Synthèse et caractérisation de nanoparticules à base d'oxydes de cérium et de fer pour la filtration des UV dans les produits solaires, Synthesis and characterisation of cerium dioxide- and iron oxidebased nanoparticles for UV filtration in sunscreens

Laurianne Truffault

Description

Sous la direction de Lévi Allam, Thierry Devers, Konstantin Konstantinov
Thèse soutenue le 08 décembre 2010: Université de Wollongong, Orléans
L’objet de cette thèse est la synthèse et la caractérisation de nouveaux filtres UV inorganiques nanostructurés, efficaces dans le domaine des UVA. Dans ce contexte, nous avons choisi d’étudier le dioxyde de cérium (CeO2) et l’hématite (α-Fe2O3) en raison notamment de leurs propriétés optiques d’absorption des UV. Deux méthodes de synthèse ont été sélectionnées pour l’élaboration de ces oxydes, purs ou dopés, sous la forme de poudre nanométrique: la co-précipitation et le spray-pyrolyse. Les conditions optimales de synthèse ont été déterminées grâce à de la diffraction des rayons X et de l’analyse thermique. La structure cristalline ainsi que la granulométrie des échantillons obtenus ont été caractérisées par diffraction des rayons X et microscopies électroniques. La granulométrie et la morphologie des échantillons sont reliées aux méthodes de synthèse, aux conditions opératoires (atmosphère et température de calcination), à la nature et à la concentration des éléments dopants. Les propriétés optiques des échantillons suspendus dans de l’éthanol ont été étudiées par spectroscopie d’absorption UV-visible. Elles sont reliées à la granulométrie des échantillons ainsi qu’à des phénomènes localisés au sein de la maille cristallographique (changements de valence, présence de défauts). Les échantillons à base de CeO2 et α-Fe2O3 ont finalement été incorporés en émulsion solaire, à la place de ZnO, afin de tester leurs performances anti-solaires (SPF et FP-UVA) par mesure in vitro. Les résultats montrent que le ZnO peut être positivement remplacé dans les produits de protection solaire par l’oxyde de cérium ou de fer qu’ils soient purs ou dopés.
-Spray-pyrolyse
-Filtre UV inorganique
The subject of this thesis is the synthesis and the characterization of new UVA-efficient nanostructured inorganic UV filters. In this context, we chose to study cerium dioxide (CeO2) and hematite (α-Fe2O3), most importantly because of their optical absorption properties. Two methods were selected to synthesise cerium dioxide and hematite in nanostructured powder form: the co-precipitation method and the spray-pyrolysis method. Cerium dioxide was studied in both non-doped and doped forms. Optimal synthesis conditions were determined by X-ray diffraction and thermal analysis. The crystalline structure and granulometry of the obtained samples were characterised by X-ray diffraction and electronic microscopy techniques. Granulometry and morphology of the samples are linked to: the synthesis method, the experimental conditions (atmosphere and temperature of calcinations), and the nature and concentrations of the dopes. The optical properties of ethanol suspended samples were studied by UV-visible absorption spectroscopy. They are linked to the samples’granulometry as well as localised phenomena in the crystallographic lattice (valence changes, defects presence). Cerium dioxide- and hematite-based samples were finally incorporated in emulsion, instead of ZnO, in order to test their photoprotection performance (SPF and PF-UVA) by measuring in vitro. Results show that ZnO can be positively replaced by pure or doped cerium or iron oxide in sunscreen, when these are associated with the inorganic filter TiO2.
-Spray-pyrolysis
-Inorganic UV filter
Source: http://www.theses.fr/2010ORLE2056/document

Informations

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• Langue: Français
• Poids de l'ouvrage: 9 Mo

Extrait

UNIVERSITÉ D’ORLÉANS



ÉCOLE DOCTORALE SCIENCES ET TECHNOLOGIES

Institut PRISME
THÈSE présentée par :
Laurianne TRUFFAULT

soutenue le : 08 décembre 2010

pour obtenir le grade de : Docteur de l’Université d’Orléans
Discipline : Sciences des Matériaux
Synthèse et caractérisation de
nanoparticules à base d’oxydes de cérium et
de fer pour la filtration des UV dans les
produits solaires


THÈSE dirigée par :
Lévi ALLAM Professeur, Université d’Orléans
Thierry DEVERS Maître de Conférences HDR, Université d’Orléans
Konstantin KONSTANTINOV Docteur, Université de Wollongong

RAPPORTEURS :
Laurence COIFFARD Professeur, Université de Nantes
Oscar AWITOR Professeur, Université d’Auvergne
____________________________________________________________________

JURY
Chantal LEBORGNE Professeur, Université d’Orléans, Présidente du
jury
Lévi ALLAM Professeur, Université d’Orléans
Thierry DEVERS Maître de Conférences HDR, Université d’Orléans
Laurence COIFFARD Professeur, Université de Nantes
Oscar Komla AWITOR Professeur, Université d’Auvergne
Chantal LEBORGNE Professeur, Université d’Orléans
Gérard REDZINIAK Docteur, Laboratoires Dermatologiques Uriage
Konstantin KONSTANTINOV Docteur, Université de Wollongong
Sharon NIGHTINGALE Professeur, Université de Wollongong
Francesca FERNANDEZ Docteur, Université de Wollongong
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A ma grand-mère
A mes parents




tel-00604174, version 1 - 28 Jun 2011






















tel-00604174, version 1 - 28 Jun 2011R em erciem ents
RRRReeeemmmm eeeerrrrcccciiiieeeemmmm eeeennnnttttssss
Ce travail de thèse est le fruit d’une cotutelle entre l’Université d’Orléans et
l’Université de Wollongong (Australie, NSW). Cette thèse a donc été réalisée au sein de deux
laboratoires : l’Institut Pluridisciplinaire de Recherche en Ingénierie des Systèmes, Mécanique
et Energétique (PRISME) de l’Université d’Orléans et l’Institute for Superconducting &
Electronical Materials (ISEM). Je tiens donc à remercier Prof. Shi Xue Dou pour m’avoir
accueillie et soutenue financièrement au sein de ISEM.

J’aimerais adresser mes remerciements à l’ensemble des membres du jury pour avoir
accepté de juger ce travail :
- Mme Chantal Leborgne, Professeur à l’Université d’Orléans, pour m’avoir fait
l’honneur de présider le jury.
- Mme Laurence Coiffard, Professeur à l’Université de Nantes, et M. Oscar Komla
Awitor, Professeur à l’Université d’Auvergne, pour avoir accepté de rapporter ce
travail de thèse. Je les remercie de l’intérêt qu’ils ont porté à mon travail.
- M. Lévi Allam, Professeur à l’Université d’Orléans et Directeur de l’IUT de Chartres.
Je le remercie de m’avoir accueillie au sein de l’IUT de Chartres.
- M. Thierry Devers, Maître de conférences HDR à l’IUT de Chartres et co-encadrant de
ce travail de thèse. Je tenais à le remercier pour m’avoir fait confiance, avoir cru en
moi ainsi que pour son enthousiasme et ses idées originales et innovantes.
- M. Konstantin Konstantinov, Maître de conférences à l’Université de Wollongong et
co-encadrant de ce travail de thèse. Je tenais à le remercier pour sa grande gentillesse,
son soutien moral pendant les moments parfois difficiles de mon expatriation mais
également pour le nouvel élan qu’il a su apporter à ce travail. Merci également pour
ses nombreux conseils tant au niveau scientifique que rédactionnel.
- M. Gérard Redziniak, Président de la Société Française de Cosmétologie et Directeur
Recherche et Innovation des Laboratoires Dermatologiques Uriage. Je tenais à le
remercier pour les contacts industriels qu’il nous a permis d’établir ainsi que pour ses
encouragements.
- Mme Francesca Fernandez, Chercheur associée à l’Université de Wollongong.

Du côté français, je tenais à remercier chaleureusement tous mes collègues de l’Institut
PRISME du site de Chartres : Jean-Philippe Blondeau, Olivier Véron, Ouafae Bennis, Nadine
tel-00604174, version 1 - 28 Jun 2011R em erciem ents
Sageot, Florence Catherin, Ziad Daher. Un merci particulier à Valérie Harel, Responsable de
la plate-forme technologique de Chartres durant mes deux premières années de thèse, pour
m’avoir guidée lors de ma première année et m’avoir transmis (une partie de) son savoir-faire
et de ses connaissances en diffraction des rayons X. Je tenais également à remercier tout
particulièrement Tri Ta-Minh, ATER à l’IUT de Chartres durant ma seconde année de thèse,
pour son aide précieuse concernant la partie spectroscopie UV-visible. Je n’oublie pas non
plus de remercier Cyriaque Simmonard, Chercheur associé à l’Institut PRISME, pour les
nombreuses heures passées à mes côtés à synthétiser des poudres, pour son aide en chimie et
pour la relecture des chapitres de cette thèse. Un grand merci à Caroline Andreazza, Maître de
conférences HDR à l’Université d’Orléans et à Dominique Jalabert pour les caractérisations
en microscopie électronique en transmission.
La partie cosmétologie de cette thèse s’est déroulée au Laboratoire de Pharmacie
Industrielle et de Cosmétologie (LPIC) de l’Université de Nantes. Je tiens donc à remercier de
nouveau Laurence Coiffard, Professeur à l’Université de Nantes et toute son équipe, Céline
Couteau, Maître de conférences HDR à l’Université de Nantes, Benjamin Choquenet, mon
« homologue » (devevu Docteur depuis !) au LPIC, et Eva Paparis, technicienne, pour
m’avoir permis de réaliser ces manipulations et par la même ouvert les portes du monde de la
cosmétologie qui me passionne tant. Toujours dans le domaine de la cosmétologie, j’aimerais
également remercier Luc Lefeuvre, Directeur R&D des Laboratoires Dermatologiques Uriage,
pour notre précieuse collaboration et ses compétences dans le domaine du solaire. J’en profite
aussi pour remercier Hasina Rakotomanga pour les émulsions formulées et pour sa
disponibilité.

Du côté australien, j’aimerais remercier mes collègues de ISEM et de l’Université de
Wollongong pour leur aide aux niveaux expérimental et scientifique. Je pense aux Dr. Ivan
Nervirkovets et David Wexler, respectivement pour les manipulations XPS et MET, au Prof.
Xiaolin Wang pour son aide sur le plan théorique, à Yi Du pour sa formation au logiciel
Rietica, à Darren Attard pour les images MEB à effet de champ. Mes remerciements
s’adressent également à mes collègues doctorants ou Post-Doc : Maryam, Sima, Kiak,
Fargol,…et j’en oublie certainement, pour leurs sympathie, bonne humeur et encouragements.
Et parce que mon expérience en Australie est autant professionnelle qu’humaine, j’adresse un
immense merci aux amis de toutes nationalités que j’ai rencontrés à l’autre bout du monde. Ils
ont contribué à rendre mon expérience australienne aussi extraordinaire qu’inoubliable. Je
pense à Géraldine, Florent, Ricardo, Clément, Candice, Yoona, Yuya,…pour l’ambiance
tel-00604174, version 1 - 28 Jun 2011R em erciem ents
festive qu’ils ont parfois su apporter à mon séjour, mes colocataires géniaux de l’unit 155:
Jim, Ali (oui, oui, je peux te considérer comme l’un de mes colocataires) et Cliff.
Je n’oublie pas non plus de remercier mes amis français de plus longue date. Je pense
particulièrement à Caroline (spéciale dédicace), Stéphanie et Baptiste. Bien que trop rares à
mon goût, les moments passés ensemble durant ces trois années de thèse m’ont été chers.
J’espère que notre amitié durera aussi longtemps que possible…

Je ne pourrais clore