Avec les récents changements climatiques et la mutation de plusieurs secteurs industriels, une meilleure gestion des rejets de dioxyde de carbone (CO2) est fortement envisagée. De plus en plus d'intérêt est porté sur la valorisation de CO2 au lieu de son stockage simple. Ainsi, ce projet de thèse s'est focalisé sur l'utilisation de polyoxométallates (POMs) et plus particulièrement ceux substitués par des métaux de transition (TMS-POMs), pour la valorisation de CO2 via son électroréduction. Cette approche permet par la même occasion d'assurer une meilleure gestion de l'énergie électrique. Différentes structures de TMS-POMs ont été préparés, donnant des POM mono et polysubstitués aux métaux de transition simples, ainsi qu'un POM fonctionnalisé par un complexe organométallique actif pour l'électroréduction de CO2. Une approche synthétique originale a permis d'obtenir ce dernier complexe, ouvrant la voie à de nouveaux complexes actifs pour l'électroréduction de CO2. Les propriétés électrochimiques, ainsi que leurs aptitudes à catalyser l'électroréduction de CO2 ont été évaluées en différents milieux réactionnels. Une vue globale sur l'application potentielle de cette classe de complexe a ainsi été adopté, montrant notamment la capacité de ces complexes de mener la réduction à 4 électrons et 4 protons de CO2 en formaldéhyde. / With the recent climate change issues and the recent industrial evolutions, a better management of carbon dioxide (CO2) releases is highly demanded. More and more research is focused on CO2 industrial uses rather than its mere storage. Thus, this PhD project deals with the use of polyoxometalates (POMs), especially transition metals substituted ones (TMS-POMs), for CO2 conversion through its électroréduction. This approach allows both a better electrical power and CO2 release management. Different TMS-POMs structures were prepared, yielding mono and polysubstituted POM with simple transition metal and also functionalized ones with active organometallic complex for CO2 électroréduction. An original synthetic approach allowed us to achieve this late functionalization, opening the way for new catalysts for CO2 conversion. Theirs electrochemical properties, as well as their ability to catalyze CO2 électroréduction were investigated in different reaction media. An overview on the potential application of this complex class has been adopted. Noticeably, it highlighted the ability of these complexes to carry out the 4-electrons and 4-protons reduction of CO2 to formaldehyde.

L'acide malique est un produit naturel peu couteux. Les N,O-acetals dérivés d’acide malique sont régulièrement utilisés en chimie des ions N-acyliminiums endocycliques. L’utilisation de cette classe très populaire de précurseurs d’ions N-acyliminiums stéréopurs est à quelques exceptions près limitée aux di-acétoxylactames. Les couplages par formation de liaisons C-C de ces intermédiaires cationiques avec divers nucléophiles sont souvent décrites pour conduire à un diastéréocontrôle insuffisant. Dans cette éventualité, la séparation du mélange des diastéréoisomères formés peut également être un problème. Par conséquent, le développement de nouveaux N,O-acétals dérivés d'acide malique susceptibles d'améliorer la diastéréosélectivité de ce type d' α-amidoalkylations (et/ou de faciliter la séparation des deux diastéréoisomères), qui sont fréquemment utilisées comme étape clé dans des synthèses multiétapes de produits naturels ou leurs analogues, est souhaitable. Le travail décrit dans ce manuscrit se situe dans ce contexte, il détaille la préparation d'une librairie de nouveaux N,Oacétals stéréopurs et leur utilisation dans de nouvelles transformations, catalytiques et diastéréosélectives basées sur la chimie des ions N-acyliminiums. Cette thèse décrit l'amélioration de la diastéréosélectivité intrinsèque trans des réactions d'α- amidoalkylation d'éthers d'énol silylés par des ions N-acyliminiums optiquement purs dérivés d'acide malique catalysées par le super acide l'acide triflimidique. Nous démontrons que la nature des deux partenaires réactionnels peut être modulée pour améliorer le rapport diastéréoisomérique jusqu'à des valeurs très élevées de 98:2. Dans une seconde phase de ce travail, le développement d'une séquence cascade multicatalytique "one-pot" associant une amidoalkylation intermoléculaire de type Friedel- Crafts acido-catalysée avec une a-hydroarylation intramoléculaire catalysée par des complexes cationiques d'or, est présentée. Cette méthodologie combine deux thèmes en vogue en synthèse organique, à savoir l'organocatalyse et la catalyse à l'or, et permet un accès extrêmement rapide à de nouvelles structures polyhétérocycliques complexes fusionnées chirales. / Malic acid is an inexpensive natural product which is widely used as a chiral source in natural product synthesis. N,O-acetals derived from malic acid are regularly used in N-acyliminium ions endocyclic chemistry. The use of this very popular class of iminium ion precursors is mainly limited to stereopure 4,5-di-acetoxy lactams, the C-C bond coupling reactions of which with various nucleophiles are frequently reported to exhibit insufficient diastereocontrol. Moreover, the subsequent separation of the resulting mixture of diastereoisomers might also be an issue. Hence, developing novel N,O-acetalic malic acid derivatives is desirable in order to improve the diastereoselectivity of this type of α-amidoalkylation reactions (and/or to facilitate the separation of diastereomers) which are frequently used as a pivotal step in the context of multi-step syntheses of natural products and analogues. The work described in this manuscript lies in this context, with the preparation of a library of novel stereopure N,O-acetals and their subsequent use in new, catalytic and diastereoselective transformations based on N-acyliminiums ions chemistry. This thesis firstly describes the improvement of the intrinsic trans diastereoselectivity of the α-amidoalkylation reactions of silyl enol ethers with N-acyliminium ions derived from malic acid, generated in situ under triflimidic acid catalysis. It is shown that the structure of both reaction partners can be tuned to raise diastereomeric ratios to very high levels up to 98:2. In a second phase of this work, the development of a multicatalytic cascade sequence involving an intermolecular Friedel-Crafts type -amidoalkylation catalyzed by triflimidic acid, followed by an intramolecular hydroarylation catalyzed by cationic gold(I) complexes, is presented. The methodology developed in this second part of our work combines two hot contemporary topics of organic synthesis, namely organocatalysis and gold catalysis, and allows extremely fast access to new, sophisticated fused polyheterocyclic chiral structures.

L'Europe est confrontée à des défis climatiques et énergétiques et vise à accroître l'utilisation de la biomasse dans la production d'énergies renouvelables. De nombreuses difficultés technologiques persistent, par exemple, la gazéification de la biomasse produit un gaz de synthèse riche en goudrons et H2S qui peuvent conduire à une désactivation des catalyseurs dans les réacteurs en aval. Notre objectif a été de développer des catalyseurs stables qui peuvent réformer complètement ces hydrocarbures contenus dans le gaz de synthèse. Des nanoparticules de nickel encapsulées dans des monocristaux de silicalite-1 creusée formant une cavité unique ("single-hollow") ont été étudiées. L'encapsulation a pour but de limiter le frittage des particules et le cokage dans des conditions de reformage difficiles. Le frittage de ces particules au sein de chaque monocristal a cependant été observé. La synthèse d'une nouvelle structure creusée (c'est-à-dire un monocristal de zéolites avec de multiples cavités mésoporeuses, nommé "multi-hollow") a été développée. L'exclusion en taille de composés aromatiques larges par la membrane l'échantillon a été démontré. Ce matériau a également permis d'améliorer la dispersion initiale des nanoparticules métalliques. L'activité de l'échantillon a cependant été affectée par deux facteurs principaux associés aux étapes de préparation, c'està- dire la formation d'une couche de silice à la surface des particules et d'un empoisonnement au phosphore. Au cours du réformage d'un gaz de synthèse model riche en hydrocarbures, la membrane silicalite-1 n'a pu empêcher la désactivation due aux goudrons des particules de nickel encapsulées, car ceux-ci craquent aux températures typiques de reformage en composés aromatiques plus petits, susceptibles de se diffuser à travers la paroi de type MFI. La préparation de matériaux analogues à base de Rh n'a pas pu être réalisée. Des catalyseurs à base de Rh et de Ni supportés sur alumine ont ensuite été testés. Nous avons montré que le H2S induit une chute significative de l'activité en reformage et que les catalyseurs au Rh sont les moins influencés par le cokage et l'empoisonnement au S. L'activité en reformage du méthane était proportionnelle à la surface spécifique en Rh. Une température de réaction élevée (> 875 °C) a été jugée nécessaire pour limiter la désactivation par cokage / Europe is facing climate and energy challenges and aims at increasing the utilization of biomass in the production of renewable fuels. Many technological difficulties remain, for instance, biomass gasification produces a syngas rich in tars and H2S that can lead to catalyst poisoning in downstream reactors. Our goal was to develop stable catalysts that could fully reform producer gas. Nickel nanoparticles encapsulated inside hollow silicalite-1 single crystals were studied. The encapsulation was expected to limit particle sintering and coking under harsh reforming conditions. These particles could still sinter within each single crystal. The synthesis of a novel hollow structure ("multi-hollow", i.e. a single zeolite crystal with multiple mesoporous cavities) was developed. The size-exclusion of large aromatic compounds from the sample was demonstrated. This material also enabled improving the initial dispersion of metal nanoparticles. The sample activity was yet adversely affected by two main factors associated with the preparation steps, i.e. the formation of a silica over-layer and phosphorus-poisoning. During the reforming of a simulated producer gas, the silicalite-1 membrane could not prevent tar-related deactivation of embedded nickel particles, because those were cracked at typical reforming temperatures into smaller aromatic compounds, which could diffuse throughout the MFI-type layer. The preparation of Rh-based multi-hollow analogues could not be achieved. Alumina-supported Rh and Ni-based catalysts were then tested. H2S induced a large drop of the reforming activity and Rh catalysts were the least impacted by coking and S-poisoning. Methane reforming rate were proportional to the Rh metal surface area. The use of high reaction temperatures (>875°C) was shown to be necessary to limit deactivation by coking

Face à une demande sans cesse croissante en ressources fossiles et une prise de conscience sociétale des enjeux environnementaux, un intérêt de plus en plus important est porté à la valorisation de la biomasse lignocellulosique comme source pour l'énergie et la chimie fine.Parmi les molécules d'intérêt pouvant provenir de la lignocellulose, le xylose un sucre en C5 est obtenu par hydrolyse de la fraction hémicellulosique. Ce dernier peut être hydrogéné en xylitol, un édulcorant. Les catalyseurs utilisés pour réaliser cette réaction ne sont pas stables ou sont à base de métaux nobles. Un des objectifs de ce travail est le développement d'un catalyseur actif, sélectif, stable et à base de métaux non nobles pour cette réaction. Des catalyseurs à base de cobalt se sont avérés actifs et sélectifs pour cette réaction d'hydrogénation du xylose en xylitol. La déshydratation du xylose conduit au furfural qui peut être hydrogéné en alcool furfurylique ou hydrogénolysé en 2-méthylfurane. Un catalyseur à base de cobalt supporté sur un support SBA-15 s'est avéré très actif et sélectif pour d'hydrogénation du furfural en alcool furfurylique. Une étude systématique des conditions expérimentales a été réalisée et le catalyseur a été recyclé. L'identification des sites actifs a été réalisée grâce à une corrélation entre les caractérisations physico-chimiques du catalyseur et sa réactivité lors de l'hydrogénation du furfural en alcool furfurylique. L'hydrogénolyse du furfural en 2-méthylfurane a elle été réalisée en présence d'un catalyseur à base de cuivre supporté et a permis l'obtention de 45 % du produit désiré. / With the increase in the fossil resources demand and a societal awareness of environmental issues, a high interest has been devoted to the use of lignocellulosic biomass as a source for energy and fine chemicals.Among the molecules of interest which come from lignocellulose, xylose, a C5 sugar is obtained by hydrolysis of the hemicellulosic fraction. Xylose can be hydrogenated to xylitol, a sweetener. Today the catalysts used for this reaction are not stable or are based on noble metals. One objective of this work is the development of an active, selective, stable catalyst and based on non-noble metals for this hydrogenation reaction. Cobalt based catalysts have proved to be active and selective for the hydrogenation reaction of xylose to xylitol.The dehydration of xylose affords furfural than can be further converted to furfuryl alcohol by hydrogenation or to 2-methylfuran by hydrogenolysis reaction. A cobalt based catalyst supported on SBA-15 was active and selective in the hydrogenation of furfural to furfuryl alcohol. The study of the experimental conditions was performed and the catalyst was recyclable. The nature of the active site in the hydrogenation of furfural to furfuryl alcohol was determined by a correlation between the physic-chemical properties of the catalyst and its reactivity. The hydrogenolysis of furfural to 2-methylfuran was carried out in the presence of a copper based catalyst and 45 % yield was obtained in liquid phase.

Cette thèse porte sur l’étude de nouveaux carbènes N-hétérocycliques dont les atomes d'azote sont substitués par des groupes étendus alkylfluorényle (AF). Les caractéristiques principales de ces coordinats sont leur fort encombrement stérique, la modularité de ce dernier, et la proximité créée dans les complexes correspondants entre les groupes AF et le métal coordiné.La première partie de ce travail décrit la synthèse et la caractérisation d'un ensemble de sels d’azolium, précurseurs de cette nouvelle famille de NHCs. Ces composés ont d'abord été utilisés pour la préparation de complexes de palladium de type "Pd-PEPPSI-NHC", complexes qui se sont avérés très efficaces en couplage de Suzuki-Miyaura entre acides arylboroniques et chlorures d’aryle para-substitués. Des études structurales et RMN ont montré que dans leur complexes, les NHC formés agissent comme des pinces bimodales, c'est-à-dire combinant une interaction covalente (la liaison M-Carbène) et deux interactions non-covalentes impliquant les groupes AF. Dans certains complexes linéaires de l’or(I) et du cuivre (I), ces interactions faibles entre le métal et des liaisons C-H alentours ont permis la coordination non-optimale du centre métallique qui, à l’état solide, se retrouve hors de l’axe formé par le doublet non liant du carbène. Enfin, un complexe de type CuCl(NHC) dont l’encombrement stérique est variable a été préparé. Il s’est avéré être un excellent catalyseur d’hydrosilylation d’aldéhydes et de cétones. A ce jour, il possède l’une des plus grandes activité et longévité (TONs jusqu’à 1000) pour ce type de complexe / This thesis deals with a series of N-heterocyclic carbene ligands (NHCs) in which the N atoms bear expanded alkylfluorenyl (AF) substituents. Special focus has been put on the steric properties of these new ligands, as well as their influence on catalytic reactions involving Pd and Cu centres.The first part of this work describes the synthesis of a series of AF-substituted azolium salts suitable for the preparation of palladium PEPPSI-NHC complexes. These turned out to be very active in Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions between para-substituted aryl chlorides and arylboronic acids. Structural and NMR studies revealed that in all the complexes, the NHC ligand displays a "bimodal pincer" type behaviour, that is functions as a tridentate ligand bound to the metal through both covalent and non covalent bonds, the former involving the carbenic C atom, the latter CH atoms of the wingtips.In the second part of the study, a series of linear [AuCl(NHC)] and [CuCl(NHC)] complexes were prepared. In some of them were observed weak CH•••M interactions involving the alkyl chains fixing the metal centre in a position below the NHC ring plane. This leads to an unusual coordination of the ligand able to freeze out the movement of the metal centre during its natural oscillation about the M-carbene axis.In the last part of this thesis, one of the [CuCl(NHC)] complexes synthesised was shown to be highly efficient in the catalytic hydrosilylation of functionalised/sterically crowded aldehydes and ketones (TONs up to 1000). Its high stability was attributed to the variable encumbrance of the ligand.

En vue du changement climatique et de la transition énergétique, le présent travail s’intègre dans le projet ANR VItESSE2 portant sur le stockage d’énergie électrique renouvelable et la valorisation du CO2 par hydrogénation en méthanol sur des catalyseurs au cuivre. Au cours de cette thèse, une méthode analytique pour la mesure des surfaces de cuivre par chimisorption de N2O a été mise au point. À partir de tests catalytiques sous 50 bar, des modèles cinétiques pour des catalyseurs Cu/ZnO/Al2O3 et Cu/ZnO/ZrO2 ont été élaborés. Pour l’étude mécanistique, un montage infrarouge en réflexion diffuse a été développé afin d’étudier différents catalyseurs pour la synthèse de méthanol et pour la réaction du gaz à l’eau. Le montage a servi pour des tests catalytiques in situ à 34 bar sous flux réactionnel. L’étude a été complétée par des expériences de désorption thermoprogrammée de différentes molécules sonde. Les résultats suggèrent que le catalyseur Cu/ZnO/ZrO2 est plus sélectif pour le méthanol que Cu/ZnO/Al2O3 et qu’un mode de préparation favorisant les interactions Cu–ZnO–ZrO2 peut être bénéfique pour l’activité catalytique. / In view of the climate change and the energy transition, this work is part of the ANR project VItESSE2 about renewable electric energy storage and CO2 valorization by methanol hydrogenation on copper catalysts. During this thesis, an analytical method for copper surface measurement by N2O chemisorption was developed. Based on catalytic tests at 50 bar, kinetic models for Cu/ZnO/Al2O3 and Cu/ZnO/ZrO2 catalysts were elaborated. For the study of the mechanism, a diffuse reflection infrared setup was developed in order to study different catalysts for methanol synthesis and water-gas shift reaction. The setup was used for in situ catalytic tests at 34 bar under reaction flow. The study was complemented by temperature programmed desorption experiments with different probe molecules. The results suggest that the Cu/ZnO/ZrO2 catalyst is more selective for methanol than Cu/ZnO/Al2O3 and that a preparation method which favors Cu–ZnO–ZrO2 interactions can be beneficial for catalytic activity.

De nombreuses mesures pour réduire les émissions anthropiques de gaz à effet de serre et plus particulièrement de CO2, existent déjà, elles restent cependant insuffisantes. C’est dans ce cadre qu’a vu le jour le projet ANR VItESSE2 visant à développer un procédé de conversion de CO2,issu de certaines industries, en méthanol par réduction à l’hydrogène produit par électrolyse de l’eau à partir d’électricité fournie par des énergies faiblement émettrices de CO2 (énergie nucléaire et les énergies renouvelables). Ce procédé permet aussi d’assurer, une fonction de gestion du système électrique en reliant la production d’hydrogène aux quantités d’électricités disponibles sur le réseau. Les principaux objectifs de la thèse sont la synthèse et la caractérisation de catalyseurs performants ainsi que la mise au point des conditions réactionnelles conduisant à la meilleure productivité en méthanol. L’optimisation des systèmes catalytiques a permis de développer un catalyseur de type CuO-ZnO-ZrO2 compétitif par rapport aux catalyseurs commerciaux actuellement sur le marché. / Numerous measures to reduce anthropogenic emissions of greenhouse gases, especially CO2, already exist; however they are still insufficient. It is in this context that the ANR project VItESSE2 emerged to develop a method for converting CO2 produced by industries. The aim of this project is to transform CO2 into methanol, by reduction with hydrogen produced by water electrolysis using electricity provided by decarbonised energies (nuclear and renewable energies). This process also allows to secure a management function of the electrical grid by connecting the production of hydrogen to the available quantity of electricity in the network. The main objectives of this thesis are the synthesis and the characterization of efficient catalysts for CO2 hydrogenation into methanol and the development of reaction conditions leading to improved methanol productivity. The optimization of catalyst systems allowed to develop a CuO-ZnO-ZrO2 catalyst competitive in relation to commercial catalysts currently on the market.

Cette thèse s'articule autour des zéolithes, plus particulièrement leur synthèse, leur caractérisation et leur application comme catalyseurs hétérogènes. Dans certains cas, la compréhension des phénomènes encontrés au cours de ce processus nécessitait un travail de rationalisation. Ce dernier ingrédient permet une réelle amélioration continue, ou une conception sur mesure d'un catalyseur pour une réaction. Les zéolithes sont des aluminosilicates, microporeux et cristallins, qui se définissent et se différencient de part leur arrangement 3D de tétraèdres (SiO4 et AlO4) . Il a été essayé d'utiliser des zéolithes conçues sur mesures en tant que catalyseurs pour des réactions faisant partie d'une chimie renouvelable. Ainsi, ces travaux s'inscrivent dans le cadre des concepts de la chimie verte et de l'addition graduelle de complexité moléculaire. Au cours de cette thèse, la boucle itéative de l'amélioration continue a mené à deux reprises à un catalyseur très adapté au processus catalytique en question: d'une part l'halogènation d'aromatiques a été effectuée en phase liquide, il s'agit d'un procédé liquide-solide pour lequel le meilleur catalyseur résulte en une zéolithe béta (H-*BEA) avec une porosité hiérarchisée. Au contraire, la réaction de la conversion du méthanol en oléfines (MTO) une réaction gas-solide semble avoir comme catalyse uroptimal des zéolithes de type ZSM-5 sans porosité hierarchisée, mais ayant des tailles cristallines élevées, une qualité cristalline proche de la perfection (sans défauts) et une densité de sites acides très disperses. / This work revolved around the synthesis, characterisation and application of zeolites in heterogeneous catalysis. In some cases, counterintuitive observations and results needed a thorough rationalisation, which allowed a truly continuous improvement, or rational design of a catalyst for a given reaction. Zeolites are crystalline and microporous aluminosilicates, which are defined and differ one from another through their 3D arrangement of tetrahedra (SiO4 and AlO4).It has been aimed to design heterogeneous catalysts for reactions that fit in the concepts of a sustainable chemistry. Thus, this works describes and tried to respect the concepts of green chemistry and carbon upgrading. Remarkably, during this thesis the feedback looped continuous improvement approach has led twice to adapted catalysts for a catalytic chemical transformation: the liquid-solid continuous flow halogenation of aromatics was best performed with nanosized H-*BEA zeolites exhibiting a hierarchical porosity. In contrast, the gas-solid Methanol-to-Olefins (MTO) process needed an unusual catalyst. Indeed based on our study, large and perfectly crystalline H-ZSM-5 crystals with a disperse Brønsted acidity were the optimum catalyst.

L'objectif principal de cette thèse est de parvenir, au moyen des méthodes de la chimie computationelle, à une meilleure compréhension des processus de couplages catalysés par le palladium. Une attention toute particulière a été apportée à l'étude de l'influence électronique des ligands du palladium (phosphine ou carbène N-hétérocyclique) sur les profils énergétiques des trois principales transformations: addition oxydante, transmetallation et élimination réductrice. Pour quantifier cette influence électronique, deux méthodes d'analyse différentes ont été utilisées : NBO et NOCV. La méthode NBO est classique alors que la méthode NOCV est plus récente. Il convenait pour cette dernière de tester sa pertinence pour le problème étudié.De plus, en collaboration avec différents groupes d'expérimentateurs, le mécanisme de deux réactions catalysées au Pd ont été étudiés:hydrophosphonylation du styrène et arylation directe de dérivés aromatiques fluorés. Dans chacun des cas, l'objectif principal était d'identifier les facteurs à l'origine des régiosélectivités observées. / The main objective of the present thesis is to get a better understanding of the Pd-catalyzed cross-coupling reactions, using the tools of computational chemistry. In particular, a detailed mechanistic study of all the possible reaction paths was carried out with different supporting ligands at palladium (phosphines and N-heterocyclic carbenes) in order to understand the elctronic influence of the latter on the three main steps : oxidative addition, transmetalation and reductive elimination. To probe the electronic influence of the ligands, the well-known Natural Bond orbital (NBO) analysis and the innovative Charge Displacement via Natural Orbital for Chemical Valence (NOCV) were used. In addition, two computational studies of Pd-catalyzed transformations were carried out in collaboration with some experimental groups : hydrophosphonylation of alkenes and direct arylation of fluorinated substrated aromatic rings. The main purpose of these studies was to identify the factors at the origin of the regioselectivity observed.

Les catalyseurs à base de nanoparticules de Pd sont largement utilisés dans l’industrie des oléfines. Ceux-ci permettent d’hydrogéner les sous produits de la réaction tel que l'acétylène (C2H2) qui peut empoisonner et désactiver le catalyseur. Toutefois, le Pd, bien que très actif pour la réaction d’hydrogénation, est peu sélectif. Ainsi, l'acétylène et l'éthylène (qui sont des hydrocarbures insaturés) interagissant avec le Pd peuvent être hydrogénés en éthane (C2H6), qui est un produit toxique. Ainsi, un effort considérable est consacré à l’amélioration de la sélectivité des catalyseurs à base de Pd. Ce travail de thèse rentre dans ce cadre. Il consiste à décrire à l’échelle moléculaire les sites actifs du catalyseur au Pd et à identifier les mécanismes réactionnels qui peuvent avoir lieu. Le but étant de comprendre comment les propriétés intrinsèques du catalyseur au Pd varient avec la taille, la forme, les supports d'oxyde et l'incorporation d'additifs métalliques, afin d'améliorer leur sélectivité. L'hydrogénation de l'éthylène en acétylène est étudiée en tant que réaction prototype.Pour atteindre ces objectifs, la Théorie de la Fonctionnelle de la Densité, via une approche périodique à l’aide du code VASP, a été appliquée à plusieurs modèles de catalyseurs de Pd. Ces modèles constitués de nanoparticules de quelques atomes (Pdn, n=1,2,..,7, 13, and 55) et de surface semi-infinie de Pd(111) ont permis d’étudier l’effet de la forme et de la taille sur les propriétés magnétiques et sur la réactivité du Pd. L’étude de la réactivité a concerné essentiellement les mécanismes d’adsorption de C2H2 et C2H4. Ensuite, étant donné que, dans les conditions réelles, les catalyseurs sont stabilisés sur des supports oxyde de type TiO2, la surface de ce dernier a été considérée dans nos modèles. Ainsi, les propriétés électroniques et la réactivité des nanoparticules libres et supportées ont pu être comparées pour mettre en évidence l’effet du support. Enfin, dans le but d’améliorer la sélectivité du Pd, et de prédire un catalyseur performant, des additifs de type métaux de transition (M avec M=Au, Ag, Cu, Co, Ni, Fe etc..) ont été considérés. En effet, en misant sur les effets de synergie qui peuvent se produire pour des couples bimétalliques grâce aux modifications des densités électroniques, il a été possible de prédire des combinaisons de métaux (PdM) dont les propriétés électroniques sont différentes de celles des éléments pris séparément. L’étude des chemins réactionnel et l’identification des barrières d’activation semblent indiquer que les systèmes Pd-Fe et Pd-Co sont des candidats intéressants. / The catalysts based on Pd nanoparticles are widely used in the olefin purification industry. This allows to hydrogenate the by-products of the reaction such as acetylene (C2H2), which can poison and deactivate the catalyst. Although Pd-based catalysts are very active for the hydrogenation reaction, they have a low selectivity. Thus, acetylene and ethylene (which are unsaturated hydrocarbons) interacting with the Pd-catalysts may be hydrogenated to ethane (C2H6), which is a toxic product. Considerable effort is devoted to improve the selectivity of catalysts based on Pd. The present thesis is within this framework. It describes at the molecular level the active sites of Pd-model catalysts and identifies the reaction mechanisms. The goal is to understand how the intrinsic properties of Pd catalyst vary with different size and shape, oxide supports and incorporation of metal additives, in order to improve their selectivity. The hydrogenation of ethylene to acetylene is studied as a prototype reaction. To achieve the goal, periodic Density Functional Theory approach, as implemented in the VASP code, was applied to several Pd-catalysts models. These models include nanoparticles of few atoms (Pdn, n=1,..,7, 13, and 55) and semi-infinite Pd surface (111). They were used to study the effect of the shape and size on the magnetic and electronic properties, and their influence on the reaction pathways. The first step in the reaction mechanism is the adsorption of C2H2 and C2H4. Therefore, the adsorption mechanism was also examined for various magnetic isomers of Pdn structures. Because in the real conditions, the catalysts are often stabilized on TiO2 oxide supports, the surface of the latter was considered in our models. Thus, the electronic properties and reactivity of free and supported Pd-nanoparticles could be compared to reveal the effect of the support. Finally, in order to improve the selectivity of Pd, and predict an effective catalyst, transition metals additives (M = Au, Ag, Cu, Co, Ni, Fe etc...) have been considered. Indeed, building on the synergies that can occur for bimetallic couples through changes in electron densities, it was possible to predict combinations of metals (PdM) whose electronic properties are different from those of their monometalic counterpart. The study of reaction pathways and identification of activation barriers suggest that Pd-Fe and Pd-Co systems are the best candidates.