Les cellules solaires pérovskites hybrides ont marqué le monde du photovoltaïque avec une augmentation spectaculaire des rendements durant ces quatre dernières années. Avec des rendements dépassant 20% à l’heure actuelle, ce type de cellules suscite une attention particulière dans le monde scientifique. Dans l’architecture de la cellule solaire pérovskite, le TiO2 est l’oxyde le plus utilisé comme matériau collecteur d’électrons. Cette couche d’oxyde joue un rôle important dans la cellule, cependant le procédé d’élaboration du TiO2 requiert une étape de recuit à haute température. En plus des coûts élevés de production qu’elle implique, son utilisation exclut son application aux substrats sensibles aux hautes températures tels que les substrats plastiques flexibles par exemple.Cette thèse est centrée sur le remplacement du TiO2 par le ZnO en tant que couche collectrice d’électrons et bloqueuse de trous. Ce matériau représente une alternative intéressante en raison de ces propriétés comparables et même supérieures à celles du TiO2. L’intérêt du choix du ZnO réside dans sa simplicité de mise en œuvre. Ce matériau peut en effet être synthétisé à basse température (<100°C) et sous différentes structures. Dans cette étude nous avons fait le choix de considérer les croissances de ZnO par voie électrochimique et par pulvérisation cathodique. Dans des conditions de dépôts optimisées des couches de pérovskite et de ZnO, des rendements record de 14.2% et 9.7% ont été obtenus dans des architectures plane et nanostructurée respectivement. / Perovskite solar cells have marked the photovoltaic world with a spectacular increase of efficiencies over the last four years. With efficiencies exceeding 20%, this type of solar cells attracts a particular attention in the photovoltaic field. In the standard perovskite solar cell stack, TiO2 is used as an electron-collecting layer. This oxide layer plays an important role in the cell, however, its growth process requires a high temperature annealing step. In addition to the high production costs involved, its use also exclude its application to temperatures sensitive substrates such as flexible plastic materials.This thesis focuses on the replacement of the TiO2 bilayer by a ZnO electron-collecting and hole-blocking layer. We consider ZnO as an alternative to its comparable and even superior properties. One of the interests of the choice of ZnO lies in its simplicity of implementation and the possibility to synthesize it at low temperature (<100°C) and under different structures. The ZnO is here synthesized by electrochemical way and sputtering process. Under optimized deposition conditions of perovskite and ZnO layers, record efficiencies of 14.2% and 9.7% have been obtained in planar and nanostructured architecture respectively.

Les polyoxométallates (POMs) sont aujourd'hui reconnus pour leurs diverses architectures et applications. Nous nous en sommes ici servis afin de synthétiser des nanoparticules de palladium puisque le POM va jouer à la fois le rôle de réducteur du cation métallique mais aussi de surfactant des nanoparticules.Après avoir fait, dans un premier temps, l'étude électrochimique d'une série de POMs issus de la même famille, deux d'entre-eux ont été utilisés pour la synthèse de nanoparticules de palladium. D'une taille moyenne comprise entre 15 et 20 nm, ces nanoparticules ont été entièrement caractérisées et se sont avérées stables un intervalle de temps d'au moins un mois.Enfin, divers matériaux hybrides à base de palladium et/ou de cuivre ont été caractérisés par électrochimie à l'état solide et leur pouvoir catalytique vis-à-vis de la réduction des ions nitrate et de l'oxygène a été évalué. / Polyoxometalates (POMs) are known for their high diversification in terms of architectures and applications. POMs are used in this work for the synthesis of palladium nanoparticles since they act both as a reducer of metallic cation and as surfactant of nanoparticles.At first, we studied the electrochemical properties of several POMs belonging in the same family, then among this family, we chose to use two particular POMs to synthesize palladium nanoparticles. From an average size between 15 and 20 nm, these nanoparticles have been fully characterized and are stable over a month.Finally, various hybrid materials based on palladium and/or copper have been characterized by electrochemistry in solid state and their catalytic capacity towards the reduction of nitrate ions and dioxygene has been assessed.

Le but de cette proposition est d'explorer un nouveau concept de matériaux moléculaires sensibles à l'oxydoréduction. Les architectures commutables électron-sensibles ont longtemps été reconnues comme le choix le plus simple et le plus viable pour produire des dispositifs pratiques, mais la conception efficace de tels systèmes à l'échelle moléculaire reste un défi. L'approche développée dans ce projet repose sur la production électrochimiquement déclenchée de radicaux pi à partir de dérivés de viologène, l'objectif étant d'induire la formation d'une liaison non-covalente et réversible entre ces radicaux pi pour contrôler la conformation des échafaudages supramoléculaires. Les nanomatériaux comprendront des fils moléculaires provenant de polymères de coordination et des fils moléculaires produits par des interactions π le long de l'axe du fil, mis en œuvre par des interactions faibles périphériques telles que l'agrégation des chaînes latérales lipophiles ou la liaison H. Les efforts initiaux se concentreront sur l'optimisation de la formation de π-dimères et de pimer, avec ou sans assistance d'interactions secondaires. Après avoir déterminé les paramètres qui produisent l'auto-assemblage dirigé π le plus efficace, des motifs basés sur les viologènes appropriés seront introduits dans des blocs de construction plus sophistiqués. Tout au long de la synthèse des assemblages, la π-dimérisation utilisée comme force motrice principale pour l'auto-assemblage des nanomatériaux peut être consolidée par un blocage covalent des structures. En fin de compte, l'électrostimulation des systèmes π fournira des assemblages moléculaires dynamiques dans lesquels la morphologie sera sensible aux stimuli redox. / The aim of this proposal is to explore a new concept of redox-responsive molecular materials. Electron-responsive switchable architectures have long been recognized as the most straightforward and viable choice to produce practical devices but efficiently designing such systems on the molecular scale still remains a challenge. The approach developed in this project relies on the electrochemically triggered production of pi-radicals from viologen derivatives, the objective being to induce the formation of non-covalent and reversible binding between these pi-radicals to control the conformation of supramolecular scaffolds. The nanomaterials will comprise molecular wires arising from coordination polymers and molecular wires produced by π-interactions along the wire's axis implemented by peripheral weak interactions such as lipophilic side chain aggregation or H-bonding. The initial efforts will focus on the optimization of π-dimer and pimer formation, with or without assistance of secondary interactions. After determining the parameters that yield the most efficient π directed self-assembly, suitable viologen based motifs will be introduced in more sophisticated building blocks. Throughout the synthesis of the assemblies, π-dimerization that is used as the primary driving force for the self-assembly of nanomaterials may be consolidated by covalent locking of the structures. In the end, the electro-stimulation of π systems will provide dynamic molecular assemblies in which the morphology will be responsive to redox stimuli.

Ce mémoire de thèse est consacré au développement d'anodes et de photonanodes efficaces pour l'oxydation électrocatalytique et photocatalytique de l'eau à base de nanocomposites dans lesquels des nanoparticules d'oxyde de nickel ou de cobalt ont été insérées dans un film de poly(pyrrole-alkylammonium) chargé positivement. Les anodes nanocomposites renferment des petites nanoparticules d'oxydes de nickel ou de cobalt avec une excellente nanostructuration induite par le film polypyrrole, et des performances catalytiques très élevées par rapport à des anodes sur lesquelles des oxydes de nickel et de cobalt ont été directement déposés sans polypyrrole. Ces électrodes nanocomposites surpassent les anodes à base de nickel de la littérature (non dopées par du fer) et celles utilisant des oxydes de métaux précieux, tels que RuO2 et IrO2.Cette stratégie a été étendue avec succès à la conception de photoanodes hybrides en introduisant un chromophore de pérylène diimine dans ces nanocomposites d’oxydes de nickel ou de cobalt. Ces photoanodes présentent une densité de photocourant très élevé avec l'oxyde de nickel et l'oxyde de cobalt sous irradiation dans le visible avec une stabilité relativement bonne dans le temps. Ces valeurs de photocourant dépassent largement celles obtenues par des photoanodes hybrides similaires de la littérature combinant un colorant organique et un oxyde métallique comme catalyseur, démontrant les grandes potentialités de notre approche pour élaborer des cellules (photo)électrochimiques dédiées à la dissociation de l’eau en H2 et O2. / This thesis is focused on the development of efficient anodes and photonanodes for electrocatalytic and photocatalytic water oxidation based on nanocomposite materials in which nickel or cobalt oxide nanoparticles have been inserted in a positively charged poly(pyrrole-alkylammonium) film.The nanocomposite anodes exhibit small nanoparticles of nickel or cobalt oxides and high nanostructuration induced by the polypyrrole matrix leading to very high catalytic performance in comparison with bare anodes on which nickel and cobalt oxides have been deposited without polypyrrole. These nanocomposite electrodes outperform the nickel-based anodes of the literature (undoped by iron) and those using precious metal oxides, such as RuO2 and IrO2.This strategy has been successfully extended to the design of hybrid photoanodes by introducing a perylene diimine chromophore in these nickel or cobalt oxide nanocomposite materials. These photoanodes display very high photocurrent density with nickel oxide and cobalt oxide under visible light illumination along with a relatively good stability over time. These photocurrent density values largely exceed those reached by similar hydrid photoanodes of literature combining an organic dye and a metal oxide as catalyst, demonstrating the great potentialities of our approach to implement (photo)electrochemical cells devoted to water splitting into H2 and O2.

Les matériaux électrochromes et électrofluorescents sont des matériaux dont les propriétés optiques peuvent être modulées par l’application d’un potentiel. La plupart de ces matériaux sont composés soit de polymères, de petites molécules organiques ou encore d’assemblages donneur-accepteur. L’anthraquinone est une petite molécule biosourcée catégorisée comme colorant, qui lorsqu’elle est fonctionnalisée permet une absorption de la lumière dans la région du visible. Elle présente des fonctions (carbonyle) qui peuvent subir des processus d’oxydo-réduction. Six dérivés d’anthraquinones ont été synthétisés sur lesquels ont été fixés diverses fonctions (amine, alcool, sulfure) sur des positions différentes du cycle aromatique (ortho et para). Dépendamment de la fonction fixée, les six dérivés présentent différentes absorptions (453 à 640 nm), mais toujours dans la région du visible. La caractérisation par électrochimie permet de connaître quels sont les processus réversibles et irréversibles. L’étude de la durée de vie en cyclage a pu montrer que tous les dérivés pouvaient être stables jusqu’à 300 cycles en phase de réduction (-0,81 à -1,54 V). Les propriétés électrochromiques des dérivés ont pu être démontrées par caractérisation spectroélectrochimique, suivie de leurs critères de performance électrochromique (113,3 à 781,2 cm².C-1). Il a été observé que les dérivés possèdent une certaine stabilité colorimétrique par la caractérisation en contraste optique (52,6 à 98,1 %). L’efficacité colorimétrique et la capacité électrochimique ont été calculées et ont permis de constater que certains dérivés étaient de très bons électrochromes. Certains dérivés de couleur jaune, cyan et magenta, ont permis de produire des mélanges binaires et tertiaires. Certains mélanges (tertiaires) démontraient jusqu’à huit transitions colorimétriques lors de l’application d’un potentiel passant de noir jusqu’à transparent. Des phénomènes d’émission ont été mesurés pour quelques dérivés les présentant. Tous les dérivés émissifs possèdent la propriété de solvatochromisme, permettant de moduler leur émission en fonction du solvant utilisé. Un seul dérivé a pu montrer des propriétés d’électrofluorescence. Dépendamment de la longueur d’onde d’excitation, soit l’émission subit des déplacements (hypsochromes et bathochromes), soit il y a désactivation de l’émission. Des calculs théoriques par DFT avec différents modèles ont permis une meilleure compréhension des phénomènes liés à la fonctionnalisation de l’anthraquinone. / The optical properties of electrochromic and electrofluorochromic materials can be modulated with an applied potential. Such organics materials are either molecular or polymer in structure and they usually have donor-acceptor constitutional components. Anthraquinone is a bio-based dye, which when functionalized, absorbs light in the visible region. Anthraquinone is also electroactive and it can be electrochemically reduced and oxidized. Six anthraquinone derivatives were synthesized to examine the effect of both the type of the heteroatom (amine, alcohol, and sulfide) and their regio-substitution on the opto-electronic properties. The absorption of the six anthraquinones varied between 453 and 640 nm in the visible region contingent on the heteroatoms and their regiosubstitution. The anthraquinones retained their reversible electrochemistry with the cathodic redox potential occurring between -0,81 and -1,54 V. The anthraquinones examined were electrochemically stable during 300 cycles of cathodic cyclic voltammetry. The electrochromic behavior of the anthraquinones was confirmed by spectroelectrochemistry and their electrochromic performance was evaluated. Electrochromic measurements confirmed the anthraquinones retained their coloration efficiency (113,3 to 781,2 cm².C-1) and contrast ratio (52,6 to 98,1 %) according to multiple spectroelectrochemical cycles. Leveraging color subtractive theory and the intrinsic primary colors of the anthraquinones (yellow, cyan, and magenta), the spectroelectrochemistry of binary and ternary mixtures of the anthraquinones was examined. Eight colorimetric transitions were possible with an applied potential, transitioning from a composite black color to colorless for the yellow + cyan + magenta ternary mixture. The fluorescence of the anthraquinones was solvatochromic with spectral shifts between 587 and 675 nm contingent on the solvent polarity. Only the 1,5-bis((2- hydroxyethyl)amino) anthraquinone was electrofluorochromic with its intrinsic weak emission being quenched with an applied negative potential. DFT calculations with different functionals helped understand the opto-electronic properties of the functionalized anthraquinones.

Le comportement à la corrosion de deux revêtements composites à matrice intermétallique Fe₃Al préparés par la technique HVOF (High Velocity Oxy Fuel) a été étudié dans une solution à 3.5% en poids de NaCl et comparé au Fe₃Al non renforcé. En outre, le chrome en tant qu'élément d'alliage utilisé dans la charge d'alimentation de HVOF pour évaluer l'effet du chrome sur le comportement à la corrosion du revêtement. Les techniques électrochimiques, y compris la polarisation potentiodynamique, le potentiel de circuit ouvert (OCP) et la spectroscopie d'impédance électrochimique (EIS) ont été considérées. La surface de l'échantillon a été analysée après la corrosion en utilisant un microscope électronique à balayage (MEB) et une spectroscopie photoélectronique par rayons X (XPS). L'essai de potentiel en circuit ouvert a révélé qu'il existe sur le revêtement une couche d'oxyde qui pourrait être due à la technique HVOF utilisant de l'oxygène gazeux pour appliquer les revêtements. Les diagrammes de polarisation potentiométrique ont révélé que l'ajout de particules de TiC à la matrice Fe₃Al améliore les performances de corrosion de Fe₃Al, de sorte que les revêtements Fe₃Al / TiC présentent un taux de corrosion légèrement 6 fois supérieur. Une spectroscopie d'impédance électrochimique a été réalisée pour étudier les mécanismes de prévention de la corrosion des revêtements et un mécanisme différent était supposé pour Fe₃Al-Cr / TiC. Une analyse post-corrosion, telle que les spectres XPS et les images MEB de la couche passive, a été réalisée pour étudier la forme de corrosion. L'analyse élémentaire de la couche passive a révélé que l'addition de chrome au revêtement composite, fournit une couche passive plus protectrice en bloquant les sites d'entrée des ions chlorure. Essais de polarisation cyclique effectués dans une solution d'acide sulfurique 0.25 M pour étudier le comportement de passivation et de piqûration de revêtements dans une solution différente pour comparer les résultats de plusieurs autres travaux sur des aluminiures de fer avec Fe₃Al et deux revêtements composites de Fe₃Al /TiC et Fe₃Al-Cr/TiC. Les résultats de la polarisation cyclique potentiodynamique ont révélé que les performances de corrosion des revêtements composites dans cette solution sont légèrement meilleures que Fe₃Al. Cependant Fe₃Al-Cr/TiC présente une résistance à la piqûration inférieure à celle de deux autres revêtements. / The corrosion behavior of two Fe₃Al intermetallic matrix composite coatings (Fe₃Al/TiC and Fe₃AlCr/TiC) that prepared by high velocity oxy fuel (HVOF) technique was studied in 3.5 wt.% NaCl solution and compared with non-reinforced Fe₃Al. Furthermore, chromium as an alloying element used in the feedstock of HVOF to evaluate the effect of chromium on corrosion behaviour of the coating. Four electrochemical techniques, open circuit potential potentiodynamic polarization, and electrochemical impedance spectroscopy (EIS) were employed to examine corrosion behavior in detail. Post-corrosion analysis was done using Scanning Electron Microscopy (SEM) and X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) to reveal the surface morphology and chemistry of the corroded samples. Results from the open circuit potential test revealed that an oxide layer formed on the coating which could be due to oxidation during the HVOF coating process. The Potentiodynamic polarization graphs revealed that adding TiC particles to Fe₃Al matrix improved the corrosion performance of Fe₃Al so that the Fe₃Al/TiC coatings exhibit slightly six times more corrosion rate. The EIS results indicated a more compact corrosion layer formed on the Cr-added coating resulting into the highest coating resistance. This is supported by the SEM/EDS and XPS analyses which revealed that a mixed oxide and hydroxide formed a passive layer. The Cr in the composite coating took the role in providing a more protective passive layer by blocking the entry sites of Clions. The pitting resistance of the Fe₃Al-Cr/TiC coating in 0.25 M H₂SO₄ solution was, however, lower compared to that of the two other coatings. It is concluded that the addition of TiC particles to Fe₃Al matrix, which primarily done for improving wear resistance, improves the corrosion resistance of the coating in saline solution. The addition of Cr into the Fe₃Al/TiC composite coating further improves its corrosion resistance, but the pitting resistance is not improved when tested in acid solution.

Le lactosérum est un coproduit de l'industrie de fabrication du fromage et de la caséine et se caractérise par une forte demande chimique et biologique en oxygène. Les énormes quantités de lactosérum générées dans le monde, sa composition particulière et son utilisation limitée dans l'industrie alimentaire rendent nécessaire la recherche d'autres moyens d'ajouter de la valeur à cet ingrédient en vue d'augmenter la rentabilité de la transformation du lait. Dans ce contexte, la technologie de l'électro-activation (EA) offre la possibilité de valoriser le lactosérum par la conversion in situ d'une partie du lactose en lactulose, un prébiotique bien connu et éprouvé. De plus, l'EA cathodique du lactosérum a montré une formation des bases de Schiff suite à la glycation avec différents sucres des protéines, des peptides et des acides aminés libres dans le processus d'électro-isomérisation du lactose en lactulose. Ces produits sont connus pour leur forte activité antioxydante. Ainsi, l'EA ouvre une possibilité de générer un ingrédient fonctionnel avec une valeur ajoutée significative. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce projet de doctorat était d'étudier et de démontrer la faisabilité technologique de l'utilisation du lactosérum électro-activé comme ingrédient fonctionnel à haut potentiel prébiotique dans la production de différents produits laitiers fermentés. La première étape de ce projet a été l'évaluation du comportement du lactosérum électro-activé dans la matrice de gel de lait fermenté. Une comparaison entre le pourcentage de matière grasse du lait, l'inoculum de lactosérum et le type de lactosérum a été effectuée. À cette fin, des échantillons de lait fermenté ont été préparés avec un ajout de 3, 6 et 9 % de lactosérum des deux types (électro-activé et non électro-activé). Il a été constaté que le lactosérum électro-activé prolongeait le temps d'obtention d'un pH de 4,6 en fonction de la quantité ajoutée. Ceci a été attribué à la capacité tampon plus élevée du lactosérum électroactivé; les résultats de l'acidité titrable ayant démontré des niveaux élevés de groupes acides libres. La microstructure du gel obtenu avec l'ajout du lactosérum électro-activé a montré une structure uniforme et moins poreuse, ce qui était en accord avec les résultats de la réduction de la synérèse. Pour confirmer ces résultats, un autre produit laitier fermenté avec un ajout de lactosérum électro-activé a été également développé. Le kéfir enrichi de lactosérum électro-activé présentait également une phase de fermentation prolongée. Les particules de lactosérum EA ont été incorporées de manière homogène dans la matrice du gel de kéfir. Par conséquent, aucune synérèse n'était visible dans les échantillons de kéfir additionnés de lactosérum EA à 9 %. De plus, les deux produits contenaient des niveaux élevés d'acides organiques (lactique, citrique, acétique, propionique et butyrique) lorsqu'ils étaient supplémentés avec du lactosérum EA. La production d'acide butyrique a été induite par l'ajout de lactosérum des deux types. L'analyse HPLC a révélé qu'environ 75-85% des niveaux initiaux de lactulose ont été conservés dans les produits avec du lactosérum EA après le processus de fermentation, ce qui démontre que la consommation de tels produits pourrait constituer une source de lactulose pour le consommateur. La deuxième étape de cette recherche a été d'optimiser l'utilisation du lactosérum électro-activé en tant qu'ingrédient par son incorporation dans le produit qui convient à sa couleur et aux caractéristiques de la réaction de Maillard et des conjugués entre les matières azotées avec les sucres. Le lait fermenté cuit, Ryazhenka, a été testé comme une matrice alimentaire appropriée pour véhiculer le lactosérum EA enrichi en lactulose. L'extension du temps de fermentation a été moins importante pour ce produit. Ainsi, le Ryazhenka additionné de lactosérum à 9% a atteint un pH de 4,6 après 4 h de fermentation. Le produit additionné de lactosérum EA (9%) a atteint ce niveau après 6,5 h. De plus, le lactosérum EA a amélioré la capacité antioxydante de Ryazhenka. Au cours de cette étape, nous avons démontré par des tests in vitro que l'électro-activation du lactosérum peut diminuer l'allergénicité de la β-lactoglobuline de 19,52 mg/kg à 7,56 mg/kg, qui s'est stabilisée à 12,13 mg/kg après neutralisation. Comme le protocole de production de Ryazhenka comprend une étape de cuisson de 3 à 5 h à 97-100°C, on considère qu'il présente des taux d'allergénicité plus faibles en raison des changements de conformation des protéines induits par la chaleur. Ainsi, l'ajout de lactosérum électro-activé ne contribue pas à l'augmentation de l'allergénicité de ce produit. Le troisième objectif de cette étude était de démontrer un potentiel prébiotique du lactosérum électro-activé en cultivant des bactéries probiotiques Lactobacillus rhamnosus subsp, Lactobacillus rhamnosus GG et Lactobacillus acidophilus ATCC4356. La densité optique(OD₆₀₀), le dénombrement sur plaques de Petri, la stabilité durant l'entreposage à 4 °C et la tolérance aux acides et à la bile des bactéries cultivées pendant 24 heures dans du lactosérum électro-activé ont été étudiés et comparés aux résultats obtenus par la culture sur du lactosérum, du lactosérum additionné de lactulose, du MRS et du MRS avec ajout de lactulose. Les valeurs OD₆₀₀ les plus élevées (>2) ont été obtenues dans les biomasses de lactosérum EA pour toutes ces bactéries. Cependant, les numérations sur plaque de Petri n'ont pas confirmé un nombre plus élevé de cellules bactériennes dans du lactosérum électro-activé. On peut donc conclure que le lactosérum électro-activé a probablement stimulé un métabolisme distinct chez les bactéries testées, ce qui est conforme à la définition des prébiotiques qui ont la particularité d'induire une stimulation de la croissance et/ou de l'activité des bactéries probiotiques afin de conférer des avantages pour la santé. En résumé, cette recherche a validé la faisabilité technologique de l'utilisation du lactosérum électro-activé comme ingrédient dans la production de lait fermenté et source de lactulose qui reste stable durant l'entreposage pendant 14 jours à 4 °C. Également, ce projet a montré que le lactosérum électro-activé est un ingrédient fonctionnel prometteur pour une éventuelle utilisation potentielle comme additif alimentaire fonctionnel et prébiotique dans l'industrie laitière. De plus, il peut être utilisé comme agent protecteur pour améliorer la viabilité et l'activité des probiotiques.

Pour déchiffrer le rôle de minerais sulfureux sur la cyanuration de l’or, une étude détaillée sur l’importance relative des phénomènes de passivation (PP) et d’interactions galvaniques (IG) a été menée dans le présent travail de thèse. Une électrode tournante à disque (RDE) Au/Ag plongée successivement dans une série de pulpes préparées à partir d’une large gamme de sulfures métalliques a révélé l’impact négatif de ces derniers sur la lixiviation de l’or. Puisque les contacts galvaniques permanents entre électrode tournante à disque d’or (RDE) et suspensions de minerais sulfureux sont difficiles à mettre en œuvre, les tests standards de cyanuration réalisés en mode RDE/slurry ont plutôt tendance à surestimer l’importance des PP sur l’effet aidant des IG, intrinsèquement présents dans les particules minérales. Ainsi, un nouveau réacteur électrochimique à lit fixe (PBER) a été développé et testé pour découpler et quantifier les contributions individuelles des PP et d’IG sur la lixiviation de métaux précieux (or et argent, PM) lors de la cyanuration de minerais riches en sulfures. Le réacteur a été chargé de mélanges homogénéisés, de sulfures et de poudres d’or et d’argent, où y sont établis les contacts galvaniques permanents à l’échelle inter-particulaire entre tous les constituants. Les IG améliorent, à des degrés variables, la lixiviation des métaux précieux, particulièrement celles dues à la pyrite, à la chalcopyrite et à un minerai industriel ont été tellement positives qu’elles l’emportent largement sur les effets négatifs dus aux PP. L’extension de la nouvelle approche du PBER pour prendre en considération les caractéristiques minéralogiques de plusieurs systèmes multi-minéraux a montré que les IG Au- sulfures ont été le paramètre le plus important contrôlant la lixiviation de l’or. Finalement, plusieurs stratégies ont été testées pour améliorer la cinétique de cyanuration de l’or en présence de sulfures inhibiteurs. La galène neutralise largement l’effet négatif de la dissolution des minéraux sulfureux sur la lixiviation de l’or. Des tests de pré-oxydation menés sur des sulfures individuels puis sur leurs mélanges associés ont montré que les IG sulfure-sulfure se produisant lors de l’étape de pré-oxydation au sien du mélange peuvent donner lieu à des résultats totalement différents pendant la cyanuration. / To elucidate the role of sulfide ores on gold cyanidation, a detailed study on the relative importance of passivation phenomena (PP) and galvanic interactions (GI) was carried out in the present thesis work. A Rotating Disc Electrode (RDE) Au/Ag disc immersed successively in slurries of a wide range of sulfide rich ores emphasized the negative impact of sulfide minerals on the gold leaching rate. Because permanent GI between gold RDE and slurried sulfide-rich ores are uneasy to achieve, the standard gold RDE/slurry cyanidation arrangement has a tendency to inflate overly the importance of PP over the corrective trend of GI inherently present within the ore grains. A new packed-bed electrochemical reactor (PBER) was thus developed and tested to decouple and quantify the individual contributions of PP and GI on precious metal (gold and silver, PM) leaching rates during cyanidation of sulfidic ores. The PBER was filled with mixtures of sulfide minerals, gold and silver powders, where permanent (inter)particle-particle electrical contacts were ensured among all constituents. GI were found to ameliorate, to various degrees, the leaching of PM, particularly those due to pyrite, chalcopyrite and an industrial ore were so positive that they largely outweighed the negative impact of PM passivation. Extending the new PBER approach to consider the mineralogical characteristics of several multi-mineral systems indicated that GI between gold and sulfide mineral particles were the most important parameters affecting gold leaching. Several leveraging strategies were tested to increase gold cyanidation kinetics in the presence of PM-leaching inhibiting sulfide minerals. Galena was found to largely neutralize the negative effect of sulfide minerals dissolution on gold leaching. Pre-oxidation tested on individual sulfide minerals and on their associated mixtures revealed that GI occurring between conducting phases present in the ore may give rise to totally different cyanidation responses.

Cette thèse de doctorat est divisée en des études sur l'or pur; la corrosion galvanique; et la polarisation de l'or en présence d'oxydes de fer contenus dans un minerai d'or grillé. La dissolution de l’or diminue en présence de magnétite et, augmente en présence d’hématite et de maghémite. Des produits de corrosion et des couches adsorbées ralentissent la dissolution d’or. Pour les études sur l’or pur, une augmentation du pH de 10 à 11 a réduit de 35 fois la densité de courant, alors qu'elle a augmentée de 32 fois en diminuant l'agitation de 100 à 60 tr/min. Les études potentiostatiques, à trois potentiels anodiques, montrent que l'augmentation de la concentration de cyanure, du pH, et du potentiel diminuent la densité de courant. Des films d'oxydes d'or ont été identifiés par XPS. La mesure du bruit électrochimique est un outil prometteur pour estimer la vitesse de corrosion in situ. Pendant les tests de corrosion galvanique, utilisés en mode ampèremètre zéro-résistance, les électrodes minérales testées ont eu un effet négatif sur la lixiviation de l’or selon l’ordre décroissant : magnétite, magnétite-hématite avec des surfaces égales, et minerai d'or grillé. Cependant, la maghémite et l'hématite ont eu un effet positif. La concentration d'ions solubles et la vitesse de diffusion pourraient retarder ou favoriser la dissolution. L’argent a été identifié par XPS sur la surface de l’or, suggérant, une passivation partielle. À partir des études de polarisation potentiodynamique, l'hématite, en tant que composé système “combiné d'anode Au-hématite”, favorise le courant de corrosion anodique de 12%, alors que la magnétite abaisse le courant (de 11%). Les études de deux cellules séparées ont été réalisées pour révéler l’influence des ions solubles dans la dissolution de l’or. Le balayage du potentiel circuit ouvert jusqu’à vers des valeurs cathodiques en présence d'oxygène atmosphérique et de cyanure montre des vitesses de corrosion, déduites des pentes de Tafel, sont proches des à valeurs industrielles. La vitesse de lixiviation de l'or diminue de 40% en présence de pulpe de magnétite, alors que celle-ci augmente, respectivement de 25% et 10% pour l'hématite et la maghémite. MEB-EDX confirment l'effet négatif de la magnétite par la présence d’une forte accumulation d’oxydes de fer sur la surface de l'or. De faibles quantités d'or ont été identifiées sur les particules de magnétite par XPS. La séparation magnétique des résidus de cyanuration a été suivie la caractérisation électrochimique du concentré et des rejets. / This Ph.D. thesis is divided into studies using pure gold; galvanic corrosion; and gold polarization in presence of iron oxides of roasted gold ore. Gold dissolution decreases in the presence of magnetite, and increases in the presence of hematite, and maghemite. The corrosion products and adsorbed layers lead to a slowdown of gold dissolution. For pure gold study, increasing pH from 10 to 11 results in a current density lower by 35 times, while it increases by 32 times with decreasing agitation from 100 to 60 rpm. At three anodic potentials, potentiostatic studies show that increasing cyanide concentration, pH, and potential decrease the current density. Au oxides have been identified by XPS. Electrochemical noise measurement is promising tool with its in-situ corrosion rate estimation. In galvanic corrosion studies, employing zero-resistance ammeter (ZRA) mode, the tested mineral electrodes show a negative effect on gold leaching in decreasing order: magnetite, magnetite-hematite with equal surfaces, and roasted gold ore. However, maghemite and hematite show a positive effect. Concentration of soluble ions and diffusion rate could retard or promote gold dissolution. Silver has been identified by XPS on gold surface suggesting partial passivation. In potentiodynamic polarization studies, hematite, as a part of the combined “Au-hematite anode” system promotes anodic corrosion current by 12%, while magnetite shows negative effect (11%). Two separate container tests have been considered to examine the influence of soluble ions on gold dissolution. Scanning from open circuit potential to more cathodic values in presence of atmospheric oxygen and cyanide shows corrosion rates obtained from Tafel slopes close to industrial practice. Gold leach rate decreases by 40% with magnetite slurry, whereas it increased by 25% and 10% for hematite and maghemite, respectively. SEM-EDS findings have confirmed the negative effect of magnetite due to the high accumulation of iron oxides on the gold surface. Low amounts of gold in magnetite particles are identified by XPS. Magnetic separation of leach tailings has been followed by electrochemical characterisation of the concentrate and the residues.

Au Canada, jusqu’à cinq adultes sur 10 000 vont souffrir de trouble de l’obstruction des voies urinaires, une maladie du système urinaire qui contribuait, en 2008, au fardeau économique du Canada à une hauteur de 3,8 milliards de dollars. Pour soulager le patient, les urologues devront ouvrir les voies urinaires de façon mécanique à l’aide d’une endoprothèse. Idéalement, cette endoprothèse permettra l’écoulement de l’urine sans obstruction, sera résistante à la calcification et sera biodégradable. Les métaux biodégradables ont le potentiel pour la création de ce type d’endoprothèse. Ce potentiel a été partiellement établi dans ce projet en évaluant les propriétés de dégradation de plusieurs métaux (Mg pur, Mg-2Zn-1Mn, Zn pur, Zn-0,5Mg, Zn-1Mg et Zn-0,5Al) à l’aide de techniques électrochimiques dans l’urine artificielle à 37 °C et par voie de techniques avancées de caractérisation de surface. Basés sur la technique de polarisation, les métaux du groupe du Mg montrent une vitesse de dégradation plus rapide que le groupe du Zn. Il en ait de même avec le bruit électrochimique jusqu’à 12h d’inversion. Ensuite, l’inverse est obtenu. Du point de vue de l’impédance, le groupe du Mg montre une seule constante de temps alors qu’il y en a deux pour le groupe du Zn. En microscopie électronique, le groupe du Mg montre une couche d’oxyde non uniforme alors que pour le groupe du Zn, il y a formation de produit de dégradation en forme de fleur, sauf pour le Zn-0,5Al. L’analyse de surface confirme que les produits de corrosion sont composés majoritairement d’hydroxyde, de carbonate et de phosphate, de plus les métaux du groupe du Zn sont dépourvus de calcium. Parmi tous les métaux étudiés, l’alliage Zn-0,5Al présente une couche d’oxyde uniforme et possède peu d’affinité avec les ions présents dans l’urine artificielle, ce qui fait de lui le candidat le plus intéressant par sa faible tendance à la calcification. / In Canada, up to five in 10 000 adults suffered from acute urinary tract obstruction, a kidney-related disease that contributes to the economy burden of Canada by $3.8 billion in 2008. Urologists mechanically open the obstructed urinary tract using a stent which ideally maintains an excellent urine flow, be resistant to infection and encrustation, and be biodegradable. Biodegradable metals could have the potential for making this ideal ureteral stent. This potential was partially assessed in this work by conducting detailed electrochemical corrosion tests in artificial urine at 37°C and advanced surface characterization on biodegradable pure Mg, Mg-2Zn-1Mn, pure Zn, Zn-0.5Mg, Zn-1Mg and Zn-0.5Al alloys. Based on polarization measurement, the Mg group was found to exhibit a faster corrosion rate than the Zn group, but then experienced a slow down at longer period of immersion as indicated by electrochemical noise measurement. The impedance of the Mg group surfaces showed a one-time constant behaviour with low double layer capacitance compared to the two-time constant of those of the Zn group. The SEM observation showed the formation of non-uniform corrosion layer on the Mg group and the formation of flower-like precipitates on the surface of the Zn group except for Zn-0.5Al alloy. The EDS and XPS analysis confirmed the main composition of corrosion layer as hydroxide, carbonate and phosphate, without calcium content for the Zn group. Among all tested metals, the Zn-0.5Al alloy exhibits the most interesting behavior by showing a uniform corrosion layer with low affinity to the ions in the artificial urine, indicating a low tendency to encrustation.