Ce travail de thèse se consacre à la synthèse et à l’étude de composés organiques et organométalliques capable de former des polymères supramoléculaires par l’emploie d’interactions faibles. Après une étude bibliographique non exhaustive introduisant à la chimie supramoléculaire, à l’application des matériaux supramoléculaires dans l’électronique organique et plus particulièrement le transport de charge ; les méthodes de caractérisations de ces autoassemblages en solution et à l’état solide ont été introduites. La stratégie d’approche dans un premier temps a été de développer des structures dérivées de TBA et TUA capables de s’auto-assembler et qui fournissent une possibilité à la fonctionnalisation. En y apportant des modifications structurales nous pouvons contrôler les propriétés de l’auto-assemblage. Elles ont montré la capacité de former des gels supramoléculaires à travers un réseaux en 3D de polymères supramoléculaires et de former des auto-assemblages aussi à l’état solide. Ces capacités d’auto-assemblage ont été exploité par dans la seconde partie, en réalisant des acétylures de ruthénium en employant les dérivés de TBA et TUA comme ligands acétylures. Cela a permis à la formation de métallopolymères supramoléculaire et métallomésogènes dans certain cas. La troisième partie de ce travail se consacre au développement d’une famille de composé auto-assemblabe ayant comme centre un groupement accepteur d’électrons : la s-tétrazine. Grâce à ce groupement, il a été possible d’exploiter une interaction faible supplémentaire : les interactions donneur-accepteur dans la formation d’auto-assemblage en solution.

Les biomatériaux sont de plus en plus utilisés, car ils offrent une alternative fiable aux greffes osseuses. Parmi ces matériaux, les biomatériaux bioactifs, capables d'interagir avec le tissu osseux et de stimuler sa régénération, sont particulièrement prometteurs, notamment le verre bioactif. La fabrication additive, ouvre de nouvelles perspectives pour la création de substituts osseux sur-mesure. Cette technologie permet aux praticiens de concevoir des implants adaptés à la morphologie de chaque patient. La fabrication de tels composites repose sur une approche multidisciplinaire. Lors de ce travail de thèse, la première étape consistait à synthétiser un verre mésoporeux (92S6 P123) et à l’associer à l’acide polylactique (PLA) pour obtenir un composite PL90 (90 % PLA, 10 % 92S6 P123). Les scaffolds imprimés en utilisant le procédé de dépôt de filament fondu (FFF) ont été optimisés en termes de design (motifs grille et gyroïde) et de porosité. Les analyses ont montré que le motif gyroïde, avec une porosité de 50 %, offrait de meilleures propriétés mécaniques et de dégradation. Les tests biologiques in vitro ont montré l'absence de cytotoxicité pour les scaffolds PL90, et les essais in vivo réalisés sur des modèles porcins ont révélé une intégration osseuse prometteuse du PL90 par rapport aux matériaux standards. Dans le cadre d'une collaboration internationale, des essais ont été réalisés en Finlande pour combiner le 92S6 P123 avec un verre boro silico-phosphaté (X10) et un liant (Pluronic® F-127) pour l’impression de scaffolds. Des essais de bioactivité ont révélé une formation d’hydroxyapatite. Ces recherches ont aussi permis de renforcer une collaboration internationale et d'ouvrir des perspectives d'amélioration, notamment par l’évaluation de nouvelles compositions à base de 92S6 P123 et X10.

Ce travail de thèse se propose de développer des nanosondes luminescentes pour l’analyse et le tri de sous population de vésicules extracellulaires impliquées dans des pathologies reliées à l’infertilité. Les EV, bicouches lipidiques contenant des informations qui permettent la communication entre les cellules et sont impliquées dans de nombreuses pathologies peuvent rendre compte de l’infertilité d’une patiente. Plus précisément, nous étudierons l’influence de l’insuffisance ovarienne précoce et du syndrome de l’ovaire polykystique sur la morphologie, la taille et le contenu en miRNA des EV. Pour analyser et marquer le contenu, nous proposons de développer des nanosondes luminescentes sensibles à l’environnement intra vésiculaire des EV in situ. Les nanoclusters d’or sont des nanoparticules duales (fluorescentes et à lourd noyau) et biocompatibles de taille inférieure à 2 nm. Leur fluorescence provient aussi de leurs ligands, pour lesquels nous avons élaboré une plateforme chimique, ce qui les rend sensibles à l’environnement. De plus, les nanoclusters offrent des propriétés optiques uniques, une intensité d’émission et un long temps de vie (microseconde) modulables en fonction de l’environnement. Nous avons développé une sonde de pH duale (en intensité d’émission et en temps de vie de fluorescence), qui permet de s’affranchir des problèmes d’autofluorescence des milieux et d’une calibration.

Les matériaux organiques, inorganiques et hybrides luminescents font l'objet d'études actives de la part d'un grand nombre de groupes de la communauté scientifique mondiale. Les complexes octaédriques de molybdène et de rhénium, dont la formule générale peut être exprimée comme [{M₆X₈}L₆]ⁿ, où M est le métal, X et L sont les ligands des sphères intérieure et extérieure du complexe, constituent l'une des classes de composés prometteuses pour la création de tels matériaux. Les complexes de cette composition possèdent une absorption dans le domaine spectral de l'ultraviolet et du visible, jusqu'à 550 nm. Leur combinaison avec des composés luminescents dans cette gamme peut entraîner une modification significative des propriétés spectroscopiques et photophysiques du matériau résultant, non seulement en raison de la combinaison des spectres d'émission, mais aussi en raison du transfert d'énergie entre les deux centres de luminescence. Les luminophores organiques bleus peuvent être l'un des candidats appropriés pour une telle combinaison. Dans le présent travail, nous avons combiné plusieurs complexes octaédriques de molybdène et de rhénium avec des dérivés d'anthracène et de tétraphényléthylène en utilisant des approches ioniques et supramoléculaires. Dans les composés hybrides obtenus, un transfert d'énergie efficace est observé. L'incorporation de ces hybrides dans une matrice de PMMA entraîne la formation de nanocomposites luminescents qui conviennent aux applications d'écriture optique.

Dans cette thèse, la fonctionnalisation redox du MoS₂ a été considérée pour le développement de dispositifs électrocommutables. Des monocouches de MoS₂ exfoliées mécaniquement ont été fonctionnalisées avec du 6-(ferrocényl)hexanethiol et caractérisées de manière approfondie par un large éventail de techniques expérimentales. La combinaison de ces techniques à de la modélisation théorique a permis d’accéder à une meilleure connaissance des propriétés électroniques du MoS₂ fonctionnalisé par du ferrocène. De plus, une étude de microscopie électrochimique (SECM) a permis de mieux comprendre l’alignement des bandes d’énergie à l’interface MoS₂/électrolyte. Enfin, des nanofeuillets de MoS₂ ont été fonctionnalisés par du ferrocène et une autre molécule électroactive donnant lieu à deux processus redox réversibles, le tétrathiafulvalène (TTF). Le succès de la fonctionnalisation a été confirmé par des techniques de caractérisations à plusieurs échelles. Les mesures électriques des dispositifs à base de TMD ont conduit à des résultats prometteurs vers l’objectif de la mise en oeuvre de dispositifs électrocommutables à partir de MoS₂ fonctionnalisé par des molécules électroactives.

La modification et la structuration de surfaces sont des domaines clés pour le développement de nouvelles applications dans des secteurs variés comme l'électronique ou la (bio)détection. Les travaux présentés dans cette thèse s'articulent autour de deux approches de structuration de films organiques. Tout d'abord, la structuration de couches organiques fonctionnelles greffées par l'électroréduction de sels d'aryle diazonium porteurs de groupements labiles qui permettent la structuration locale du film. Puis, un travail exploratoire s'appuyant sur la structuration de films organiques constitués de molécules π-conjuguées est présenté dans le domaine émergent de la plasmonique organique.

L’humanité fait face à un défi crucial : développer l’utilisation de sources d’énergie renouvelables capable de remplacer les combustibles fossiles. Parmi les solutions potentielles, l’énergie solaire se distingue comme la plus prometteuse. La photosynthèse artificielle, en imitant le processus naturel, permet de convertir la lumière du soleil en carburants propres et en produits chimiques utiles, offrant ainsi une alternative écologique et durable. Cette thèse explore deux approches principales : l’utilisation de l'urée, un composé abondant dans les eaux usées, via son oxydation photo-électrochimique, pour produire de l’hydrogène tout en contribuant à la purification de l’eau; et l’étude des batteries à flux redox, une technologie verte inspirée de la photosynthèse naturelle, pour stocker efficacement l’énergie solaire. Un autre aspect est l’utilisation d’une photo-pile pour la synthèse d’une molécule utilisée en tant que composant d’électrolyte dans les batteries. Le travail présente les résultats sur les jonctions métal/isolant/semiconducteur (MIS) comme interfaces photo-actives, ainsi que l’utilisation de cellules tandem pérovskite/silicium, pour améliorer les systèmes de conversion et de stockage de l’énergie solaire.

Le protoxyde d’azote (N₂O) est un gaz à effet de serre anthropogénique puissant qui contribue à l’appauvrissement de la couche d’ozone. Ce gaz, déchet d’industries chimiques, peut être valorisé comme agent oxydant pour la synthèse, avec transfert de son atome d’oxygène dans des produits d’intérêt et libération de diazote comme seul sous-produit. L’activation de ce nouvel oxydant propre a été réalisée en conditions photocatalytiques. Comme preuve de concept, les phosphines ont été utilisées comme molécules sondes pour valider le transfert de l’atome d’oxygène du N₂O vers l’atome de phosphore, catalysé sous lumière UV et à température ambiante par le dioxyde de titane dopé à l’argent. Les applications du système photocatalytique ont ensuite été étendues à la décomposition du protoxyde d’azote en présence d’alcools et à leur oxydation simultanée et sélective en dérivés carbonylés, puis à la synthèse d’imines par homo-couplage oxydant d’amines ou par couplage croisé d’amines et d’alcools. Pour ces différentes réactions, des sélectivités supérieures ont été observées avec N₂O par rapport au dioxygène. En parallèle, du TiO₂ dopé au platine s’est montré très actif pour la production photocatalytique d’hydrogène en milieu alcoolique. De manière efficace, des réactions de transfert d’hydrogène ont été menées dans l’éthanol pour la réduction de groupements fonctionnels organiques.

Dans ce travail de thèse, le comportement de l'interface de l'hétérojonction, le processus de croissance des grains cristallins et la couche tampon des cellules solaires à base de Sb₂2Se₃ ont été étudiés. La qualité de l'absorbeur et l'alignement des bandes d'énergie sont identifiés comme des paramètres clés pour réduire la densité de défauts et pour faciliter la séparation et le transport des porteurs de charge photogénérés. Une stratégie de dopage d'Al³⁺ dans la couche tampon de CdS a été introduite dans les cellules solaires Sb₂2Se₃. L'alignement des bandes d'énergie et la qualité de l'interface p-n ont été considérablement améliorés. Une courbure de bandes type "Spike-like" a été obtenue pour la meilleure cellule solaire avec un rendement de 8,41%. Deuxièmement, un procédé de recuit thermique rapide a également été développé et optimisé afin d'améliorer la qualité de la couche absorbeur de Sb₂2Se₃ avec une densité de défauts réduite. Le rendement des cellules solaires est augmenté à 9,03%. De plus, nous avons essayé de remplacer la couche tampon CdS toxique par un film ZnSnO respectueux de l'environnement avec en plus un band-gap plus large. Un rendement intéressant de 3,44% a été obtenue pour ces cellules solaires de Sb₂2Se₃ sans Cd.

Dans cette thèse, les propriétés de transport des porteurs de charge, le processus de croissance des grains, le mécanisme de perte de VOC et les possibilités d'amélioration du rendement des cellules solaires de CZTSSe ont été étudiés. L'importante perte de VOC et le faible facteur de remplissage des cellules solaires CZTSSe sont les principaux défis pour l'amélioration du rendement. Cela est principalement dû à la mauvaise qualité de l'interface arrière, à l'alignement non optimisé des bandes et à la présence des phases secondaires dans l'absorbeur. Trois approaches ont été utilisées dans ce travail pour améliorer le rendement de ce cellules PV. Premièrement, une couche intermédiaire de WO3 a été introduite dans l'interface arrière pour inhiber la réaction indésirable entre la couche d'tungsten et l'absorbeur. Deuxièmement, l'alignement des bandes et la présence de phases secondaires à l'interface avant ont été améliorés en même temps par un traitement de sulfuration à basse température. Enfin, la conception et la réalisation d'une couche absorbeure à double gradient de band-gap en CZTSSe ont facilité la séparation et l'extraction des porteurs de charge. Des cellules solaires en CZTSSe avec un rendement de conversion photovoltaïque de 13,7% ont été obtenues. Ces très bons résultats, obtenus grâce à une meilleure comprehnsion du mécanisme de pertes, pourraient être une excellente base pour des améliorations futures.