Effets de traitements post-synthèses sur la surface de nanotubes de carbone mono et multi-parois étudiés par la physisorption de gaz, Effects of post-synthesis treatments on the surfaces of single-and multi-wall carbon nanotubes studied by gas physical adsorption

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FACULTE DES SCIENCES ET TECHNIQUES

U.F.R : Sciences et Techniques de la Matière et des Procédés
Ecole Doctorale : EMMA
Formation Doctorale : Physique et Chimie de la Matière et des Matériaux


Thèse

Présentée en vue de l’obtention du grade de
Docteur de l’Université Henri Poincaré, Nancy-Université
en Physique et Chimie de la Matière et des Matériaux
Par LE Thi Ngoc Ha

Effets de traitements post-synthèses sur la surface de nanotubes
de carbone mono- et multi-parois étudiés par la physisorption de gaz

Soutenance prévue le 29 Juin 2009 devant la commission d’examen :

Membres du jury :
Président M. M. Belmahi Professeur, IJL, Nancy-Université
Rapporteurs : Mme. S. Bonnamy Directeur de Recherche, CRMD, Orléans
M. F. Picaud Maître de Conférences, Institut UTINAM, Besançon
Examinateurs : Mme. C. Journet-Gautier Maître de Conférences, LPMCN, Lyon
Encadrants : M. Edward McRae Directeur de Recherche, IJL, Nancy-Université
M. Fabrice Valsaque Maître de Conférences, IJL, Nancy-Université



Institut Jean Lamour, UMR-CNRS 7198
Département Chimie et Physique des Solide et des Surfaces
Faculté des Sciences et Techniques- 54506 Vandoeuvre-lès-Nancy


Remerciements

Ce travail a été réalisé au Laboratoire de Chimie du Solide Minérale (UMR-CNRS 7555) dirigé par
le Professeur Pierre Steinmetz. Ce laboratoire a fusionné à compter de janvier 2009 au sein de l’Institut
Jean Lamour (UMR-CNRS 7198) dirigé par le Professeur Jean-Marie Dubois. Je tiens d’abord à
remercier ces deux directeurs de m’avoir donné les moyens de réaliser ce travail dans leur structure de
recherche.
Je remercie mes deux directeurs de thèse de m’avoir guidé pendant l’élaboration de ce travail : à
Monsieur Edward McRae, Directeur de Recherche CNRS, à l’Institut Jean Lamour, je le remercie de
m’avoir transmis des connaissances précieuses, de m’avoir toujours donné la liberté d’action et d’esprit
pour développer ce travail. Je n’oublierai jamais ses aides généreuses dans mes premiers séjours à Nancy.
A Monsieur Fabrice Valsaque, Maître de Conférences à l’Université Henri Poincaré, je le remercie pour
son dévouement lors des nombreuses discussions, ses conseils éclairés, son écoute et surtout pour son
support sincère dans les moments difficiles. Sans l’un de vous, ce travail aurait été un arc-en-ciel sans
couleur.
J’adresse mes sincères remerciements au Professeur Mohammed Belmahi de l’Institut Jean Lamour
qui m’a fait l'immense honneur de présider mon jury.
Je remercie vivement Madame Sylvie Bonnamy, Directeur de Recherche au Centre de Recherche sur
la Matière Divisée du CNRS à Orléans, et Monsieur Fabien Picaud, Maître de Conférences de l’Université
de Franche-Comté d'avoir bien voulu mobiliser leur temps et leurs compétences pour juger ce travail en la
qualité de rapporteurs. Ils ont contribué par leurs nombreuses remarques et suggestions à améliorer la
qualité de ce mémoire.
Je prie, Madame Catherine Journet-Gautier, Maître de Conférences à l’Université Claude Bernard
Lyon 1, d'accepter l'expression de ma profonde gratitude pour sa participation au jury de cette thèse.
Je souhaite, tout particulièrement, exprimer ma plus sincère gratitude à Monsieur Michel Mercy,
Ingénieur à l'Université Henri Poincaré, pour son aide très régulière et dévouée à une vietnamienne en
détresse face à des problèmes de soudure du verre.
Je remercie, très sincèrement Jean-Francois Marêché, Chargé de Recherche CNRS à l’Institut Jean
Lamour, pour son aide indispensable au bon fonctionnement des bancs de volumétrie d’adsorption et pour
ses conseils éclairés.
Mes remerciements s’adressent aussi à Brigitte Vigolo, Chargé de Recherche CNRS à l’Institut Jean
Lamour, avec qui j’ai eu la fortune de partager la richesse de ses recherches et de son cœur. Ses conseils,
i ses encouragements, ses compréhensions ont contribué pour une bonne partie au déroulement de ce
travail.
Que Madame Martine Mayne-L’Hermite et Monsieur Mathieu Pinault, Chercheurs au Laboratoire
Francis Perrin du CEA à Saclay, trouvent ici l’expression de mes sincères remerciements pour leur
collaboration, leur amitié, et leur gentillesse avec lesquelles ils m'ont permis de caractériser leurs
échantillons de nanotubes et d’utiliser une partie de leurs résultats concernant la mesure de diamètre de
tubes.
Je ne sais comment remercier Madame Pascale Launois, Directeur de Recherche au CNRS à
l'Université de Paris Sud, et ses collègues Julien Cambedouzou, Maître de Conférences à l’Université de
Paris Sud, Vasile Heresanu, Post-Doctorant à l’Université de Paris Sud pour toute leur aide, notamment
pour l'étude de diffraction de rayons X sur des poudres. Mes connaissances dans ce domaine ont été
grandement complétées par Monsieur Robert Almairac, Chargé de Recherche à l’Université de
Montpellier 2. Je les en remercie vivement.
J'aimerais remercier l'ensemble des membres du laboratoire, plus particulièrement Lionel Aranda
pour sa gentillesse, sa disponibilité et son aide concernant les mesures ATG ; Ghouti Medjahdi, Pascal
Villeger et Sylvie Schneider pour leurs conseils, leurs aides techniques et scientifiques sur la DRX.
J'exprime mes remerciements à Jaafar Ghanbaja et Alain Kohler au SCMEM, Nancy pour leurs
caractérisations microscopiques.
A Madame Thi My Linh TRAN, Maître de Conférences à l'Université Nationale de Hanoi (Vietnam),
pour ses soutiens, ses encouragements pendant mes premiers séjours en France, j’adresse mes vifs
remerciements.
Je tiens à exprimer ma vive reconnaissance à Madame et Monsieur CHIME, aux familles
vietnamiennes et à l'ensemble des étudiants vietnamiens au Mans et à Nancy : Ngan, Na, Thu, Viet, Kim
Anh pour tous les moments agréables qu’ils m’ont apportés. Leurs soins durant les années de thèse m’ont
beaucoup touché.
A travers ce travail, s'adressent toutes mes reconnaissances à mes parents et à ma grande famille au
Vietnam. De loin, ils ont contribué, à leur manière, à l'accomplissement de ce travail.
Et à toi, Nghi, celui qui partage avec moi l’expérience du mariage, qui est toujours à mon côté, qui
m’attend dans la nuit après des longues journées de manip. J’adore les moments et des choses qu’on a
découverts ensemble. Merci Anthony. Ton arrivée au monde m’apporte plein de nouvelles émotions et
sensations, celles d’être mère.
Et toutes les personnes non citées ici et qui, par leurs discussions, leur savoir-faire, leur aide et leurs
encouragements, ont contribué à l'accomplissement de ce travail, qu'ils sachent que je leur suis, à chacun,
reconnaissante.
ii Remerciements i
Sommaire iii
Introduction générale 1



PARTIE I
Etude bibliographique et techniques expérimentales

Chapitre 1 : Généralités sur les nanotubes de carbone
1 Introduction........................................................................................................................4
2 Les formes allotropiques....................................................................................................4
2.1 Le graphite et le diamant.................