Caractérisation structurale et de photoluminescence des nanopoudres YPO4 synthétisées par la voie sol-gel dopées aux ions Pr3+

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de l'Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique

Université A.MIRA-BEJAIA
Faculté des sciences exactes
Département physique

Mémoire de fin de cycle

En vue de l'obtention du diplôme de Master

Filière : physique

Option : physique des matériaux

Thème

Caractérisation structurale et de photoluminescence des
nanopoudres YPO4 synthétisées par la voie sol-gel dopées
aux ions Pr³⁺

Présenté par : Mr Mebarki lamine

Mémoire Soutenu le : 29 /09/2021 devant le Jury composé de :

Nom et Prénom	Grade
Mr Souici Abdelhafid	professeur	Univ.de Bejaïa	Président
Mr Ouhenia salim	professeur	Univ.de Bejaïa	Examinateur
Mr Kahouadji badis	MCB	Univ.de Bejaïa	Encadrent
Mr Lamiri lyes	MCB	Univ.de Bejaïa	Co-encadrent

Année Universitaire : 2020/2021

	Remerciements
	Mes remerciements vont tout premièrement à dieu tout puissant pour la volonté, la santé et la patience qu'il m'a donné pour terminer ce travail.
	Je tiens à exprimer mes profondes reconnaissance à tous ceux et celles qui m'ont aidé de près ou de loin à finaliser ce modeste travail en particulier ; mon promoteur Monsieur
	KAHOUADJI B et mon Co-promoteur Monsieur Lamiri L
	Qui m'ont encouragé et dirigé durant la réalisation de ce mémoire.
	Je tiens également à remercier la commission de jury d'avoir accepté d'examiner et de juger ce modeste travail.
	Enfin, mes remerciements chaleureuses aux enseignants du département de physique qui ont déployé leurs efforts pour assurer une formation
	Aussi complète.
	Dédi aces Je dédie ce modeste travail à mes très chers parents en reconnaissance de leur gratitude encouragement durant toute ma période de formation, et d'avoir donné tous les moyens pour réussir. Je ne peux les remercier assez pour tous ce qu'ils font pour me donner un meilleur avenir. Et que Dieu me les gardes. A mes chers frères et ma chère soeur A mes oncles Mon ami radwan Je n'oublie pas mes collègues de la promotion avec qui j'ai partagé de bons moments : adrar faycaÿ bara anis, benkhanouche zoubir, tahrat youva, Moussouni youcef. AIT MEBROUK Lamine. A mes amis (es) et toutes les personnes qui me connaissent et dont je n'ai pas cité leurs noms.

Liste des figures

Chapitre I : Généralités et revue bibliographique

Figure I.1 Mine d'Ytterby ( Près de Stockholm).(a)-Yttrium, (b)- Johan Gadolin. 3

Figure I.2 Présentation des éléments de terres rares dans le tableau périodique. 4

Figure I.3 Dépendance radiale de la densité de probabilité de présence des électrons externes de l'ion

Eu²⁺. 6

Figure I.4 Eclatement des niveaux de la configuration 4fⁿ sous l'effet de différentes interactions 8

Figure I.5 Diagramme énérgitique de l'ion Pr³⁺ dans la matrice YPO4 9

Figure I.6 Mecanisme de la photoluminescence 10

Figure I.7 Principe d'utilisation d'un matériau scintillateur 11

Figure I.8 Principe de fonctionnement de la gamma-caméra 13

Figure I.9 Système de la tomographie X .13

Figure I.10 Principe de l'exploration géophysique 14

Figure I.11 (a)Minéral Monazite (CePO4),(b) Minéral Xenotime (YPO4) 15

Figure I. 12 (a) Structure de la Monazite, (b) Polyèdre de coordination de l'ion terre rare dans la

structure monazite 16

Figure I.13 Structure de la Monazite 16

Figure I.14 (a) : Structure cristalline de YPO4 (tétragonal), (b) : Les représentations polyédriques de

PO4 (tétraèdre) et YO8 (dodécaèdre) 17

Chapitre II : Synthèse des nanopoudres YPO4:Pr3+et techniques expérimentales

Figure II.1 Différentes étapes du protocole de synthèse par la voie solide des poudresYPO4 :Pr³⁺... 20

Figure II.2 Différentes étapes du protocole de synthèse des poudresYPO4 : Pr³⁺ par la méthode

hydrothermale 21

Figure II.3 Schéma représentant les différentes étapes du procédé sol-gel 23

Figure II.4 Séchage du gel polymérique sous différentes conditions 24

Figure II.5 Différents assemblages possibles des amas polymériques suivant le type de catalyse 26

Figure II.6 Photographie des précurseurs utilisée dans la synthèse par voie sol-gel 29

Figure II.7 Photographie des précurseurs utilisée dans la synthèse par voie sol-gel 29

Figure II.8 Différentes étapes de synthèse des poudres YPO4:P³⁺ par le procédé sol gel 31

Figure II.9 Photographie des poudres YPO4 :Pr³⁺ (1%.at) préparées au laboratoire physique de la matière condensée (université de Bejaia) (a) Sans recuit (b) Après un traitement thermique à T=

900°C pendant 4h. 32

Figure II.10 Diffractomètre de rayons X de type Rigaku Mini flex-II diffractometer 33

Figure II.11 Exemple d'un traitement du spectre DRX d'une poudre du YPO4 : Pr³⁺ 34

Figure II.12 Appareil d'analyse thermique (TGA-DTA) de type SETARYS SETSYS Evolution 1750

36
Figure II.13 Photographie du spectromètre infrarouge de type Prekin Elmer « spectrum two »	37
Figure II.14 Spectres d'excitation (a) et d'émission (b) de la matrice YPO4 :Pr^3+ 38
Figure II.15 Photographie des spectromètres de photoluminescence	.38

Chapitre III : Caractérisation structurale et spectroscopie de photoluminescence des
nanopoudres YPO4 :Pr³⁺

Figure III.1 Diffractogrammes des rayons x des échantillons témoins 40

Figure III.2 Spectres d'excitation et d'émission de la poudre YPO4 :Pr³⁺ (1%.at) 42

Figure III.3 Diffragtogrammes x des nano-poudres YPO4 :Pr³⁺ (x at%) calcinées à 900°C pendant 4h

43
Figure III.4 Spectres d'excitation de la fluorescence des naopoudres YPO4 :Pr³⁺ (x at%) pour une

ëem = 260 nm 45
Figure III.5 Spectres d'émission de la fluorescence des poudres YPO4 :Pr³⁺ (x at%) sous excitation à

230 nm et un schéma explicatif des transitions observées 46
Figure III.6 Spectres d'émission de la fluorescence ¹D2-³H4 des nanopoudres YPO4 :Pr³⁺ (x %. at)

sous à 230 nm 47

Figure III.7 Représentation schématique de phénomène PCE 48

Figure III.8 Spectres d'excitation des poudres YPO4 :Pr³⁺ (x at%) sous émission à 588 nm 49

Figure III.9 Spectres d'émission des poudres YPO4 :Pr³⁺ (x at%) sous excitation à 449 nm et un

schéma explicatif des transitions intraconfigurationnelles 50

Figure III.10 Variation de l'intensité de la fluorescence ¹D2 ? ³H4 en fonction du taux de dopage en

ions Pr³⁺ dans les nanopoudres YPO4 sous excitations Vis 51

Figure III.11 Thérmogrammes ATG et ATG d'un xerogel YPO4 : Pr³⁺ (0.1 %. at) 52

Figure III.12 Diffrctogrammes x des poudres YPO4 calcinées à différèrent température 56

Figure III.13 Evolution de la taille moyenne des cristallites et du volume de la maille en fonction de

la température du traitement thermique 58
Figure III.14 Spectres FTIR des nanopoudres YPO4 :Pr³⁺ (0.1%. at) recuite à différentes température

59
Figure III.15 Spectres d'excitation des nanopoudres YPO4: Pr³⁺ (0.1 %.at) calcinées à différentes

températures sous émission UV 61
Figure III.16 Spectres d'émission des nanopoudres YPO4: Pr³⁺ (0.1 %.at) calcinées à différentes

températures sous excitation UV 62
Figure III.17 Spectres d'excitation des nanopoudres YPO4: Pr³⁺ (0.1 %. at) calcinées à différentes

températures sous émission Vis 63
Figure III.18 Spectres d'émission des nanopoudres YPO4: Pr³⁺ (0.1 %.at) calcinées à différentes

températures sous excitation Vis 64

Liste des tableaux

Chapitre I : Généralités et revue bibliographique

Tableau I.1 Configuration électronique des lanthanides et leurs ions trivalents 5

Tableau I.2 Termes et multiples spectroscopiques de l'ion Pr³⁺ 9

Tableau I.3 Paramètres optiques et cristallographiques de la matrice YPO4 18