Etude de pigments thermochromes autour du cobalt II, Synthesis and characterization of new irreversible cobalt doped thermochromic pigments

N° d’ordre : 4132
THESE
PRÉSENTÉE À
L’UNIVERSITE BORDEAUX 1
ECOLE DOCTORALE DES SCIENCES CHIMIQUES
Par Lionel ROBERTSON
Ingénieur ENSCBP
POUR OBTENIR LE GRADE DE
DOCTEUR
SPECIALITÉ : Physico-Chimie de la Matière Condensée

Etude de pigments thermochromes autour du cobalt II


Soutenue le 09 Décembre 2010

Jury
Mr. Regino Sàez Puche Rapporteur
Mr. Didier Gourier Rapporteur
Mme. Corine Mathonière Examinateur
Mr. Jaouad Salmi Examinateur
Mr. Philippe Brevet Examinateur
Mr. Claude Delmas Examinateur
Mr. Manuel Gaudon Co-directeur de thèse
Mr. Alain Demourgues Co-directeur de thèse













Souvent une fausse joie vaut mieux qu'une tristesse dont la cause est vraie.
René Descartes
À Rémy, mon frère Remerciements

Cette étude a été menée à l’Institut de Chimie de la Matière Condensée de
Bordeaux. Je tiens à remercier Monsieur Claude Delmas, directeur de l’institut
pour m’y avoir accueilli afin de réaliser les travaux de ma thèse dans des conditions
plus qu’excellentes par la qualité des installations et appareillages ainsi que par le
professionnalisme des membres des groupes de recherche.

Je remercie chaleureusement Monsieur Didier Gourrier professeur à l’École
Nationale Supérieure de Chimie de Paris et Monsieur Regino Sàez Puche
professeur à l’université de Madrid d’avoir accepté de rapporter ce mémoire. Je les
remercie pour le temps et l’énergie consacrés à cette tâche longue et rigoureuse. Je
remercie également Madame Corine Mathonière, Messieurs Jaouad Salmi et
Philippe Brevet pour avoir fait partie de mon jury et Monsieur Claude Delmas
pour l’avoir présidé.

Je tiens à remercier tout particulièrement Messieurs Alain Demourgues et
Manuel Gaudon, mes deux directeurs pendant ces trois années de profonde
émulation scientifique. Alain Demourgues a incarné la recherche exaltée. C’est un
vrai passionné pur jus à l’imagination débordante et doté de surcroit de profondes
connaissances en chimie du solide. Sa culture dans le domaine est vraiment
impressionnante. Je resterai marqué à vie par sa joie de vivre, sa détermination à
aller toujours plus loin ainsi que par son souci permanent du détail. Manuel
Gaudon, mon deuxième directeur, a incarné le volet tranquille de la recherche.
Mais il ne faut pas s’y fier, le calme apparent masque l’esprit le plus vif et sans
doute la personne la plus intelligente que j’ai rencontrée à ce jour. Je ne compte
plus les fois ou il a su trouvé des solutions à la fois simples et élégantes, en un
temps record à des problèmes m’ayant bloqué des journées entières. Je resterai très
influencé par son pragmatisme et sa vision de la chimie du solide que je propagerai à mon tour. Grâce à eux cette aventure n’a pas été que scientifique mais aussi
humaine, je crois même en avoir appris autant sinon plus sur moi que sur la Chimie
et pour cela, je leur en suis extrêmement reconnaissant. Par ailleurs, je ne suis pas
un étudiant facile à encadrer, je ne peux que les remercier à nouveau pour la
patience dont ils ont fait preuve pour me guider sur le bon chemin chaque ou je
m’obstinais à me perdre dans des chemins étranges. Merci, grâce à vous j’ai
progressé !

Cette thèse financée par la Région Aquitaine et par la DGCIS que je remercie
également, est une composante du projet ARTIQ dont je remercie tous les
collaborateurs. Je voudrais remercier en particulier Messieurs Philippe Brevet et
Pierre Escourou de Turboméca, Monsieur Jaouad Salmi et Mademoiselle
Magali Albinac de Marion Technologies, Mademoiselle Céline Leuridan de
Mapaéro, Madame Christine Lempereur de l’Onéra et Monsieur Bernard Moine
du LPCML. Grâce à eux, les réunions étaient toujours des moments intéressants ou
la science était mêlée à une certaine détente, détente fort agréable pour aborder les
aspects complexes du projet.

Cette thèse doit beaucoup à l’excellent travail de deux stagiaires à savoir
Laurent Marly et Lolita Righetti. Je les remercie chaleureusement pour leur
dévouement, leur motivation et l’intérêt qu’ils ont montré à l’accomplissement de
leurs travaux.

Je tiens à remercier mes collègues du groupe Fluor, à savoir Jérôme
Majimel, Etienne Durand, Alain Tressaud, Nicolas Penin, Émilie Lataste,
Romain Clarenc, Iona Moog et Jonathan Abel pour la bonne ambiance tant en
salle de manip qu’à table le midi. Je tiens à adresser des remerciements tout
particuliers à Monsieur Nicolas Penin qui a été d’une très grande aide dans cette
thèse. Sans ses contacts et son professionnalisme, toute la partie sur la diffraction de neutrons en température n’aurait sans doute jamais existé. Je ne trouve pas les
mots pour lui exprimer ma profonde reconnaissance.

Je voudrais remercier mes amis pour leur soutien inconditionnel pendant ces
trois années. Tout d’abords je voudrais remercier ceux que j’ai eu la chance de
rencontrer au labo. Merci à Cédric Feral-Martin, Céline Leroy, Yann Roig, Isabelle
Trenque, Laetitia Etienne, et Lionel Teulegay. Aussi incroyable que cela puisse
paraître, il y a une vie après le labo j’ai pu rencontrer des personnes exceptionnelles,
qui m’ont également soutenu autant qu’il le pouvait dans les moments difficiles.
Merci à Céline Etrillard, Ivan Méallares, Estelle Narran, Anne-Lise Chevalier,
Ingrid Joachim, Lionel Guioubly, et Joan Deglas.

Cela ne transparait pas dans l’écriture du manuscrit ni la réalisation des
travaux menés, mais je dois beaucoup à la danse et surtout à la salsa. Rien de tel
pour ce vider le cerveau après une éprouvante journée de manip ! Je tiens donc à
remercier Jenny Eroles, Carole Couture, Xavier Laporte, Anaïs Bataille, Sarah
Gourdel, Marion Denéchère, Natalia Monfort, Karine Canouel, Véronique
Cardinal, Solène Bouffard, Géraldine Dubourg, Brigitte Coupry, le Spot Salsa, le
Chuchumbé pour tous les bons moments passés sur les pistes, en couple ou en
rueda !!! Je remercie tous mes élèves salseros de l’ENSCPB et de l’ENSEIRB et
toutes les partenaires avec qui j’ai dansé. Je remercie également mes profs, Cazi,
Boki et Amour « Crazylegs » pour m’avoir initié et formé à cette fantastique danse
populaire et festive !

Enfin, je ne saurai terminer cette page de remerciement sans une mention
particulière à mes parents, mon frère et ma tante. Les mots me manquent, je me
contenterai de vous dire simplement merci pour tout.



Tables des matières

Introduction générale ......................................................................................................... 1

I. La couleur et le thermochromisme
I.1 La couleur ...................................................................................................... 7
I.1.1 Mécanismes à l’origine de la couleur chimique .. 8
I.2 Les pigments thermochromes.. 17
I.2.1 Les pigments .......................................................................................................................... 17
I.2.2 Le thermochromisme ........... 17
I.3 Peintures et pigments thermochromes de l’application visée ................................ 21
I.3.1 Les peintures thermochromes actuelles ............................................. 21
I.3.2 Cahier des charges des nouveaux pigments thermochromes ........ 22
I.4 Choix d’un chromophore « efficace » ..................................................... 24
I.5 Bibliographie du Chapitre I ...................................................................... 26

II. Corrélation entre thermochromisme et dégradation chimique en température
II.1 Introduction ................................................................................................................................ 31
II.2 Propriété thermochrome de l’hydroxyde de cobalt Co(OH) ............ 32 2
II.2.1 Introduction ....................... 32
II.2.2 Synthèse et analyse par DRX .......................................................................................... 33
II.2.3 Propriétés optiques ........................................... 36
II.2.4 Propriétés thermochromes ......