La réduction des émissions anthropiques de CO2 constitue actuellement un enjeu majeur. Parmi les technologies destinées à la production d'énergie, le Chemical Looping Combustion (CLC) présente un potentiel intéressant avec un faible coût de capture de CO2. Le CLC consiste à produire de l'énergie à partir de combustibles fossiles, en présence d’un transporteur d’oxygène solide qui fournit l’oxygène nécessaire à la combustion. Le matériau est ensuite régénéré sous air dans un deuxième réacteur. En sortie du réacteur de combustion, seuls les gaz CO2 et H2O sont émis et ainsi, après la condensation de l’eau, du CO2 quasiment pur est obtenu. La viabilité du procédé CLC à échelle industrielle dépend des performances et de la durée de vie des transporteurs d’oxygène utilisés. Au cours de cette thèse, les performances et le vieillissement d’un transporteur d'oxygène modèle (NiO/NiAl2O4), vis-à-vis de l’oxydation de CO ont été étudiées. Pour cela, des cycles d'oxydation-réduction dans un réacteur à lit fixe traversé ont été réalisés. Au cours de l’étude de l'influence des conditions de fonctionnement sur les performances du transporteur, il a été observé que la réactivité du transporteur augmente avec la température. De plus, le liant (NiAl2O4) participe également à la réaction d’oxydation du CO. Une évolution de la structure cristalline du liant au cours des cycles à haute température, a été mise en évidence à l’aide des techniques de caractérisation du solide (DRX, MEB-EDX, TPR,...). En parallèle à ces travaux, un outil numérique de simulation du lit fixe traversé a été développé afin de modéliser la réaction de réduction du transporteur d'oxygène avec le combustible CO. / Nowadays, the reduction of anthropogenic greenhouse gas emissions (especially CO2) constitutes an important challenge. Among the different technologies currently studied for the CO2 capture during energy production, the Chemical Looping Combustion (CLC) shows an interesting potential with a low cost of capture. CLC consists of producing energy from fossil fuels or biomass combustion, in the presence of an oxygen carrier (generally a metal oxide) which provides the required oxygen for combustion. The material is then reoxidized with air in a different reactor. At the combustion reactor outlet only H2O and CO2 gases are emitted, therefore after condensation almost pure CO2 can be obtained. The success of a large scale CLC application depends on finding suitable oxygen carriers with good performances and long lifetime. The objective of this work is to study the performances and the ageing of a model oxygen carrier (NiO/NiAl2O4) with CO as fuel. For this, oxidation/reduction cycles have been carried out in a fixed bed reactor. The influence of the operating conditions on its performances is also investigated. From these studies, it is observed that the reactivity of the oxygen carrier increases with temperature. Moreover, the binder used in the oxygen carrier (NiAl2O4) reacts also with the fuel CO to produce CO2. An evolution on the support’s structure during cycles at high temperature is demonstrated using solid characterization techniques (DRX, MEB-EDX and TPR). After these experimental studies, a numerical model has been developed to simulate the reduction reaction of the oxygen carrier with CO in a fixed bed reactor.

Maitriser la logistique de la chaine du froid à des températures de -20°C/-30°C reste un enjeu majeur de sécurité sanitaire. Des solutions auto-réfrigérées basées sur des systèmes thermochimiques sont très adaptées à la mise en température rapide de caissons isothermes et de leur maintien pendant plusieurs heures. Différents concepts et configurations de procédés répondant à cette problématique sont proposés. Leur modélisation dynamique de type nodale, impliquant une gestion thermodynamique d'un ou plusieurs réacteurs, a permis d'analyser leur comportement et d'évaluer leur pertinence. Les configurations les plus performantes sont sélectionnées et analysées afin d'établir un pré-dimensionnement industriel du procédé. D'autre part, la fiabilité de ces systèmes thermochimiques repose sur la qualité des transferts de masse et de chaleur au sein des réacteurs. A cette fin, une approche de diagnostic de dysfonctionnements possibles de réacteurs est développée. La méthodologie proposée s'appuie sur la comparaison de la réponse expérimentale du réacteur testé à celle modélisée d'un réacteur opérant dans les mêmes conditions opératoires présentant ou non des défauts. Une base de données de comportements de réacteurs défaillants, établie par simulation de défauts de typologie et d'intensité connues, permet ainsi la détection et l'identification rapide de possibles dysfonctionnements de réacteurs issus de la chaine de fabrication. / A better cold chain logistics understanding and control is a major safety issue in deep freezing processes within -20°C/-30°C. Self-cooling solutions based on thermochemical systems appear very suitable for rapid cooling of isothermal containers and its temperature regulation for several hours. Different process concepts and configurations are presented to tackle this problem. Through their dynamic nodal modeling, involving thermodynamic management of one or various reactors, an analysis of their behaviors is performed to evaluate their relevance. A selection of the best performing configurations leads us to an industrial pre-design.To undertake quality measures, a diagnosis approach for possible reactors malfunctions is developed. The methodology is based on a comparison of experimental responses between tested reactor and reference one under the same operating conditions. A database of simulated faulty behaviors will allow the detection and identification of possible malfunctions of reactors coming from the production line.