Le confinement de la matière condensée dans un milieu nanoporeux peut induire à l'échelle nanométrique des changements structurels ou dynamiques drastiques qui conduisent finalement aux propriétés originales. Le confinement des polyélectrolytes, qui sont des polymères porteurs d'une charge électrique, présente un intérêt particulier. Dans ce projet, des membranes d'alumine nanoporeuse auto-ordonnée (nPAAMs), dont les paramètres structuraux sont réglés par la synthèse, ont été choisies comme milieu de confinement et des approches expérimentales ont été proposées pour étudier le confinement d'un polyélectrolyte fort (PE), polystyrène-sulfonate de sodium. Une partie importante de ce travail a été consacrée à la caractérisation des charges structurales et superficielles des nPAAMs. La structure et la composition du nPAAM sont caractérisées par la combinaison de la microscopie électronique à balayage et de la diffusion neutronique à petit angle (SANS). Une stratégie détaillée est proposée pour mesurer les nPAAM dans des conditions optimales en raison de leur forme anisotrope et de leur pouvoir de diffusion élevé ainsi que des informations sur leur composition chimique. La charge superficielle de la membrane a été déterminée par des mesures de potentiel d’écoulement. La charge de la paroi du pore peut être ajustée à une charge positive ou négative et l'étendue des interactions électrostatiques peut être ajustée, ce qui permet d'adapter le milieu aux études de confinement électrostatique. Le comportement de perméation et l'adsorption du polyélectrolyte à l'intérieur des pores sont étudiés par SANS en combinaison avec des mesures de perméabilité. La cinétique de l'adsorption est obtenue par le potentiel d’écoulement et la possibilité d'utiliser la réflectivité neutronique pour ces études est proposée. Ce travail fournit des approches expérimentales sur la caractérisation de l'PE en milieu confiné. / The confinement of condensed matter in nanoporous medium can induce at the nanoscale drastic structural or dynamical changes that ultimately lead to original properties. Of a specific interest is the confinement of polyelectrolytes that are polymers carrying an electrical charge. In this project, self-ordered nanoporous alumina membranes (nPAAMs), whose structural parameters are tuned through the synthesis, have been chosen as a confining medium and experimental approaches have been proposed to study the confinement of a strong polyelectrolyte (PE), sodium polystyrene-sulfonate . An important part of this work has been devoted to the structural and surface charge characterization of nPAAMs. The nPAAM’s structure and composition are characterized by combining scanning electron microscopy and small angle neutron scattering (SANS). A detail strategy is proposed for measuring the nPAAMs under optimal conditions due to their anisotropic shape and high scattering power and information on their chemical composition. The membrane’s surface charge has been determined by streaming potential measurements. The pore’s wall charge can be adjusted to positive or negative charge and the extent of the electrostatic interactions can be tuned, tailoring the medium for electrostatic confinement studies. The permeation behavior and the adsorption of the polyelectrolyte inside the pores is studied by SANS combined with flow measurements. The kinetics of the adsorption is accessed by streaming potential and the possibility to use of neutron reflectivity for such studies is proposed. This work provides experimental approaches insight into the characterization of PE under confinement.

Μελετήθηκε το φαινόμενο της ηλεκτροχημικής ενίσχυσης για τις αντιδράσεις της εκλεκτικής υδρογόνωσης του ακετυλενίου προς αιθυλένιο σε καταλύτη Pd εναποτεθειμένο σε β\"-Al2O3 και της οξείδωσης του βουταδιενίου προς προϊόντα εκλεκτικής οξείδωσης σε καταλύτη Ag0.73V2O5.365 εναποτεθειμένο σε YSZ. Το φαινόμενο της ηλεκτροχημικής ενίσχυσης (Electrochemical Promotion) αφορά την τροποποίηση της ενεργότητας καταλυτών που είναι εναποτεθειμένοι πάνω σε στερεούς ηλεκτρολύτες κατά την επιβολή δυναμικού στη διεπιφάνεια καταλύτη | στερεού ηλεκτρολύτη. Στην παρούσα διατριβή μελετήθηκαν αντιδράσεις βιομηχανικού ενδιαφέροντος σε συνθήκες παρόμοιες με αυτές της βιομηχανικής πρακτικής. Υδρογόνωση Ακετυλενίου: Βρέθηκε ότι η αύξηση της κάλυψης της καταλυτικής επιφάνειας με ιόντα Na+ έχει σαν αποτέλεσμα την σημαντική αύξηση της εκλεκτικότητας προς αιθυλένιο. Το φαινόμενο είναι πλήρως αντιστρεπτό δηλαδή η απομάκρυνση των ιόντων Na+ από την καταλυτική επιφάνειας έχει σαν συνέπεια την επιστροφή των καταλυτικών ρυθμών στους αρχικούς που αντιστοιχούν σε επιφάνεια καθαρή από ιόντα Na+. Ο ηλεκτροχημικά ενισχυμένος καταλύτης της παρούσας βρέθηκε ότι είναι πιο εκλεκτικός (κατά 1.5%) σε σχέση με τον βιομηχανικό καταλύτη για υψηλή μετατροπή ακετυλενίου Εκλεκτική οξείδωση βουταδιενίου: Βρέθηκε ότι είναι δυνατή η ηλεκτροχημική ενίσχυση της οξείδωσης τόσο του αιθυλενίου, η οποία εξετάστηκε ως αντίδραση “μοντέλο”, όσο και του βουταδιενίου με χρήση ενός μη αγώγιμου οξειδοαναγωγικού καταλύτη όπως αυτού της παρούσας μελέτης. Η επιβολή θετικών δυναμικών δηλαδή η μεταφορά ιόντων οξυγόνου στην καταλυτική επιφάνεια έχει σαν αποτέλεσμα της αύξηση των καταλυτικών ρυθμών για τα περισσότερα προϊόντα εκλεκτικής οξείδωσης ενώ μικρότερες αυξήσεις παρατηρούνται κατά την επιβολή αρνητικών δυναμικών. Βρέθηκε επίσης ότι η οξειδωτική κατάσταση του καταλύτη επηρεάζει σημαντικά τόσο την κατανομή των προϊόντων όσο και το μέγεθος της ηλεκτροχημικής ενίσχυσης. / The phenomenon of Electrochemical Promotion was studied for two catalytic reactions of industrial importance: for the hydrogenation of acetylene on Pd catalytic films deposited on β\"-Al2O3 solid electrolyte and for the selective oxidation of butadiene on Ag0.73V2O5.365, industrial catalyst, deposited on YSZ solid electrolyte. The Electrochemical Promotion concerns the modification of catalytic activity and selectivity of conductive catalysts deposited on solid electrolytes by applying electrical currents or potential between the catalyst and the counter electrode also deposited on the solid electrolyte. Acetylene Hydrogenation: It was found that the selectivity to C2H4 is significantly enhanced upon increasing the coverage of catalytic surface with electrochemically supplied sodium ions. The phenomenon is reversible that is the electrochemical removing of sodium ions from the catalytic surface results to the return of catalytic activity and selectivity at the initial values corresponding to the unpromoted catalyst. The electrochemical promoted catalyst appears to be more selective (by 1.5%) than the industrial catalyst in the high acetylene conversion region Selective Oxidation of Butadiene: It was found that both ethylene oxidation, which is studied as “model” reaction and selective oxidation of butadiene can be enhanced electrochemically on a non conductive redox catalyst. It was found that the oxygen species, which are carried electrochemically from YSZ solid electrolyte to the catalytic surface, by applying positive potential or current, enhance the catalytic rates for all partial oxidation products. Minor increases to the catalytic rates observed by applying negative potential or current. It was also found that the oxidation state of catalyst affects significantly both the reaction rates and the magnitude of electrochemical promotion.

Une étude théorique et expérimentale sur la simple et double ionisation de petites molécules par impact électronique a été effectuée dans le présent travail. Des expériences de simple ionisation des trois orbitales de valence de l'ammoniac pour une énergie incidente de l'ordre de 600 eV ont été réalisées à Orsay (ISMO). Ces expériences, notées (e,2e), consistent à détecter les électrons diffusé et éjecté en coïncidence. Nous avons comparé les expériences correspondantes à des théories perturbatrices telles que la première approximation de Born : 1CW (One Coulomb Wave) et 1DW (One Distorted Wave). Ainsi que le modèle BBK (pour l'acronyme Brauner, Briggs and Klar). Nos résultats ont montré un accord raisonnable entre l'expérience et la théorie en ce qui concerne la distribution du lobe binaire. Par contre, le lobe de recul est largement sous-estimé. L'application du modèle BBK incluant la prise en compte des déphasages à courte portée est une intéressante perspective pour la description de l'ionisation simple de la molécule d'ammoniac. De même, nous avons étudié les processus d'ionisation du méthane par impact d'électrons. Pour la simple ionisation du méthane, nous avons fourni des approches théoriques pour décrire la distribution angulaire des sections efficaces doublement et triplement différentielle. Nos résultats ont été comparés aux expériences réalisées à Afyon en Turquie. Pour la double ionisation du méthane, nous avons réalisé des expériences (e,3-1e) (dans laquelle l'électron diffusé et un des éjectés sont détectés en coïncidence) pour la couche externe 1t2 à Orsay (ISMO). La théorie que nous avons appliquée est du premier ordre et ne peut pas décrire complétement les deux lobes. Par conséquent, le développement d'un modèle dans le cadre de la deuxième approximation de Born s'avère nécessaire. / A theoretical and experimental study on simple and double ionization of small molecules by electron impact is reported in the present work. Experiments of simple ionization of the three valence orbitals of ammonia with an incident energy of about 600 eV were performed in Orsay (ISMO). These experiments, named (e,2e), consist in the detection of the scattered and ejected electrons in coincidence. We compared the correspondent experiments to perturbative theories such as first Born approximation: 1CW (One Coulomb Wave) and 1DW (One Distorted Wave). In addition to the BBK model (for the acronym Brauner, Briggs and Klar). Our results show a reasonable agreement between the experiment and the theory concerning the distribution of the binary lobe. On the contrary, the recoil lobe was largely under-estimated. The application of the BBK model by taking into account the short range phases will be an interesting perspective for the description of simple ionization of ammonia molecule. In addition, we studied the ionization process of methane by electron impact. For the simple ionization of methane, we developed theoretical approaches in order to describe the angular distribution of double and triple differential cross sections. Our results were compared to experimental data performed in Afyon in Turkey. For the double ionization of methane, we performed experiments for the external shell 1t2 in Orsay (ISMO) by using the (e,3-1e), during which the scattered and one of the two ejected electrons are detected in coincidence. The theory which we applied is of first order and it could not describe completely the two lobes. Consequently, the development of a second order model sounds necessary.

MSc (Chemistry) / Department of Chemistry / The corrosion potential of three ionic liquids (ILs) namely, 5-(Trifluoromethyl)dibenzothiophenium tetrafluoroborate (TDTB), 5-(Trifluoromethyl)dibenzothiophenium trifluoromethanesulfonate (TDTM) and 1-Ethyl-3-methylimidazolium ethyl sulfate [EMIM][ESO4] was studied for mild steel and zinc corrosion in 1.0 M hydrochloric acid using electrochemical, spectroscopic and gravimetric techniques. The studied ILs showed appreciable inhibition efficiencies at the considered concentration range. The highest inhibition efficiencies were observed at 30°C when inhibitor concentration was 8.0 × 10-2 M. The gravimetric data revealed that inhibition efficiencies decreased with an increase in temperature, the lowest inhibition efficiencies for mild steel and zinc were observed at 50°C. The potentiodynamic polarization results indicated that all three inhibitors are mixed-type inhibitors, with TDTM being a predominantly anodic inhibitor. The orders of inhibition efficiency at 8.0 × 10-2 M were TDTM > TDTB > [EMIM][ESO4] and TDTB > TDTM > [EMIM]ESO4] for mild steel and zinc, respectively. All inhibitors showed superior performance in mild steel than in zinc. The adsorption of the studied ILs on mild steel and zinc obeyed the Langmuir adsorption isotherm. The Gibbs free energy of adsorption (ΔG°ads) indicated that the adsorption process was spontaneous, and that corrosion inhibition occurred by a physical adsorption process. Surface morphology analysis through scanning electron microscopy (SEM) and energy dispersive spectroscopy (EDS) revealed a great improvement in the surface morphologies of mild steel and zinc specimens in the inhibited systems. The Fourier transform infrared spectroscopy studies confirmed the chemical interactions between the metal surface and the ILs. This is observed by means of the disappearance of characteristic absorption bands in the adsorption film FTIR spectra. / NRF

Cette thèse est consacrée à la fabrication ascendante (bottom-up) de matériaux nanostructurés hybrides hiérarchisés à base de nanotubes de carbone alignés verticalement (VACNTs) décorés par des nanoparticules (NPs). En fonction de leur utilisation comme cathode ou anode, des nanoparticules de soufre (S) ou silicium (Si) ont été déposées. En raison de leur structure unique et de leurs propriétés électroniques, les VACNTs agissent comme une matrice de support et un excellent collecteur de courant, améliorant ainsi les voies de transport électroniques et ioniques. La nanostructuration et le contact du S avec un matériau hôte conducteur améliore sa conductivité, tandis que la nanostructuration du Si permet d'accommoder plus facilement les variations de volume pendant les réactions électrochimiques. Dans la première partie de la thèse, nous avons synthétisé des VACNTs par une méthode de dépôt chimique en phase vapeur (HF-CVD) directement sur des fines feuilles commerciales d'aluminium et de cuivre sans aucun prétraitement des substrats. Dans la deuxième partie, nous avons décoré les parois latérales des VACNTs avec différents matériaux d'électrode, dont des nanoparticules de S et de Si. Nous avons également déposé et caractérisé des nanoparticules de nickel (Ni) sur les VACNTs en tant que matériaux alternatifs pour l'électrode positive. Aucun additif conducteur ou aucun liant polymère n'a été ajouté à la composition d'électrode. La décoration des nanotubes de carbone a été effectuée par deux méthodes différentes: méthode humide par électrodéposition et méthode sèche (par dépôt physique en phase vapeur (PVD) ou par CVD). Les structures hybrides obtenues ont été testées électrochimiquement séparément dans une pile bouton contre une contre-électrode de lithium. A notre connaissance, il s'agit de la première étude de l'évaporation du soufre sur les VACNTs et de la structure résultante (appelée ici S@VACNTs). Des essais préliminaires sur les cathodes nanostructurées obtenues (S@VACNTs revêtus d'alumine ou de polyaniline) ont montré qu'il est possible d'atteindre une capacité spécifique proche de la capacité théorique du soufre. La capacité surfacique de S@VACNTs, avec une masse de S de 0.76 mg cm-2, à un régime C/20 atteint une capacité de 1.15 mAh cm-2 au premier cycle. Pour les anodes nanostructurées au silicium (Si@VACNTs), avec une masse de Si de 4.11 mg cm-2, on montre une excellente capacité surfacique de 12.6 mAh cm-2, valeur la plus élevée pour les anodes à base de silicium nanostructurées obtenues jusqu'à présent. Dans la dernière partie de la thèse, les électrodes nanostructurées fabriquées ont été assemblées afin de réaliser la batterie complète (Li2S/Si) et sa performance électrochimique a été testée. Les capacités surfaciques obtenues pour les électrodes nanostructurées de S et de Si ouvrent la voie à la réalisation d'une LIB à haute densité d'énergie, entièrement nanostructurée, et démontrent le grand potentiel du concept proposé à base d'électrodes nanostructurées hybrides hiérarchisées. / This thesis is devoted to the bottom-up fabrication of hierarchical hybrid nanostructured materials based on active vertically aligned carbon nanotubes (VACNTs) decorated with nanoparticles (NPs). Owing to their unique structure and electronic properties, VACNTs act as a support matrix and an excellent current collector, and thus enhance the electronic and ionic transport pathways. The nanostructuration and the confinement of sulfur (S) in a conductive host material improve its conductivity, while the nanostructuration of silicon (Si) accommodates better the volume change during the electrochemical reactions. In the first part of the thesis, we have synthesized VACNTs by a hot filament chemical vapor deposition (HF-CVD) method directly over aluminum and copper commercial foils without any pretreatment of the substrates. In the second part, we have decorated the sidewalls and the surface of the VACNT carpets with various LIB's active electrode materials, including S and Si NPs. We have also deposited and characterized nickel (Ni) NPs on CNTs as alternative materials for the cathode electrode. No conductive additives or any polymer binder have been added to the electrode composition. The CNTs decoration has been done systematically through two different methods: wet method by electrodeposition and dry method by physical vapor deposition (PVD). The obtained hybrid structures have been electrochemically tested separately in a coin cell against a lithium counter-electrode. Regarding the S evaporationon VACNTs, and the S@VACNTs structure, these topics are investigated for the first time to the best of our knowledge.Preliminary tests on the obtained nanostructured cathodes (S@VACNTs coated with alumina or polyaniline) have shown that it is possible to attain a specific capacity close to S theoretical storage capacity. The surface capacity of S@VACNTs, with 0.76 mg cm-2 of S, at C/20 rate reaches 1.15 mAh cm-2 at the first cycle. For the nanostructured anodes Si@VACNTs, with 4.11 mg cm-2 of Si showed an excellent surface capacity of 12.6 mAh cm-2, the highest value for nanostructured silicon anodes obtained so far. In the last part of the thesis, the fabricated nanostructured electrodes have been assembled in a full battery (Li2S/Si) and its electrochemical performances experimentally tested. The high and well-balanced surface capacities obtained for S and Si nanostructured electrodes pave the way for realization of high energy density, all-nanostructured LIBs and demonstrate the large potentialities of the proposed hierarchical hybrid nanostructures' concept.

Herein, the influence of protonation and adsorption upon the redox and electrocatalysis of quinone species - specifically anthraquinone derivatives – is investigated. Through the comparison of the measured rate constants of one-electron reductions of a family of quinones in acetonitrile at both graphite and gold electrodes, it was confirmed that the redox potential indirectly influences the rate of electron transfer in a manner consistent with the potential-dependence of the density of states. In aqueous media, the voltammetric response of both anthraquione-2-sulfonate (AQMS) and anthraquinone-2,6-disulfonate (AQDS) was measured over the full aqueous pH range. A model is provided which is able to describe not just the variation in the formal potential but also the peak height as a function of pH. Importantly, this model predicts that the formal potential for the first (Ef1) and second (Ef2) electron transfers are comparable in magnitude (E^θ _f2−E^_θf1 equals -15mV for AQMS and -36mV for AQDS). This quantitative model is then further extended to consider the situation in which the system is not fully buffered, giving insight into the change of pH at the electrode surface during experimentation. Adsorption to graphitic electrodes can impart a strong influence on the measured voltammetric response. It is demonstrated that through the pre-exposure of a newly prepared graphitic electrode to organic solvents, these adsorption processes can be predominantly blocked. Moreover, it is shown that the electroactivity of the electrode is not significantly altered. This thesis also highlights two cases in which adsorption of the electroactive species may be used to positive effect. First, the surface adsorption of anthraquinone-2-monosulfonate is studied on a graphite electrode, where it is demonstrated that the heterogeneity of the electrode surface may be probed through studying the electrochemical response of the adsorbed species. From this work it is concluded that the rate of electron transfer at the graphitic basal plane is 2-3 orders of magnitude lower than that observed on the edge plane sites. Second, the co-adsorption of DNA and anthraquinone-2-monosulfonate is used as an indirect method to measure the solution phase concentration of DNA (LOD = 8.8μM). The reduced form of anthraquinone is also known to readily reduce oxygen. Through the use of a boron-doped diamond electrode it was possible to directly study the anthraquinone mediated reduction mechanism. Significantly, the voltammetric response indicates the reduction of the oxygen via the semi-quinone intermediate (kf = 4.8 × 10⁹ mol⁻¹ dm³ s⁻¹) is over two orders of magnitude faster than the reaction involving the di-reduced form (kf = 1 × 10⁷ mol⁻¹ dm³ s⁻¹). More importantly, this work provides voltammetric evidence for the existence of the semi-quinone species. This work is subsequently extended through the investigation of the poorly soluble anthraquinone derivative quinizarin. Not only is it possible to detect voltammetrically this biologically relevant species to concentrations as low as 5nM (100ppt), but the methodology also allows the electrochemistry of the quinizarin species to be probed, something which was not previously possible.

Chapter1 gives an overview of the basic principles of electrochemistry. A rigorous electrochemical study on the solution phase and solid phase cobalt phthalocyanine (CoPC) is presented in chapter2. The formof CoPC on carbon electrodes was characterized by scanning electron microscope (SEM). The use of CoPC modified edge plane pyrolytic graphite (CoPC-EPPG) for sensing nitrite (NO₂⁻) was also investigated. It was found that the claimed mediator CoPC has no influence on the process. A bare glassy carbon (GC) electrode was successfully applied for the quantitative determination of nitrite as a simple alternative to the modified electrodes reported in the literature (chapter3). Chapter4 compares the voltammetric responses of an edge plane pyrolytic graphite electrode covalently modifed with 2-anthraquinonyl groups (EPPG-AQ2) and solution phase anthraquinone monosulphonate (AQMS) in the presence of a limited concentration of protons. The solution phase and surface bound species show analogous responses resulting in split waves. Digisim™ simulation of the AQMS voltammetry have shown that the pH adjacent to the electrode may be altered by up to 5-6 pH units in low buffered solutions; this is caused by the consumption of protons during the electrochemical reaction. Chapters5 and 6 compare the electrochemical properties of 2-anthraquinonyl groups covalently attached to an edge plane pyrolytic graphite (EPPG) and to a gold electrode. In both cases simulations using newly developedMarcus-Hush-Chidsey theory for a 2e⁻ process assuming a uniform surface did not achieve a good agreement between theory and experiment. Subsequently two models of surface inhomogeneity were investigated: a distribution of formal potentials, E^Ө, and a distribution of electron tunneling distances, r₀. For both EPPG-AQ2 and Au-AQ2 modified electrodes the simulation involving E^Ө distribution turned out to be the most adequate. This is the first time that Marcus-Hush-Chidsey theory has been applied to a 2e⁻ system. Chapter7 briefly summarizes the obtained results.

Le gaz électrogénéré dans les réacteurs électrochimiques est un phénomène à la fois électrochimique et hydrodynamique. La chute ohmique dans la solution électrolyte est l'un des paramètres importants à évaluer pour l'optimisation des réacteurs électrochimiques. Elle est due à la résistance de la solution, donc, à sa conductivité électrique et la distance entre les deux électrodes. Pour réduire la consommation énergétique de la cellule de réduction électrolytique de particules d'hématite en fer métallique, on a étudié la conception des anodes, sièges de la production des bulles d'oxygène, dans deux cellules équivalentes d'électrolyse d'eau dans un milieu alcalin. Les résultats ont montré que seulement 25% de l'anode est réellement active et que le taux de rétention augmente le long de l'anode et les bulles atteignent leur vitesse terminale dès 50% de la hauteur de l'anode. Ceci nous a permis de formuler des recommandations qui permettent d'avoir les meilleures conditions de désengagement des bulles électrogénérées, pour une consommation énergétique plus faible du procédé électrochimique / Electrogenerated gas in electrochemical reactors is considered as an electrochemical and hydrodynamic phenomenon. The ohmic drop in the electrolyte solution is one of important parameter to evaluate for the optimization design of electrochemical reactors. It is due to the resistance of the solution, therefore, its electrical conductivity and of the distance between the two electrodes. To reduce the energy consumption of the electrolytic reduction cell of hematite particles to metallic iron, we studied the design of anode, the location of oxygen bubbles production, in two equivalent cells for water electrolysis in an alkali media. The results showed that the gas hold up increases along the anode and only 25% of the initial anode height is actually active. Moreover the bubbles reach their terminal velocity after 50% of the initial anode height. This allowed us to formulate recommendations that allow the best conditions of bubbles electrogenerated disengagement and low energy consumption

L’utilisation des batteries lithium-ion est dorénavant une technologie de choix pour le secteur automobile notamment pour son utilisation dans les véhicules hybrides et électriques, du fait d’une importante densité d’énergie disponible ainsi que d’une forte densité de puissance nécessaire à la traction d’un véhicule. Cependant, à cause de l’importante énergie embarquée, la sécurité de tels dispositifs doit être renforcée. Il a été rapporté qu’en conditions abusives de température, l’effet cumulé de la dégradation d’un électrolyte utilisant le sel LiPF6 et l’effet catalytique de matériaux d’électrode positive mène à la formation d’espèces organo-fluorées telles que le 2-fluoroéthanol. Ce projet de thèse vise alors à approfondir la compréhension du rôle des matériaux d’électrode positive vis-à-vis de la dégradation d’électrolyte à base de LiPF6, notamment en étudiant la nature des gaz produits en conditions abusives de température. Pour mener à bien ce projet, un dispositif permettant une analyse in situ des gaz formés a été développé. Le rôle de l’eau sur la formation des espèces organo-fluorées fait également l’objet d’une attention toute particulière. L’influence de plusieurs matériaux d’électrode positive sur la nature des produits de dégradation de l’électrolyte a pu être mise en évidence. Ce travail a ainsi permis d’évaluer l’influence de différents paramètres sur la dégradation thermique de l’électrolyte en vue de prédire le choix des différents constituants d’une batterie lithium-ion / The use of lithium-ion batteries is now a technology of choice for the automotive sector especially for its use in hybrid and electric vehicles, due to a high density of energy available as well as a high power density necessary to the traction of a vehicle. However, due to the high on-board energy, the safety of such devices must be enhanced. It has been reported that under abusive thermal conditions the cumulative effect of degradation of a LiPF6-based electrolyte and the catalytic effect of positive electrode materials leads to the formation of fluoro-organic species such as 2-fluoroethanol. This thesis aims to deepen the understanding of the role of positive electrode materials towards the degradation of LiPF6-based electrolyte, in particular by studying the nature of the gases produced under abusive thermal conditions. To carry out this project, a device allowing an in situ analysis of the formed gases has been developed. The role of water on the formation of fluoro-organic species is also the subject of a particular attention. The influence of several positive electrode materials on the nature of the degradation products of the electrolyte has been demonstrated. This work allowed to evaluate the influence of different parameters on the thermal degradation of the electrolyte in order to predict the choice of the various constituents of a lithium-ion battery

Les processus de transfert de charge sont très importants dans de nombreux domaines de la physique et de la chimie. Ils interviennent en particulier dans la conception ds plasmas astrophysiques ainsi que des plasmas de fusion. Les particules secondaires, électrons lents ou ions, générés le long du trajet des radiations jouent également un rôle crucial dans l’action des radaitions sur le milieu biologique, en relation en particulier avec les traitements du cancer. Il est donc fondamental d’avoir une connaissance approfondie des mécanismes mis en jeu dans ce type de processus, à l’échelle moléculaire. Pour cela, nous avons étudié dans cette thèse deux systèmes voisins, la collision des ions C2+ avec les molécules HF et HCI afin d’ananllyser en détail le mécanisme de transfert de charge dans ces deux réactions en d’en déduire des éléments permettant d’avoir une vue plus générals de ce type de processus. Nous nous sommes en particulier intéressés à l’anisotropie de la réaction de transfert de charge ainsi qu’aux effets dus à la vibration de la molécule diatomique cible lors de la collision. Une étude comparée des ces deux système a montré un mécanisme différent dans chaque cas liés aux interactions non-adiabatiques mises en jeu / Collisiosns of slow multiply charged ions with molecular species have been widely investigated in the past few years. Imortant experimental and theoretical effort has been focused on reactions with simple targets. Consideration of more complex molecular targets are now of increasing interest, in particular with regardto possible direect or indirect processes occuring in the irradiation of the biological medium.. In these reactions generally at relativity low energies, different processes have to be considered: exitation and fragmentation on the molecule, ionization of the gaseous target, and also possible charge transfer from the multicharged ion toward the biomolecule..Charge transfer can be investigated theoretically in the framework of the molecular representation of the collision. Such studies provides important information on the mecanism as well as on the electronic structure of the projectile and target during the reaction. The charge-transfer process in collisions on C2+ ions with hydrogen halide molecule (HF, HCI) has been studied by means of ab initio quantum chemistry molecular methods followed by semiclassical dynamical treatment in the keV collision energy range. The mechanism has been investigated in detail in each reaction, in connection with nonadiabatic interactions around avoided crodssings between states involved in the process.