Th. doct.-ing.--Lille 1, 1977. N°: 208.

Des complexes de Cyclodextrine (CD)-NHC-Métaux (NHC= Carbènes N-Hétérocycliques), comprenant des métaux tel que AgI, CuI et AuI ont été synthétisés. Une étude structurale a mis en évidence la position intra-cavitaire du métal, induisant des interactions C-H…M, C-H…X et π…X. L’influence du type de cavité (α-, β-, γ-CD) et du type de dérivés NHC (Imidazole, benzimidazole, triazole) a été étudiée. Les interactions diminuent avec l’augmentation de la taille de la cavité et en parallèle, celles-ci ont été amplifiées avec des dérivés NHC possédant un effet donneur plus fort. Les complexes de cuivre correspondants montrent une bonne réactivité pour la réaction d’hydroboration des alcynes. Il a de plus été observé que la sélectivité est dépendante de la taille de la cavité. En effet, alors que le complexe α-CD-Cu donne le produit linéaire, le complexe β-CD-Cu oriente vers la formation de l’isomère branché. Les espèces CD-Cu potentiellement impliquées dans le cycle catalytique ont été étudiées. Deux mécanismes différents sont ainsi proposés. Dans la réaction catalysée par le complexe α-CD-Cu, le processus catalytique a lieu en dehors de la cavité; tandis que lorsque la cavité est plus grande (β-CD) la catalyse a lieu à l’intérieur de la celle-ci. Par ailleurs, les complexes ont également montré une différente énantiosélectivité et régiosélectivité dans une réaction de cycloisomerization catalysée par des comlexes dor, en fonction de la taille de la cavité de ces catalyseurs. Les résultats catalytiques ont prouvé que les complexes CD-NHC-Métaux fonctionnent comme des catalyseurs pour lesquels la taille de la cavité influe sur la séléctivité. / Cyclodextrin (CD)-NHC-Metal complexes (NHC=N-Heterocyclic Carbene), including the AgI, CuI and AuI complexes were synthesized. A structural study showed that the metal was inside the cavity, and induced by C-H…M, C-H…X and π…X interactions. Variations on α-, β-, γ-CD cavities and NHC derivatives (midazole, benzimidazole, triazole) were studied. When the size of the cavity increased, these interactions decreased. Furthermore, stronger σ-donating effects lead to stronger interactions. CD-Cu complexes showed good activity in catalytic hydroboration of alkynes. The selectivity is depending on the size of the cavity of the catalyst. α-CD copper complex gives linear hydroboration products, while β-CD copper complex yields the branched isomers. The CD-Cu species potentially involved in the catalytic cycle were studied, two different mechanisms were thus proposed. In the α-CD-Cu complex catalyzed reactions, the catalytic process takes place outside the cavity; while a bigger cavity β-CD permits the catalysis to take place inside the cavity. Furthermore, the gold complexes also show different enantioselectivity and regioselectivity in cycloisomerization using different cavity-based catalysts. Catalytic results evidenced the selectivity of a catalytic reaction is dependent on the cavity of the CD-NHC-metal complexes.

Une nouvelle voie de synthèse de carburants à partir de biomasse a été récemment proposée : la transformation directe du sorbitol (sucre hydrogéné d'origine lignocellulosique) en alcanes légers (six atomes de carbone au maximum) en phase aqueuse par catalyse hétérogène bifonctionnelle métal/acide, suivant la réaction : C6O6H14 + 6 H2 → C6H14 + 6 H2O (déshydratation/hydrogénation du sorbitol en hexane). L'enjeu de la thèse est d'identifier des systèmes catalytiques bifonctionnels stables, actifs et sélectifs pour les hydrocarbures à 5 ou 6 atomes de carbone, valorisables dans le pool essence.Les premiers systèmes étudiés sont des catalyseurs à base de platine et de ruthénium supportés sur silice-alumine. Ces catalyseurs ne sont pas stables en milieu hydrothermal et catalysent des réactions indésirables de rupture C-C : la décarbonylation dans le cas du platine (conduisant au CO2) et l'hydrogénolyse ou la méthanation dans le cas du ruthénium. C'est pourquoi de nouveaux systèmes catalytiques ont été préparés par des mélanges mécaniques de catalyseurs métalliques (Pt, Pd, Ir) déposés sur zircone et d'oxydes tungstés (ZrO2-WOx, Al2O3-WOx, TiO2-WOx). Ces systèmes catalytiques présentent une stabilité en phase aqueuse meilleure que pour les catalyseurs à base de silice-alumine. Les sélectivités varient en fonction de la nature de l'oxyde et de la nature du métal utilisés. En particulier, Un nouveau système catalytique, Pt/ZrO2 + TiO2-WOx, (brevet 12/01.546) s'est révélé actif et très sélectif pour les composés en C6. Enfin, les mécanismes réactionnels mis en jeu pour la réaction de transformation du sorbitol ont été discutés en s'appuyant sur des tests de réactivité modèle. / A new way of biofuels synthesis was recently proposed: the direct transformation of sorbitol (ex-lignocellulose hydrogenated sugar) into light hydrocarbons (maximum six carbon atoms) in aqueous phase by metal/acid bifunctional heterogeneous catalysis, following the reaction : C6O6H14 + 6 H2 → C6H14 + 6 H2O (dehydration/hydrogenation of sorbitol into hexane). The aim of the PhD work is to identify stable and active bifunctional catalytic systems with selectivity to 5-6 carbon atoms hydrocarbons, which can be further upgraded into gasoline. The first studied systems are platinum and ruthenium catalysts supported on silica-alumina. These catalysts are not stable in hydrothermal medium and catalyse undesired C-C cleavage reactions such as decarbonylation for platinum (leading to CO2) and hydrogenolysis or methanation for ruthenium. That is why new catalytic systems have been prepared by mechanical mixing of metallic catalysts (Pt, Pd, Ir) supported on zirconia and tungstated oxides (ZrO2-WOx, Al2O3-WOx, TiO2-WOx). These catalytic systems present an improved hydrothermal stability compared to the silica-alumina based catalysts. Various selectivities are obtained depending on the oxide and metal natures. Particularly, A new catalytic system, Pt/ZrO2 + TiO2-WOx, (patent 12/01.546), was found to be active and very selective to C6 compounds. Finally, the reaction mechanisms involved in the sorbitol transformation reaction have been discussed, referring to model reactivity tests.

L’amélioration de la qualité de l’air est un enjeu majeur pour la santé et l’environnement. Le challenge pour les fabricants de convertisseurs catalytiques pour la dépollution automobile est d’optimiser leur formulation pour répondre aux normes réglementant les émissions polluantes se durcissant, tout en rentabilisant l’utilisation de métaux précieux dont les ressources s’épuisent. Dans cette thèse, un nouveau support catalytique MgAl2O4 méso-poreux a été synthétisé par atomisation d’un sol aqueux contenant un copolymère tri-blocs. Les nano-cristallites de MgAl2O4 en contact quasi-ponctuel permettent d’atteindre des taux de dispersion de la phase active Pt-Pd supérieurs à ceux d’un catalyseur d’oxydation Diesel commercialisé, pris comme référence par la société Renault. La phase active d’un catalyseur 2,5%m.PtPd(3:2)[450°C]/MgAl2O4[900°C] présente une stabilité hydrothermale similaire à celle ce dernier grâce aux ancrages chimiques (croissance épitaxiale, solutions solides) et mécaniques (marches atomiques, pores). Bien que la totalité des métaux précieux ne soit pas accessible (insertion, encapsulation) pour l’oxydation du CO, des HC et de NO, les performances catalytiques atteintes par ce catalyseur au cours de vieillissements hydrothermaux sont comparables à celle d’un DOC de référence. La conversion des HC est similaire à celle du DOC de référence et dépendante de la concentration locale des sites actifs. La conversion du CO est légèrement pénalisée car les particules sont de trop petite taille et à l’état oxydé. Enfin, ce catalyseur ne réduit pas les NOx, en revanche il assure une oxydation plus importante de NO en NO2 après vieillissement hydrothermal que le DOC de référence, ainsi que le stockage de NO2. Cela représente un avantage majeur pour le bon fonctionnement du filtre à particules situé en aval du DOC. / The improvement of air quality is a major issue for the health and the environment. The challenge for the manufacturers of catalytic converters for automotive depollution is to optimize their formulation to meet the standards regulating the polluting emissions hardening, while making a profitable use of the precious metals whose resources are becoming exhausted. In this thesis, a new, mesoporous, MgAl2O4, catalytic support was synthesized by atomization of an aqueous sol containing a tri-block copolymer. The MgAl2O4 nanocristallites in point contact enable to reach higher dispersion rates of the Pt-Pd active phase than those of a commercialized DOC taken as reference by Renault. The active phase of the 2,5%m.PtPd(3:2)[450°C]/MgAl2O4[900°C] catalyst presents similar hydrothermal stability to that of the reference DOC thanks to chemical anchoring (epitaxial growth, solid solutions) and mechanical anchoring (atomic steps, pores). Although the totality of the precious metal content is not accessible (insertion, encapsulation) for CO, HC and NO oxidation, the catalytic performances reached by this catalyst during hydrothermal aging are comparable with that of the reference DOC. The conversion of the HC is similar to that of the reference DOC and depends on the local concentration of the active sites. The CO conversion rate is slightly penalized since the particles are too smalls and in an oxidized state. Lastly, this catalyst does not reduce NOx but ensures a more important oxidation of NO in NO2 after a hydrothermal aging than the reference DOC and also the storage of NO2 which have a positive impact on the proper functioning of the downstream diesel particulate filter.

En synthèse organique, la recherche de nouveaux catalyseurs est un point crucial pour améliorer les conditions réactionnelles et découvrir de nouvelles réactions, particulièrement en chimie de l’or. Pour contribuer à ce développement, nous nous sommes intéressés à la nature du contre-ion, dont dépend la réactivité du catalyseur d’or, avec les polyoxométallates. Ces polyanions, de par leur nature intrinsèque, ont permis d’obtenir de nouveaux catalyseurs efficaces, polyvalents, multi-fonctionnels et hétérogènes, et applicables à un grand nombre de réactions catalysées à l’or.Nous avons aussi étudié un autre paramètre essentiel de la composition d’un catalyseur d’or : le ligand. Notre intérêt s’est porté sur les ligands carbènes N-hétérocycliques (NHC), dont la modularité de leurs propriétés électronique et stérique confère à l’or d’importantes activités. Nous avons ainsi développé différents types de NHC, en les fonctionnalisant pour les rendre acteurs de la réactivité, ou encore en leur attribuant de nouveaux groupements très encombrant pour influencer la réactivité et la sélectivité. / In organic synthesis, the research of new catalysts is an essential issue to improve reactional conditions and to discover new reactions, especially in gold chemistry. To contribute to this development, we were interested in the nature of the counter-ion, which impact the reactivity of the gold catalyst, with the polyoxometalates. These polyanions, thanks to their nature, allowed to obtain new efficient, polyvalent, multi-functional and heterogeneous catalysts, which could be applied to a wide scope of gold catalyzed reactions.We also studied another essential parameter of the composition of gold catalysts: the ligand. We focused our attention on the N-heterocyclic carbenes (NHC), whose modularity of their electronic and steric properties confer important activities to gold catalysts. Thus we developed different kind of NHC, by functionalizing them so they can be involved in the reactivity, or by attributing them very bulky groups to influence the reactivity and selectivity.

L'augmentation des émissions de dioxyde de carbone force l'implémentation de différentes stratégies de réduction des émissions de CO2 qui peuvent être divisées en deux groupes principaux: (i) Le captage du carbone et stockage (CCS) and (ii) le captage du carbone et utilisation (CCU). Un des procédés convertissant le CO2 en un produit à valeur ajoutée est le reformage à sec du méthane (DRM). Cependant le procédé de DRM n'a pas été commercialisé en raison de la forte endothermicité de la réaction et par manque de catalyseur actif, stable et bon marché à ce jour. Les matériaux possédant des propriétés bénéfiques pour la réaction de DRM et pouvant inclure les composants catalyseurs désirés à savoir Ni, MgO et Al2O3 sont les hydrotalcites. L'objectif principal de cette thèse est d'évaluer la performance catalytique de différents systèmes catalytiques à base d'hydrotalcite contenant du nickel lors de DRM. Cette thèse a été divisée en trois parties: (i) l'influence de l'introduction de nickel dans un système catalytique à base d'hydrotalcite, (ii) l'évaluation de la teneur en nickel des couches de brucite de l'hydrotalcite sur les propriétés catalytiques du matériau et (iii) l'évaluation de l'effet des promoteurs Ce et/ou Zr. Afin de répondre à ces problématiques, plusieurs catalyseurs à base d'hydrotalcite ont été synthétisés par la méthode de co-précipitation. Les propriétés physico-chimiques des matériaux préparés ont été évalués au moyen d'analyse élémentaire (XRF ou ICP-MS), XRD, FTIR, N2-sorption à basse température, H2-TPR, CO2-DPT, TEM, expériences SEM et TG. Les matériaux ont ensuite été testés dans la réaction de DRM à 550, 650 et 750°C / The growing emissions of carbon dioxide forced implementation of different CO2 emissions reduction strategies, which may be divided into two main groups: (i) carbon capture and storage (CCS) and (ii) carbon capture and utilization (CCU) technologies. The latter approach allows to recycle CO2. One of the processes that converts CO2 into added-value products is dry reforming of methane (DRM). The DRM process has not yet been commercialized due to the high endothermicity of the reaction and lack of cheap, active and stable catalysts.The materials which have beneficial properties in DRM reaction and may include desired catalysts components i.e. Ni, MgO and Al2O3 are hydrotalcites. The main goal of this PhD thesis was to evaluate catalytic performance of different hydrotalcite-based catalytic systems containing nickel in methane dry reforming process. This PhD was divided into three parts: (i) the comparison of the influence of nickel introduction into HTs-based catalytic system, (ii) the evaluation of wide range of nickel content in hydrotalcite brucite-like layers on materials catalytic properties and (iii) the evaluation of the effect of Ce and/or Zr promoters. In order to address these issues a number of different hydrotalcite-based catalysts was synthesized by co-precipitation. The physico-chemical properties of the prepared materials were evaluated by means of elemental analysis (XRF or ICP-MS), XRD, FTIR, low temperature N2 sorption, H2-TPR, CO2-TPD, TEM, SEM and TG experiments. The materials were subsequently tested in the DRM reaction. Most of catalytic tests were carried out at 550°C, but higher temperatures (650 and 750°C) were also studied.

L'objectif de cette thèse était d'étudier l'influence de la texture poreuse et de l'acidité des catalyseurs d'hydrocraquage, sur l'activité et la sélectivité en distillats moyens. Dans notre étude, nous avons envisagé deux approches : d'une part la préparation des catalyseurs à partir de la zéolithe Y à texture poreuse optimisée, et d'autre part à partir d'une silice mésoporeuse de type MCM-48. Dans la première approche, l'optimisation de la texture poreuse a été réalisée par un traitement post synthèse de dessilication d'une zéolithe Y commerciale (CBV760). Les propriétés physico-chimiques des matériaux résultants ont été évaluées par différentes techniques de caractérisation. L'évaluation de ces matériaux en hydrocraquage de molécules modèles montre une très nette amélioration de la sélectivité en coupe moyenne par rapport à un catalyseur de référence à texture poreuse non optimisée. Dans la seconde approche, nos efforts ont été dirigés vers l'optimisation de l'acidité des solides de type MCM-48. Pour cela une méthode de greffage post-synthèse d'alumine à la surface de ce solide a été envisagée, conduisant à l'obtention d'une acidité suffisante pour la réaction d'hydrocraquage. L'évaluation catalytique de ces matériaux montre qu'ils sont des catalyseurs performants en hydrocraquage et en hydroisomérisation / The objective of this thesis was to prepare hydrocracking catalysts for heavy feedstocks with improved selectivity into middle distillates. In this study we followed two strategies: on the one hand the preparation of catalysts based on a zeolite Y with enhanced porosity, and on the other hand using a mesostructured silica (MCM-48). In the first approach, the optimization of the porous texture was realized by desilication of zeolite Y ( CBV760) in alkaline medium. Physico-chemical properties of obtained materials were investigated by various characterization techniques. The evaluation of these materials in the hydrocracking of model molecules shows a clear improvement of the selectivity into middle distillate with regards catalysts. In the second approach, our efforts were oriented towards the optimization of the acidity of MCM-48 type materials. To achieve this goal, an alumina layer was grafted on the surface of this material, generating an adequate acidity for the hydrocracking reaction. The catalytic evaluation of these materials shows a high selectivity inti middle distillates.

L'hydrogène pourrait jouer un rôle prépondérant dans le domaine de l'énergie dans les années à venir. De nos jours, la production d'hydrogène provient majoritairement de ressources fossiles. En vue de l'impact néfaste de l'utilisation de ressources fossiles sur l'environnement, produire de l'hydrogène à partir de ressources renouvelables présente un grand intérêt. Dans cette étude, le reformage autotherme du biogaz, une source renouvelable de méthane, a été étudié sur des catalyseurs au nickel à 700°C et à pression atmosphérique. Cette étude porte sur un biogaz modèle composé à 60% de méthane et 40% de dioxyde de carbone mis en présence d'oxygène et de vapeur d'eau dans les proportions : 42% H2O, 14% CH4, 9% CO2, 7% O2 dilués dans l'argon. Dans un premier temps, un criblage de catalyseurs au nickel a été réalisé grâce à un montage composé de 6 réacteurs parallèles. L'outil a permis de montrer qu'un catalyseur bimétallique NiRh supporté sur un spinelle de magnésium était actif et très stable, montrant une conversion totale du méthane après 200h de réaction. L'équivalent de ce catalyseur sans Rh s'est désactivé après seulement 2h de réaction. Notre étude a démontré que cette désactivation était causée par la formation du spinelle de nickel, NiAl2O4. Cette formation est une conséquence des hautes températures présentes dans la zone de combustion qui induisent un désordre dans la structure cristalline du support et permettent, en présence de NiO, la diffusion de ions Ni2+ dans les lacunes du support. Enfin, une étude cinétique a été menée sur des catalyseurs structurés. Un modèle cinétique a été développé, permettant également de décrire le profil de désactivation causée par la perte de sites actifs / Hydrogen is expected to play an increasingly important role in the energy sector in the years to come. Nowadays, hydrogen is mainly produced from fossil fuels. The extensive use of fossil fuels is unsustainable and therefore, hydrogen production from renewable sources is of great interests. Autothermal reforming of biogas, a renewable source of methane, was studied over nickel catalysts at 700°C and at atmospheric pressure. This study focused on model biogas composed of 60% methane and 40% carbon dioxide, reacting with oxygen and steam respecting the composition: 42% H2O, 14% CH4, 9% CO2, 7% O2 diluted in argon. First and foremost, a screening of different catalyst compositions was carried out with a six parallel-flow reactor set-up. This high-throughput technology showed that a NiRh bimetallic catalyst supported on magnesium spinel was active and very stable, still fully converting methane after 200 hours of reaction. On the other hand, its noble-metal free equivalent deactivated after only 2 hours. Our study showed that deactivation was caused by the formation of nickel spinel NiAl2O4. Its formation is a consequence of the exothermicity of the combustion reaction taking place at the catalyst inlet. The high temperatures induce a disorder in the crystal structure of the support and, in presence of NiO, Ni2+ ions can then diffuse into the vacancies of the support. The inactive NiAl2O4 phase is formed. Finally, a kinetic study was performed on structured catalysts. A kinetic model was developed, which also allowed the description of the deactivation profile caused by the loss of active sites

Face à l'épuisement des pétroles bruts légers et à la demande en énergies fossiles toujours croissante, l'exploitation des pétroles lourds et le raffinage des résidus pétroliers devient une nécessité. Cependant, la nature de ces résidus pose de nombreuses difficultés aux procédés de raffinage existants. En conséquence, l'industrie pétrolière a actuellement un fort intérêt au développement d'un procédé de conversion profonde de ces résidus pétroliers en carburants valorisables. L'utilisation d'un catalyseur hautement dispersé dans la charge permettrait de minimiser ces difficultés. L'objectif de cette thèse est alors l'étude de quelques aspects du développement d'un procédé d'hydroconversion des résidus pétroliers avec des catalyseurs dispersés. La première partie est dédiée à la génération des données expérimentales de la conversion d'un résidu dans un micro-pilote continu en faisant varier les conditions opératoires. Ensuite, un modèle de cette unité a été développé en couplant la description des cinétiques chimiques déterminée dans un autre réacteur (dans une étude préalable), avec les modèles physiques (hydrodynamique et transfert de matière) et thermodynamiques. Le modèle a été validé en comparant les prédictions du modèle avec les résultats expérimentaux obtenus. La minimisation de la consommation de catalyseur et l'augmentation du rendement en produits désirables sont deux objectifs dans le développement d'un procédé industriel. Le recyclage du catalyseur et de la fraction non-convertie est une stratégie permettant d'atteindre ces objectifs. L'outil expérimental utilisé pour l'étude du fonctionnement en mode recyclage était un réacteur semi-continu. La caractérisation des produits issus d'expériences de la conversion avec un catalyseur recyclé est accompagnée d'une caractérisation de la phase active. De plus, l'étude de l'évolution de la réactivité de la charge recyclée fait partie de cette étude. Les résultats obtenus permettent d'évaluer la faisabilité du fonctionnement en recyclage / With the depletion of light petroleum crude oils and the demand in fossil energies still growing, the exploration of heavy oils and the refining of petroleum residues becomes a necessity. However, the nature of these feedstocks presents numerous difficulties for the existing refining processes. As a consequence, the petroleum industry is currently developing new processes for the deep conversion of these residues to more valuable fuels. The utilization of dispersed catalysts is a promising new strategy for minimizing these difficulties. The aim of this work was to study several aspects of the scale-up of a hydroconversion process of petroleum residues with dispersed catalysts. The first part of this work is dedicated to the generation of experimental data for the conversion of a residue in a continuous micro-pilot unit by varying the operating conditions. Afterwards, a model of the unit was developed by coupling the chemical kinetics determined in a previous batch reactor study with the physical characterization (hydrodynamics and mass transfer) of the continuous micro-pilot unit. The model was validated by comparing its predictions with the experimental data. Minimization of catalyst consummation and the increasing product yields are vital in the development of an industrial process. Recycling the non-converted fraction as well as the catalyst is is a strategy to achieve these two objectives. The second part was thus dedicated to the study of the recycling mode, which was carried out in a semi-continuous reactor. The product characterization of catalyst recycling experiments was accompanied with the characterization of the active phase to evaluate the performance of an aging catalyst. Additionally, the evolution of the reactivity of the recycled product was studied. The results obtained allow us to evaluate the feasibility of the recycling mode

Catalysis is one of the Green Chemistry Principles given its importance for limiting environmental impacts and improving current processes, as well as for developing new sustainable processes and products. In order to provide more performant catalysts, this study provides a novel preparation method for controlling the distribution of metal nanoparticles (NPs) within hierarchically meso- and macroporous catalysts. It consists of the combination of latex synthesis, sonochemistry and sol-gel process. All these steps can be carried out in water, reducing environmental impact. The first step is the synthesis of latex, typically polystyrene. The second step is the sonochemical synthesis and deposition of noble metal NPs on the surface of the latex polymer. The third step is the synthesis of the support by sol-gel process using tetraethyl orthosilicate (TEOS) under controlled conditions to modulate the porosity of the final silica matrix. As a result, an original catalyst morphology is obtained with active sites preferentially located within the macropores, which are surrounded by a mesoporous matrix. Using this approach, a monodisperse polystyrene latex (~130 nm) was prepared by emulsion polymerisation and then decorated with Pt NPs (~2.3 nm) by sonochemical reduction. The mesoporous silica support was prepared by sol-gel synthesis in the presence of the decorated latex. After calcination, the organic template left behind macropores with the Pt NPs within the generated macropores. Mesopores (2-15 nm) connecting these macropores (110-400 nm) were tuned by varying the synthesis conditions. Typically, specific surface areas of 615 m2/g and total pore volumes of 0.74 cm3/g were obtained. In a first case of study, hierarchically porous Pt/SiO2 catalysts were evaluated in the selective hydrogenation of p-chloronitrobenzene (p-CNB) to produce p-chloroaniline. They exhibited activities up to 91.7 ± 2.9 molCNB/(min molPt) and selectivity values up to 100 ± 2% at 80% of conversion, in comparison with 47.7 ± 2.9 molCNB/(min molPt) and 91 ± 2%, respectively, obtained with a commercial catalyst under the same conditions. Moreover, in a second case of study, it was possible to prepare silica-supported Pd, Pd-Pt and Pd-CeO2 catalysts with hierarchical porosity (meso and macro). These materials were tested in the direct synthesis of hydrogen peroxide from hydrogen and oxygen. The best productivity of H2O2 was obtained with the bimetallic Pd-Pt catalyst with 32500 molH2O2/(h molmetal) in batch, and the best selectivity was obtained with Pd-CeO2/SiO2 catalyst (63 ± 2%) in semi-batch. In summary, this thesis proposes a new aqueous preparation method for hierarchically porous functional materials by the combination of latex synthesis, sonochemical reduction and sol-gel process. It has been demonstrated that this preparation technique provides a very powerful and versatile toolbox for catalyst tailoring and optimisation. Further perspectives to achieve improved morphologies and controlled active sites distribution are also proposed. / La catalyse est l'un des piliers pour le développement de procédés durables, car elle permet d'utiliser moins de ressources en accélérant les réactions chimiques. Afin de fournir des catalyseurs plus performants, cette étude propose une nouvelle méthode de préparation de catalyseurs pour contrôler la distribution de nanoparticules (NPs) métalliques au sein des catalyseurs hiérarchiquement poreux (méso et macro) en combinant la synthèse de latex, la réduction sonochimique et le procédé sol-gel. La première étape est la synthèse d'une empreinte porogène de billes de polystyrène (latex) obtenues par polymérisation en émulsion aqueuse. La deuxième étape est la synthèse et le dépôt de NPs de métaux nobles sur la surface des billes de polymère par voie sonochimique dans l’eau. La troisième étape est la synthèse du support catalytique par un procédé sol-gel en milieu aqueux en utilisant le latex décoré et l’orthosilicate de tétraéthyle (TEOS) dans des conditions contrôlées pour moduler la porosité finale de la matrice de silice (mésoporeuse). Toutes les étapes de cette approche sont effectuées dans l'eau, ce qui limite les impacts environnementaux de la préparation du catalyseur. L'élimination du porogène (latex) par calcination génère les macropores. Le matériau résultant possède alors une morphologie inédite pour un catalyseur, avec des macropores fonctionnalisés par des NPs métalliques, dans une matrice de silice mésoporeuse. Ainsi, il a été possible de synthétiser un latex monodisperse de polystyrène (~130 nm), lequel a été décoré avec des NPs de Pt (~2.3 nm) par réduction sonochimique. Le matériau final de silice a présenté des mésopores (2-15 nm) reliant les macropores (110-400 nm) contenant les NPs de Pt. Il a été possible d'obtenir des surfaces spécifiques et des volumes poreux totaux de 615 m2/g et 0,74 cm3/g, respectivement. Dans un premier cas d'étude, des catalyseurs de Pt/SiO2 à porosité hiérarchique ont été évalués dans l'hydrogénation sélective du p-chloronitrobenzene (p-CNB) pour produire la p-chloroaniline. Ils ont présenté des activités catalytiques allant jusqu'à 91,7 ± 2,9 molCNB/(min molPt) et des sélectivités jusqu'à 100 ± 2% à 80% de conversion, par rapport à 47,7 ± 2,9 molCNB/(min molPt) et 91 ± 2%, respectivement, obtenus dans les mêmes conditions avec un catalyseur commercial. Dans un deuxième cas d'étude, des catalyseurs à base de Pd, Pd-Pt et Pd-CeO2 supportés sur de la silice à porosité hiérarchique ont été préparés et testés dans la synthèse directe du peroxyde d'hydrogène. La meilleure productivité a été obtenue avec le catalyseur bimétallique Pd-Pt avec 32500 molH2O2/(h molmétal) en batch, et la meilleure sélectivité a été obtenue avec le catalyseur Pd-CeO2/SiO2 (63 ± 2%) en semi-continu. En résumé, cette thèse propose une nouvelle méthode de préparation dans l’eau de matériaux fonctionnels à porosité hiérarchique en combinant la synthèse de latex, la réduction sonochimique et le procédé sol-gel. Il a été démontré que cette technique de préparation fournit une boîte à outils très puissante et polyvalente pour la préparation et l'optimisation des catalyseurs. Des perspectives pour améliorer davantage les morphologies et la distribution contrôlée des sites actifs sont également proposées.