 2011. http://pastel.archives-ouvertes.fr/pastel-00629041.

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Abstract:

Au cours de ce travail, trois procédés de fonctionnalisation de surface à partir de sels de diazonium ont été étudiés, à savoir : un procédé spontané, un procédé activé chimiquement et le procédé appelé Graftfast (activation chimique en présence de monomères vinyliques). Ces procédés, dits de chimie verte, fonctionnent à température ambiante, pression atmosphérique, en milieu aqueux et sans apport extérieur d'énergie. Ils conduisent à la formation de films organiques (notamment de polymères dans le cas du procédé Graftfast) stables, greffés de manière covalente et d'épaisseur contrôlée (procédés activés chimiquement). Contrairement aux méthodes d'électrogreffage de sels de diazonium, ces procédés peuvent s'appliquer à tout type de substrats allant des isolants aux conducteurs en passant par les nanomatériaux. Le substrat ainsi modifié peut présenter de nouvelles propriétés (par exemple d'hydrophilie, de protection contre la corrosion, ...) ce qui est d'un intérêt majeur dans certaines problématiques industrielles. L'objectif majeur de ce travail a été de comprendre les mécanismes réactionnels de ces trois procédés et plus particulièrement du procédé Graftfast en étudiant la composition chimique des films, leur structure mais aussi la composition des solutions réactionnelles. Comme pour une polymérisation radicalaire en chaîne conventionnelle, le mécanisme réactionnel du procédé Graftfast (cas le plus complexe) procède en trois étapes : amorçage, propagation, terminaison. La polymérisation est amorcée par les radicaux aryles en solution, issus de la réduction chimique des sels d'aryldiazonium (mécanisme en sphère interne ou en sphère externe selon le réducteur chimique). Parallèlement, les radicaux aryles peuvent se greffer à la surface du substrat et former une sous couche d'accroche de polyphenylene jouant un rôle essentiel dans la construction des films. La propagation s'achève lorsque les chaînes polymères en croissance réagissent par des réactions de transfert sur les noyaux aromatiques déjà greffés sur le substrat (étape de terminaison). Les films obtenus sont alors de structure mixte : groupements aryles, polymères. Ce procédé a notamment été testé dans le but d'améliorer la dispersion des nano-objets dans l'eau, dans le cadre d'une étude préliminaire sur les crèmes solaires à base de nanoparticules de dioxyde de titane.

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Sengele, Armelle. "Décontamination et dépollution par photocatalyse : réalisation d'un dispositif d'élimination d'agents chimiques toxiques et de polluants dans l'air et dans l'eau." Thesis, Strasbourg, 2015. http://www.theses.fr/2015STRAF066/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse consiste à synthétiser des nanoparticules de dioxyde de titane pour la décontamination d’agents chimiques par photocatalyse. L’objectif principal est d’optimiser le photocatalyseur pour la dégradation du sulfure de diéthyle (DES), simulant de l’ypérite. L’oxydation du DES produit des sulfates qui empoisonne le TiO2. Le but est donc de limiter cette désactivation ainsi que le rejet de molécules toxiques. Une solution est d’augmenter la surface spécifique par deux méthodes : le dopage du TiO2 au tantale ou à l’étain et l’ajout d’un porogène lors de la synthèse par voie sol-gel. Les catalyseurs optimisés présentent des taux de conversion élevés pour l’élimination du DES en phase gazeuse sous flux continu grâce à leur surface spécifique importante et leurs propriétés d’adsorption. Les matériaux les plus performants sont ensuite immobilisés sur des mousses tridimensionnelles de β-SiC. Ces média photocatalytiques se désactivent mois rapidement que les matériaux pulvérulents. Une régénération par une solution de soude permet de retrouver leur activité initiale. Ce qui permet une utilisation industrielle possible des catalyseurs. Cette thèse ouvre la voie à la réalisation d’un prototype de décontamination de l’air pour l’élimination d’agents chimiques de guerre
This work consists in the synthesis of titanium dioxide nanoparticles for the decontamination of chemical warfare agents by photocatalysis. The main goal is to optimize the photocatalyst to eliminate diethylsulfide (DES), simulating yperite. The oxidation of DES generates sulfates that lead to the poisoning of TiO2. Thus, the aim is to limit this deactivation and to avoid a release of harmful products. A solution is to increase the specific suface area by two methods: doping TiO2 with tantalum or tin and adding a porogen during the sol-gel synthesis. These optimized catalysts exhibit high conversion rates for DES elimination in the gas phase under a continuous flow thanks to their high specific surface area and their adsorption properties. The best catalysts are immobilized on tridimensional β-SiC foams. These photocatalytic foams deactivates slower than the TiO2 powders. A regeneration by an NaOH solution can restore their initial activity. It allows a possible industrial application for these catalysts. This thesis opens the way to realize a decontamination prototype for air to eliminate chemical warfare agents

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Jalili, Pégah. "Toxicité intestinale et hépatique de nanomateriaux utilisés dans l'alimentation et l'emballage : comparaison de leur absorption et des mécanismes impliqués." Thesis, Rennes 1, 2018. http://www.theses.fr/2018REN1B007.

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Abstract:

L’incorporation croissante des (nanomatériaux) NMx dans les aliments et les emballages a contribué à une demande sociétale majeure au regard de l’évaluation des risques des NMx sur la santé. Toutefois, en raison des nombreux paramètres des NMx (taille, forme, structure cristalline, solubilité…), ainsi que des processus physiologiques (comme la digestion) pouvant impacter sur l’absorption et la réponse toxique des NMx, l’évaluation des risques des NMx est compliquée. De plus, leur évaluation in vitro est délicate en raison d’interférences (optiques, catalytiques…) lors de la réalisation des tests. Notre projet de recherche visait à déterminer, l’impact des paramètres d’hydrophobicité des NMx de TiO2 de structure cristalline rutile et l’impact de la solubilité des NMx d’Al0 et Al2O3 sur leur toxicité/génotoxicité au niveau intestinal (organe primo-exposé) et hépatique (organe d’accumulation). Les effets de ces NMx ont été étudiés par une combinaison de méthodes complémentaires in vivo par gavage sur rat, et in vitro sur les lignées humaines Caco-2 et HepaRG différenciées, tout en tenant compte des interférences in vitro. Aucune réponse toxique et génotoxique n’a été observée in vitro malgré la différence de revêtement hydrophobe/hydrophile des NMx de TiO2. Seuls les NMx d’Al2O3 ont induit des lésions oxydatives de l’ADN mais uniquement dans les cellules Caco-2, tandis que de fortes interférences ont empêché de conclure avec les NMx d’Al0. Aucun dommage chromosomique n’a été observé pour ces NMx. In vivo aucun effet génotoxique n’a été observé dans l’intestin, le colon et le foie mais des dommages à l’ADN ont été décelés avec les NMx d’Al2O3 dans la moelle osseuse. La comparaison des résultats avec ceux de la forme ionique AlCl3 suppose un mécanisme de génotoxcité indépendant de la solubilité des NMx d’Al0 et d’Al2O3 dans les milieux biologiques. Malgré les nombreux progrès en nanotoxicologie, l’ensemble de nos résultats a souligné la difficulté d’obtenir des conclusions fiables avec des tests classiques utilisés pour les produits chimiques in vitro, la difficulté d’extrapolation in vitro/in vivo des effets des NMx et le besoin de poursuivre les recherches pour disposer de méthodes et d’outils permettant d’évaluer les effets des NMx de manière fiable
The growing incorporation of nanomaterials (NMs) into food and packaging has contributed to the increasing demand for the assessment of the health hazards of these particles. However, this task is rendered difficult since the numerous intrinsic parameters (size, shape, crystalline structure, solubility ...), as well as physiological processes (such as digestion) can have an impact on the absorption and toxicological responses of NMs. Moreover, their evaluation in vitro is complicated by various sources of interference (optical, catalytic …) with toxicity tests. Our research project aimed to evaluate, the impact of hydrophobicity of rutile TiO2 NMs and solubility of AlO and Al2O3 NMs on their intestinal (first-exposed organ) and hepatic (accumulation organ) toxicity/genotoxicity. The effects of these NMs were investigated by a combination of complementary methods, in the rat in vivo by gavage, and in vitro using differentiated human Caco-2 and HepaRG cell lines, while taking into account potential interference with in vitro tests. No toxic/genotoxic response was observed in vitro despite the difference of hydrophobic/hydrophilic surface coating for TiO2 NMs. Only Al2O3 induced oxidative DNA damage solely in Caco-2 cells, while significant interference led to inconclusive results for AlO NMx. No chromosomal damage was observed for Al0 or Al2O3 NMx. In vivo no genotoxic effect was observed in the intestine, colon and liver but DNA damage was detected with Al2O3NMx in the bone marrow. Comparison of results with those for the ionic form AlCl3 demonstrated that effects observed were not related to the solubility of Al0 and d’ Al2O3 NMs in the biological environment. Despite considerable progress in nanotoxicology, our results have highlighted the difficulty to obtain reliable re sults with the traditional toxicity tests used for chemical compounds in vitro, the difficulty associated with the in vitro/in vivo extrapolation of the effects of NMs, as well as the need to continue research aimed at developing robust and reliable methods and tools for the evaluation of the effects of NMs

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Chézeau, Laëtitia. "Étude au niveau pulmonaire du profil d’expression de gènes et de protéines chez le rat exposé par inhalation à un aérosol de particules nanostructurées de dioxyde de titane." Thesis, Université de Lorraine, 2018. http://www.theses.fr/2018LORR0226/document.

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Abstract:

En raison de l'utilisation croissante de nanomatériaux dans divers procédés industriels, le nombre de salariés potentiellement exposés ne cesse d’augmenter, sans que pour autant les propriétés toxicologiques de ces agents chimiques ne soient parfaitement connues. Comme des nanoparticules (NP) peuvent être mises en suspension dans les environnements de travail, l'inhalation représente la principale voie d'exposition professionnelle. Ainsi, l’évaluation des dangers associés à l’exposition à des aérosols nanostructurés nécessite de réaliser des études de toxicologie expérimentale par inhalation, en utilisant des modèles animaux. Dans ce travail, les propriétés toxicologiques pulmonaires d’un aérosol nanostructuré de dioxyde de titane (TiO2) ont été étudiées à court et long termes, en combinant des analyses toxicologiques conventionnelles (analyses du lavage broncho-alvéolaire (LBA), histopathologie des poumons et des ganglions lymphatiques); et de criblage moléculaire à haut contenu (analyses de transcriptomique et de protéomique). Des rats Fischer 344 ont été exposés par inhalation oro-nasale, à un aérosol nanostructuré de TiO2 à 10 mg / m3 ; 6 heures par jour, 5 jours par semaine pendant 4 semaines. Des échantillons biologiques ont été prélevés immédiatement et jusqu'à 180 jours suivant la fin de l'exposition. L'exposition à l'aérsosol nanostructuré de TiO2 a entraîné une importante réponse inflammatoire pulmonaire aiguë. Cette réponse était caractérisée par un influx de granulocytes neutrophiles, la présence de macrophages chargés en particules au niveau alvéolaire, la surexpression de gènes et de protéines impliqués dans les réponses inflammatoires et immunitaires, les cascades du complément et de la coagulation, le stress oxydant. Certains gènes surexprimés étaient également impliqués dans les lésions de l'ADN et la fibrose; et certaines protéines surexprimées étaient associées au protéasome et à l'organisation du cytosquelette. Dans le surnageant du LBA, l’augmentation du niveau d'histones et d'autres protéines associées aux pièges extracellulaires des neutrophiles (Neutrophilic Extracellular Trap, NET) suggère la libération de ces pièges extracellulaires dans l'espace alvéolaire. Cette libération possible de NET se produit dans un contexte inflammatoire mais en l'absence de changements histopathologiques significatifs. Ce processus inattendu n’a fait l’objet que de très peu d’études en lien avec une exposition à des nanomatériaux. Six mois après la fin de l'exposition (réponse à long terme), l'inflammation a diminué et s’accompagnait d’une baisse de la charge pulmonaire de titane (un marqueur fiable de la charge pulmonaire en nanoparticules de TiO2), mais de nombreux gènes et protéines étaient différentiellemment exprimés. Les conséquences physiopathologiques des changements rapportés ici ne sont pas entièrement connues, mais ces résultats devraient susciter des interrogations quant aux effets pulmonaires à long terme des NP inhalées biopersistantes de faible toxicité comme le TiO2. En conclusion, ce travail montre qu'il existe une bonne relation entre les changements cytologiques et histopathologiques d'une part et les modifications des profils d'expression de gènes et de protéines d'autre part. Cependant, dans certains cas, la transcriptomique et la protéomique pourraient être plus sensibles que les méthodes conventionnelles pour identifier de nouvelles propriétés toxicologiques, ou pour mieux comprendre les mécanismes moléculaires sous-jacents de la toxicité des produits chimiques. Notre étude avec d'autres travaux de la littérature pourraient également être utiles pour identifier des biomarqueurs d’exposition aux nanomatériaux ou prédire leurs effets nocifs à long terme
Due to the growing use of nanomaterials in various industrial processes, the number of workers potentially exposed is increasing even though the toxicological properties of these compounds are not completely known. Since nanoparticles (NP) may get aerosolized, inhalation represents their main route of occupational exposure. Then, inhalation studies of nanomaterial toxicity in animal models appear to be the most relevant approach to assess their hazards. In this work, we studied the short and long term pulmonary toxicological properties of inhaled titanium dioxide (TiO2) nanostructured aerosol (NSA), using conventional (broncho-alveolar lavage (BAL) analyses, lung and lymph nodes histopathology); and high content molecular toxicological approaches (transcriptomics and proteomics analyses). Fischer 344 rats were exposed to 10 mg/m3 of TiO2 nanostructured aerosol by nose-only inhalation, 6h/day, 5 days/week for 4 weeks. Biological samples were collected immediately and up to 180 post-exposure days. Exposure to TiO2 NSA resulted in a strong acute pulmonary inflammation. This response was characterized by a neutrophil influx, the presence of particle-laden macrophages in the alveolar lumen, as well as overexpression of genes and proteins involved in inflammatory and immune responses, complement and coagulation cascades, oxidative stress. Some overexpressed genes were also involved in DNA damage and fibrosis; and some overexpressed proteins in proteasome and cytoskeleton organization. In the BAL supernatant, the increased level of histones and other neutrophilic extracellular trap (NET) -associated proteins suggests the release of these traps in the alveolar space. This possible NET release occurs in an inflammatory context but in the absence of significant histopathological changes. Very few studies reported this unexpected process related to exposure to nanomaterials. Six months after the end of exposure (long-term response), inflammation had decreased in line with the decrease of titanium lung burden (a surrogate for TiO2 pulmonary deposition), but many genes and proteins remained differentially expressed. The physiopathological consequences of the molecular changes reported here are not fully known, but these results should raise concern about the long-term pulmonary effects of inhaled low toxicity NP such as TiO2. Altogether, this work shows that there is a good relationship between cytological and histopathological changes in one hand and gene as well as protein expression profile modifications in the other hand. However, in some cases transcriptomics or proteomics could be more sensitive than conventional methods to identify new toxicological properties or to better understand the underlying molecular mechanisms of chemicals toxicity. Our study along with others could also be helpful to identify biomarkers of exposure or predict the long-term adverse effects of nanomaterials

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Cognard, Gwenn. "Electrocatalyseurs à base d’oxydes métalliques poreux pour pile à combustible à membrane échangeuse de protons." Thesis, Université Grenoble Alpes (ComUE), 2017. http://www.theses.fr/2017GREAI007.

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Abstract:

Les électrocatalyseurs conventionnels utilisés dans les piles à combustibles à membrane échangeuse de protons (PEMFC) sont composés de nanoparticules de platine supportées sur des noirs de carbone de forte surface spécifique. A la cathode de la PEMFC, siège de la réaction de réduction de l’oxygène (ORR), le potentiel électrochimique peut atteindre des valeurs élevées - notamment lors de phases arrêt-démarrage - engendrant des dégradations irréversibles du support carboné. Une solution « matériaux » consiste à remplacer ce dernier par des supports à base d’oxydes métalliques. Ceux-ci doivent être résistants à la corrosion électrochimique, conducteurs électroniques et posséder une structure poreuse et nano-architecturée (permettant le transport des réactifs et produits et une distribution homogène de l’ionomère et des nanoparticules de platine). Dans ce travail, nous avons donc élaboré et caractérisé des électrocatalyseurs à base de nanoparticules de platine (Pt) déposées sur du dioxyde d’étain (SnO₂) et de titane (TiO₂) texturés (morphologies aérogel, nanofibres ou « loosetubes ») et conducteurs électroniques (dopés au niobium Nb ou à l’antimoine Sb). Le support permettant d’atteindre les meilleures propriétés électrocatalytiques est un aérogel de SnO₂ dopé à l’antimoine, noté ATO. En particulier, l’électrocatalyseur Pt/ATO présente une activité spécifique vis-à-vis de l’ORR supérieure à celle d’un électrocatalyseur Pt/carbone Vulcan® synthétisé dans les mêmes conditions, suggérant des interactions bénéfiques entre les nanoparticules de Pt et le support oxyde métallique (Strong Metal Support Interactions, SMSI).Des tests de durabilité simulant le fonctionnement d’une PEMFC en conditions automobile ont été effectués en électrolyte liquide à 80 °C sur ces deux électrocatalyseurs : cyclage entre 0,60 et 1,00 V vs l’électrode réversible à hydrogène (RHE) ou entre 1,00 et 1,50 V vs RHE. Le catalyseur Pt/ATO présente une durabilité accrue par rapport au catalyseur Pt/carbone Vulcan® de référence. Cependant, de nouveaux mécanismes de dégradation ont été mis en évidence dans cette étude : tout d’abord, l’élément dopant Sb est progressivement dissout au cours du vieillissement électrochimique, ce qui implique une perte de conductivité électronique. Cette perte est en partie liée à des incursions à bas potentiel, notamment durant les caractérisations électrochimiques. De plus, entre 5 000 et 10 000 cycles de vieillissement électrochimique (entre 0,60 et 1,00 V vs RHE ou entre 1,00 et 1,50 V vs RHE à 57 °C), le matériau support perd sa structure poreuse et forme un film amorphe peu conducteur
Conventional electrocatalysts used in proton exchange membrane fuel cells (PEMFC) are composed of platinum nanoparticles supported on high specific surface area carbon blacks. At the cathode side of the PEMFC, where the oxygen reduction reaction (ORR) occurs, the electrochemical potential can reach high values - especially during startup-shutdown operating conditions - resulting in irreversible degradation of the carbon support. A “material” solution consists of replacing the carbon with supports based on metal oxides. The latter have to be resistant to electrochemical corrosion, be electronic conductor and have a porous and nano-architectural structure (for the transport of reagents and products and the homogeneous distribution of the ionomer and platinum nanoparticles).In this work, we have developed and characterized electrocatalysts composed of platinum (Pt) nanoparticles based on tin dioxide (SnO2) and titanium dioxide (TiO2) with optimized textural (aerogel, nanofibres or loosetubes morphologies) and electron-conduction properties (doped with niobium Nb or antimony Sb). The best electrocatalytic properties are reached for an antimony-doped SnO2 aerogel support, denoted ATO. The Pt/ATO electrocatalyst has especially a higher specific activity for the ORR than a Pt/carbon Vulcan® electrocatalyst, synthesized in the same conditions, suggesting beneficial interactions between the Pt nanoparticles and the metal oxide support (Strong Metal Support Interactions SMSI).Durability tests simulating automotive operating conditions of a PEMFC were carried out in liquid electrolyte at 57 °C on these two electrocatalysts by cycling between 0.60 and 1.00 V vs the reversible hydrogen electrode (RHE) or between 1.00 and 1.50 V vs RHE. The Pt/ATO electrocatalyst has an increased stability compared to the reference Pt/carbon Vulcan® electrocatalyst. However, new degradation mechanisms were highlighted in this study: first, the doping element (Sb) is progressively dissolved during electrochemical ageing, which implies a loss of electronic conductivity. This loss is partly due to incursions at low potential, including during electrochemical characterizations. Moreover, between 5,000 and 10,000 cycles of the accelerated stress tests (between 0.60 and 1.00 V vs RHE or between 1.00 and 1.50 V vs RHE at 57 °C), the support loses its porous structure and forms a poorly conductive amorphous film

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Azouani, Rabah. "Élaboration de nouveaux nanomatériaux photocatalytiques actifs sous rayonnement visible." Phd thesis, Université Paris-Nord - Paris XIII, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00464422.

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Abstract:

Ce travail de thèse est consacré à la synthèse par méthode sol-gel de nanoparticules de TiO2 (précurseur de tétraisopropoxyde de titane) dopées à l'azote de taille contrôlée pour des applications en nanodépôts et en photocatalyse. Les colloïdes métastables sont préparés dans un réacteur à micromélange rapide (turbulent). Des mesures de granulométrie in-situ permettent le suivi de la cinétique de formation des nanoparticules. L'effet du processus de mélange des réactifs sur la distribution de taille a été analysé en utilisant le modèle hydrodynamique k-. L'étude de la cinétique de nucléation-croissance a mis en évidence que le modèle de croissance hiérarchique est aussi valable pour les sub-nucleis (clusters). Différents domaines cinétiques de stabilité et de croissance ont été mis en évidence. Les nanoparticules de TiO2 dopées à l'azote ont été préparées par injection d'hydroxyurée (HyU) dans la zone réactionnelle pendant l'étape de nucléation. Le dopage accélère la cinétique des réactions et induit une coloration jaune vif des nanocolloïdes, due à une nouvelle bande d'absorption dans le domaine spectral de 380-550nm. Cela a été expliqué par la formation d'un complexe stable d' HyU- TiO2, qui lie deux nanoparticules à travers le groupe NCO. Les mesures FTIR, Raman, absorption UV-visible et XPS confirment la formation du complexe. En particulier, les mesures XPS suggèrent la formation de NO interstitiel (pic à 400eV). Les nanodépôts dopés ont été préparés sur des billes de verre, et traités thermiquement afin d'obtenir la phase anatase active photocatalytiquement. Les mesures XPS, ATG-MS et EXAFS montrent que la température de traitement thermique est cruciale pour la rétention de dopant dans les matériaux préparés. Les tests photocatalytiques ont été réalisés sur la dégradation du trichloréthylène en phase gaz sous rayonnement visible. L'influence du taux d'hydrolyse, de la quantité de dopant et de la température de traitement sur l'activité photocatalytique a été étudiée. This PhD work is devoted to elaboraton of nitrogen-doped TiO2 nanoparticles of controlled size for applications in nanocoatings and photocatalysis. The metastable colloids are prepared in a sol-gel reactor with rapid (turbulent) micro-mixing and in-situ particles granulometry, starting from titanium tétraisopropoxyde precursor. The effect of the fluids mixing on the particle size distribution was analysed using hydrodynamic k- modeling. The study of the nucleation-growth kinetics has evidenced that the hierarchical growth mechanism is also valid for the sub-nucleus units (clusters). Different domains of the cluster stability and growth kinetics have been discovered. The nitrogen-doped TiO2 nanoparticles were prepared by hydroxyurea (HyU) injection into the reaction zone at the nucleation stage. The doping accelerates the reaction kinetics and induces strong yellow coloration of the nanocolloid, due to a new absorption band in the spectral range of 380-550 nm. This has been explained by the formation of a stable HyU-TiO2 complex, which bounds two nanoparticles through the NCO group. FTIR, Raman, UV-visible absorption and XPS measurements confirm the complex formation. In particular, the XPS measurements suggest formation of the interstitial NO (400 eV peak). The doped nanocoatings were prepared on glass beads and thereafter were subjected to calcination in order to achieve most catalytically active anatase polymorph. The XPS, ATG-MS and EXAFS measurements indicate that the calcination temperature is critical for the dopant retention in the prepared material. The photocatalytic tests were performed on trichlorethylene degradation in gas phase under visible light illumination. The influence the hydrolysis ratio, HyU molar loading and calcination temperature on photocatalytic activity was studied

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Hatat, Fraile Mélisa Marie. "Etude des méthodes d'élaboration et de la mise en oeuvre de photocatalyseurs pour le traitement de la micro pollution bio-réfractaire dans l'eau." Thesis, Montpellier 2, 2013. http://www.theses.fr/2013MON20043/document.

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Abstract:

Ce travail de thèse est consacré à l'élaboration de membrane photocatalytique à partir de nanoparticules de TiO2 obtenues par voie sol-gel (système TTIP-eau). Les sols sont préparés dans un réacteur à micro-mélange rapide (turbulent). L'effet de l'hydrodynamique au sein de différents mélangeurs (T simple, T chicanes, T rétrécissement) sur la morphologie et l'activité photocatalytique de nanoparticules déposées sur des plaques d'α-alumine a été étudié. Les dépôts de TiO2 ont été réalisés durant la période d'induction de la réaction sol-gel. Le mélange des réactifs a été simulé en utilisant un logiciel de modélisation numérique (modèle k-ε), Les différences hydrodynamiques au sein du micro-mélange a seulement un impact significatif sur le temps de stabilité des nanoparticules (période d'induction). Des couches minces et des membranes photo-actives ont été réalisées en vue du couplage membrane et réaction photocatalytique. Ces membranes ont été caractérisées et testées en photocatalyse. Elles ont montrées de bonnes photo-activités. Des tests de couplage direct séparation/photodégradation ont été réalisés sur des solutions aqueuses d'acide orange 7. Ce dispositif expérimental a permis de mettre en évidence une augmentation de flux de perméation significative avec de l'eau et en présence de colorant en solution. L'effet de la concentration et du pH de la solution a été évalué sur les flux de perméat et sur la photodégradation
This PhD work is devoted to the elaboration of photocatalytic membranes using TiO2 nanoparticles synthetized by sol-gel process (titanium tetra-isopropoxyde precursor – water). Sols are prepared in sol-gel reactor with rapid turbulent micro-mixing. The effect of hydrodynamic using 3 T mixers (T simple, T with 3 baffles and T with narrow) during the mixing was studied with k-ε modeling Computational fluid Dynamics (CFD), as well as the morphology and the photo-activity of thin layers deposited on alumina support during induction period. Differences on hydrodynamic during micro-mixing have only impact on the time of nanoparticles stability (induction period). Photo-active thin layers and membranes are synthesized for coupling membrane separation and photocatalytic reaction. Photocatalytic activities of thin layers and membranes are performed with an aqueous solution of acid orange 7. Significant increases of permeate flux are observed during the filtration of water and solution containing dye. Effects of concentration and pH are evaluated on permeation flux and photodegradation

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Ma, Hongfeng. "Étude numérique de la micro et nano structuration laser de matériaux poreux nanocomposites." Thesis, Lyon, 2020. http://www.theses.fr/2020LYSES001.

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Abstract:

Cette thèse porte sur les simulations numériques de l’interaction laser avec des matériaux poreux. Une possibilité de traitement bien contrôlé est particulièrement importante pour la microstructuration laser du verre poreux et le nano-usinage de matériaux poreux semiconducteurs en présence de nanoparticules métalliques. La modélisation auto-cohérente se concentre donc sur une étude détaillée des processus impliqués. En particulier, pour comprendre les structures des micro-vides périodiques produits à l’intérieur du verre poreux par des impulsions laser femtoseconde, une analyse thermodynamique numérique détaillée a été réalisée. Les résultats des calculs montrent la possibilité de contrôler le micro-usinage laser en volume de SiO2 . De plus, les dimensions des structures densifiées par laser sont examinées pour différentes conditions de focalisation à de faibles énergies d’impulsion. Les dimensions caractéristiques obtenues à partir des structures sont corrélées avec les résultats expérimentaux. Comparés au verre poreux, les films mésoporeux TiO2 chargés d’ions Ag et de nanoparticules supportent des ré- sonances plasmoniques localisées. Les films nanocomposites obtenus sont capables de transférer des électrons libres et d’absorber l’énergie laser de manière résonnante, offrant des possibilités supplémentaires pour contrôler la taille des nanoparticules d’Ag. Pour identifier les paramètres optimaux du laser à onde continue, un modèle multi-physique prenant en compte la croissance des nanoparticules d’Ag, photo-oxydation, réduction a été développé. Les simulations réalisées montrent que la vitesse d’écriture laser contrôle la taille des nanoparticules d’Ag. Les calculs ont également représenté une nouvelle vision selon laquelle les nanoparticules d’Ag se développent devant le centre du faisceau laser du fait de la diffusion de chaleur. Il a été démontré que la croissance rapide activée thermiquement suivie d’une photo-oxydation est la principale raison du changement de taille et de température en fonction de la vitesse d’écriture. Un modèle tridimensionnel a été développé et reproduit les lignes écrites au laser. L’écriture de films mésoporeux TiO2 chargés de nanoparticules d’Ag par un laser pulsé promet également d’offrir des possibilités supplémentaires dans la génération de deux types de nanostructures: les rainures de surface périodiques induites par laser (LIPSS) et les nanogratings Ag à l’intérieur du film TiO2 . Pour mieux comprendre les effets d’un laser pulsé, deux modèles multiimpulsions - un semi-analytique et un autre basé sur une méthode par éléments finis (FEM) - sont développés pour simuler la croissance des nanoparticules d’Ag. Le modèle FEM s’avère précis car il traite mieux la diffusion de la chaleur à l’intérieur des films minces TiO2 . Le modèle pourrait être étendu à l’avenir pour comprendre la formation de nanogratings LIPSS et Ag dans de tels milieux en les couplant avec les migrations de nanoparticules, la fusion de surface et l’hydrodynamique.Les résultats obtenus ont ouvert de nouvelles perspectives sur le microtraitement laser des matériaux poreux et un meilleur contrôle laser sur la nanostructuration dans les films semiconducteurs poreux chargés de nanoparticules métalliques
This thesis is focused on numerical simulations of the laser interaction with porous materials. A possibility of well-controlled processing is particularly important for the laser based micro-structuring of porous glass and nano-machining of semiconducting porous materials in the presence of metallic nanoparticles. The self-consistent modeling is, therefore, focused on a detailed investigation of the involved processes. Particularly, to understand the periodic micro-void structures produced inside porous glass by femtosecond laser pulses, a detailed numerical thermodynamic analysis was performed. The calculation results show the possibility to control laser micro-machining in volume of SiO2 . Furthermore, the dimensions of laser-densified structures are examined for different focusing conditions at low pulse energies. The obtained characteristic dimensions of the structures correlate with the experimental results. Comparing to the porous glass, the mesoporous TiO2 films loaded by Ag ions and nanoparticles support localized plasmon resonances. The resulted nanocomposite films are capable to transfer free electrons and to resonantly absorb laser energy providing additional possibilities in controlling Ag nanoparticle size.To identify the optimum parameters of the continuous-wave laser, a multi-physical model considering Ag nanoparticle growth, photo-oxidation, reduction was developed. The performed simulations show that the laser writing speed controls the Ag nanoparticles size. The calculations also depicted a novel view that Ag nanoparticles grow ahead of the laser beam center due to the heat diffusion. The thermally activated fast growth followed by the photo-oxidation was found to be the main reason for the writing speed dependent sizechange and temperature rises. A three-dimensional model was developed and reproduced the laser written lines.Writing of mesoporous TiO2 films loaded with Ag nanoparticles by a pulsed laser is, furthermore, promising to provide additional possibilities in the generation of two kinds of nanostructures: laser induced periodic surface grooves (LIPSS) and Ag nanogratingsinside the TiO2 film. To better understand the effects of a pulsed laser, two multi-pulses models - one semi-analytic and another one based on a finite element method (FEM) are developed to simulate the Ag nanoparticle growth. The FEM model is shown to be precise because it better treats heat diffusion inside the TiO2 thin films. The model could be extended in future to understand the formation of LIPSS and Ag nanogratings in such media by coupling with nanoparticle migrations, surface melting and hydrodynamics. The obtained results provided new insights into laser micro-processing of porous material and better laser controlling over nanostructuring in porous semiconducting films loaded with metallic nanoparticles

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Hochepied, Jean-François. "Précipitation d'hydroxydes et d'oxydes métalliques en solution aqueuse : vers le contrôle morphologique d'objets multi-échelles." Habilitation à diriger des recherches, Université Paris-Diderot - Paris VII, 2009. http://tel.archives-ouvertes.fr/tel-00574750.

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Noël, Alexandra. "Influence de la taille de départ, de l’état d’agglomération et de la dose de nanoparticules de dioxyde de titane (TiO2) inhalées sur la réponse pulmonaire chez le rat." Thèse, 2013. http://hdl.handle.net/1866/10121.

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Abstract:

En raison de leur petite taille, les nanoparticules (NP) (< 100 nm) peuvent coaguler très rapidement ce qui favorise leur pénétration dans l’organisme sous forme d’agglomérats. L’objectif de cette recherche est d’étudier l’influence de l’état d’agglomération de NP de dioxyde de titane (TiO2) de trois tailles de départ différentes, 5, 10-30 ou 50 nm sur la toxicité pulmonaire chez le rat mâle (F344) exposé à des aérosols de 2, 7 ou 20 mg/m3 pendant 6 heures. Dans une chambre d’inhalation, six groupes de rats (n = 6 par groupe) ont été exposés par inhalation aiguë nez-seulement à des aérosols ayant une taille primaire de 5 nm, mais produits sous forme faiblement (< 100 nm) ou fortement (> 100 nm) agglomérée à 2, 7 et 20 mg/m3. De façon similaire, quatre autres groupes de rats ont été exposés à 20 mg/m3 à des aérosols ayant une taille primaire de 10-30 et 50 nm. Les différents aérosols ont été générés par nébulisation à partir de suspensions ou par dispersion à sec. Pour chaque concentration massique, un groupe de rats témoins (n = 6 par groupe) a été exposé à de l’air comprimé dans les mêmes conditions. Les animaux ont été sacrifiés 16 heures après la fin de l’exposition et les lavages broncho-alvéolaires ont permis de doser des marqueurs d’effets inflammatoires, cytotoxiques et de stress oxydant. Des coupes histologiques de poumons ont également été analysées. L’influence de l’état d’agglomération des NP de TiO2 n’a pu être discriminée à 2 mg/m3. Aux concentrations massiques de 7 et 20 mg/m3, nos résultats montrent qu’une réponse inflammatoire aiguë est induite suite à l'exposition aux aérosols fortement agglomérés. En plus de cette réponse, l’exposition aux aérosols faiblement agglomérés à 20 mg/m3 s’est traduite par une augmentation significative de la 8-isoprostane et de la lactate déshydrogénase. À 20 mg/m3, les effets cytotoxiques étaient plus importants suite à l’exposition aux NP de 5 nm faiblement agglomérées. Ces travaux ont montré dans l'ensemble que différents mécanismes de toxicité pulmonaire peuvent être empruntés par les NP de TiO2 en fonction de la taille de départ et de l’état d’agglomération.
Given their small size, nanoparticles (NP) (< 100 nm) can coagulate quickly, which promotes their entry into the body in the form of agglomerates. The objective of this study is to evaluate the influence of the agglomeration state of three different primary particle sizes (5, 10-30 and 50 nm) of titanium dioxide (TiO2) NP on the pulmonary toxicity of male rats (F344) exposed to aerosols at 2, 7 or 20 mg/m3 for 6 hours. In an inhalation chamber, six groups of rats (n = 6 per group) were acutely exposed by nose-only inhalation to aerosols with a 5-nm primary particle size, produced in the form of small agglomerates (< 100 nm) (SA) or large agglomerates (> 100 nm) (LA) at 2, 7 and 20 mg/m3. Similarly, four other groups of rats were exposed to aerosols at 20 mg/m3 with a primary particle size of 10-30 and 50 nm. The different aerosols were generated by nebulization of suspensions or by dry dispersion. For each mass concentration, one group of control rats (n = 6 per group) was exposed to compressed air under the same conditions. The animals were sacrificed 16 hours after the end of exposure, and analysis of the bronchoalveolar lavage fluids was used to measure markers of inflammatory, cytotoxicity and oxidative stress effects. Lung sections were also analyzed for histopathology. The influence of the agglomeration state of TiO2 NP (5 nm) could not be determined at 2 mg/m3. For mass concentrations of 7 and 20 mg/m3, our results showed that an acute inflammatory response was induced following exposure to LA aerosols. In addition to this response, exposure to SA aerosols resulted in a significant increase in 8-isoprostane and lactate dehydrogenase. At 20 mg/m3, the cytotoxic effects were greater after exposure to the 5-nm NP in the SA aerosol. This study showed that TiO2 NP use different mechanisms to induce their pulmonary toxicity as a function of their primary particle size and their agglomeration state.

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Tabbaa, Chalabi Rajaa. "Effets des nanoparticules manufacturées sur les cellules pulmonaires humaines." Thèse, 2015. http://hdl.handle.net/1866/13674.

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Abstract:

La détection et la caractérisation des nanoparticules manufacturées (NPM) est l’une des premières étapes pour contrôler et diminuer leurs risques potentiels sur la santé humaine et l’environnement. Différents systèmes d’échantillonnage dans l’air existent pour l’évaluation d’une exposition aux NPM. Cependant, ils ne mesurent pas le risque potentiel de cette exposition à la santé humaine ni les mécanismes cellulaires qui en seraient responsables. Nos objectifs de recherche sont 1) Évaluer les effets de différents types de nanoparticules sur des cellules pulmonaires humaines et 2) Identifier de nouveaux mécanismes intracellulaires activés lors de l’exposition à divers types de NPM. Méthodologie: La lignée de cellules A549 a été utilisée. Trois types de NPM ont été étudiés (différentes concentrations et temps d’exposition): les nanoparticules de dioxyde de titane de type anatase (TiO2), les nanotubes de carbone simple paroi (NTCSP) et les nanoparticules de noir de carbone (NC). La viabilité cellulaire a été mesurée par le test MTS, le test PrestoBlue et le test d’exclusion du bleu de Trypan (uniquement pour les NTCSP). La mesure du stress oxydatif a été déterminée par la mesure des dérivés réactifs de l’oxygène (ROS) en utilisant l’essai DCFH-DA. L’activation d’une réponse anti-oxydative a été déterminée par la mesure de la forme réduite (GSH) et oxydée (GSSG) du glutathion, ainsi que du ratio GSH/GSSG (seulement avec NTCSP et TiO2). Résultats: Les trois nanoparticules ne semblent pas être toxiques pour les cellules A549 car il y a une diminution significative mais minime de la viabilité cellulaire. Cependant, elles induisent une augmentation du contenu intracellulaire en ROS qui est à la fois dépendante du temps et de la concentration. Aucun changement dans les concentrations de GSH et GSSG n’a été observé. En conclusion, nos données indiquent que la mesure de la viabilité n’est pas un critère suffisant pour conclure à la toxicité des NPM. La production de ROS est un critère intéressant, cependant il faudra démontrer l’activation de systèmes anti-oxydatifs pour expliquer l’absence de mortalité cellulaire suite à l’exposition aux NPM.
Detection and characterization of manufactured nanoparticles (NPs) is one of the first steps to control and reduce potential risks to human health and the environment. Various sampling schemes in air exist for the evaluation of exposure to NPs. However, they do not measure the potential risk of this exposure to the human health and the cellular mechanisms that are responsible. Our research objectives are 1) To evaluate the effects of different types of nanoparticles on human lung cells and 2) Identify new intracellular mechanisms activated during exposure to various types of NPs. Methodology: The cell line A549 was used. Three types of NPs were studied (different concentrations and exposure time): titanium dioxide nanoparticles of anatase (TiO2), the simple wall carbon nanotubes (SWCN) and black carbon nanoparticles (BC). Cell viability was measured by the MTS assay, the PrestoBlue assay and the Trypan blue due exclusion test (only for the SWCN). To investigate whether the NPs stimulated ROS generation in A549 cels, the intracellular ROS level was measured using the DCFH-DA assay. The potential induction of oxidative stress responses in cells when exposed to TiO2 and SWCN was determined by the quantification of the extracellular levels of reduced (GSH) and oxidized glutathione (GSSG) forms. Results: The three nanoparticles do not appear to be toxic to A549 cells because there is a significant but small decrease in cell viability. However, they induce ROS production which is both time and concentration dependent. No change in the concentrations of GSH and GSSG were observed. In conclusion, our data indicate that measuring the cell viability is not a sufficient criterion for concluding if the NPs are toxic. ROS production is an interesting criterion, however, we have to demonstrate the activation of anti-oxidative systems to explain the absence of cell death following exposure to the NPs.

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Dissertations / Theses on the topic 'Nanoparticules de TiO₂ (dioxyde de titane)'

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