La présente thèse est consacrée à l'étude expérimentale et la simulation de la dynamique des gaz granulaires vibro-fluidisés. Les gaz granulaires sont caractérisés par une dissipation due aux collisions inélastiques. Pour maintenir cet état à l'équilibre mécanique (stationnarité), l'énergie est injectée en continu depuis les bords vibrant pour équilibrer la dissipation des vibrations. Ce système fournit une base d'étude de la physique des systèmes non-linéaires, hors équilibre thermodynamique et dissipatifs. Cette thèse insiste sur la nécessité d'intégrer, de comprendre et de rendre compte de la situation inhomogène de la distribution locale dans les gaz granulaires et permet la construction d'un nouveau modèle de gaz granulaires fluidisés par des vibrations. Cette approche inclut (i) des résultats expérimentaux 2d en micro-gravité dans l'Airbus A300 0-g de Novespace, des expériences 2d avec des cellules (et des vibrations) horizontales, des expériences 2d sur plan incliné (avec vibrations et cellules inclinées et avec une gravité effective variable), ainsi que des simulations de dynamique moléculaire par la méthode " event-driven" appliquée à chaque choc. Ces résultats confortent les simulations 3D de Liu et al. Les expériences en micro-gravité dans Airbus A380 (vol parabolique) permettent d'éviter les frottements avec les parois planes et éliminent l'effet de gravité. Les distributions locales de la vitesse dans la direction de vibrations sont asymétriques partout (à l'exception de la zone centrale de la cellule par raison de symétrie). L' équipartition de l'énergie n'est pas vérifiée dans la cellule, l'énergie est distribuée de manière inhomogène, anisotrope et directionnelle. La " température granulaire " n'est plus une mesure efficace pour décrire un tel système. On rend compte de ces résultats à l'aide d'une superposition de deux modèle gaussien pour décrire les profils locaux de vitesse asymétriques le long de la direction de vibration. Les résultats des simulations de dynamique moléculaire 2d en gravité nulle montrent les mêmes tendances et confortent les résultats l'expérimentaux (dissymétrie des distributions de vitesse locales). Cette dissymétrie est un effet à longue portée et est liée à la dissipation du système: Elle augmente si le coefficient de restitution billes-billes diminue ou lorsque le nombre de particules augmente. La dissymétrie disparaît lorsque les chocs billes-billes sont élastiques. Cet effet ne peut être ignoré et doit être traité comme la frontière d'une "nouvelle hydrodynamique". Dans les expériences de vibrations sur cellule 2D et plan inclinés parallèles aux vibrations, l'angle d'inclinaison a été modifié de façon systématique de l'horizontale à la verticale, pour simuler différentes gravités effectives. Les résultats confirment une dissymétrie locale des distributions de vitesse locales, à laquelle se rajoute une dissymétrie supplémentaire liée à la gravité, provoquant une densité différente en haut et en bas de la cellule. Ces études sont les prémices, nous le pensons, d’une nouvelle vision de la mécanique des gaz granulaires réels dissipatifs. / The present thesis is dedicated to the experimental and simulation study of vibro-fluidized granular gases dynamics. Granular gases are characterized by dissipation due to inelastic collisions. To keep a steady state, continuous energy is injected to balance dissipation by vibration. This system provides a platform to study the physics of non-linear, non-equilibrium and dissipative systems. This dissertation insisted on the necessity of understanding the local state in the granular gases and building a new model for vibration-fluidized granular gases. Research approach included experiments in micro-gravity, event-driven molecular dynamic simulation and experiments in tilted plane with various gravity. Micro-gravity experiments were performed on Airbus A380 (Parabolic flight) to avoid friction with the bottom and gravity field. A long range boundary effect is found to exist in 2D vibration granular gases. Local distributions of the velocity component in the vibration direction are asymmetric in the whole cell except for the center bin. In the system, energy equi-partition breaks down. ``Granular temperature" is not efficient to describe such a system. We proposed a superposition of two Gaussian model to describe the local asymmetric velocity profiles along the vibration direction. We demonstrated the performance of this model by the Airbus experimental data and others’ simulation works. Event-driven molecular dynamics simulation was utilized. Results showed support for experiment results. Furthermore, we found this long range boundary effect is related to the system dissipation. This effect becomes pronounced if the coefficient of restitution (e<1) decreased or the number of particles increased. For the elastic situation, there is no such effect. This effect cannot be ignored and treated only as a local boundary effect as in hydrodynamics. We studied a 2D vibration fluidized granular system in a tilted plane systematically. The inclined angle is changed from horizontal to vertical, changing the "effective gravity". These results also showed asymmetric local velocity distributions. Other than the number density profiles deviate from an exponential form, the spatial profiles of the number density of particles moving up and down are not equal, and non symetric from cell center.

Un des rôles de l'emballage est de limiter les réactions de dégradation des aliments : pour cela, il contrôle les transferts de gaz (O2, CO2, N2) entre l'atmosphère extérieure et l'espace de tête. Dans le cas des Emballages sous Atmosphère Modifiée (EAM), la composition gazeuse est judicieusement choisie afin de limiter la croissance microbienne (en général faible teneur en O2 et forte concentration en CO2). L'objectif de ce travail est d'étudier et modéliser l'impact des transferts de gaz (O2/CO2/N2) dans le système EAM sur la croissance microbienne. Des modèles existants de microbiologie prévisionnelle ont été couplés avec ceux développés concernant les transferts de gaz via un système d'Equations Différentielles Ordinaires. La perméation au travers de l'emballage, la solubilisation et la diffusion des gaz (O2/CO2) dans les aliments ont été prises en compte. La solubilité et diffusivité de l'O2 et du CO2 dans les aliments solides sont indispensables pour les modèles de transferts. Devant le peu de données concernant ces paramètres, leur caractérisation expérimentale s'est avérée nécessaire. Des méthodologies ont été spécifiquement développées afin de pouvoir accéder à ces deux coefficients, solubilité et diffusivité, dans les aliments solides modèles (fromage emprésuré, miglyols) et réels (jambon, beurre) pour les deux gaz d'études, O2 et CO2. Les méthodologies d'acquisition de la diffusivité et solubilité de l'oxygène reposent sur l'utilisation de capteurs par extinction de luminescence, quant à celles utilisées pour le CO2, se basent sur la titration chimique. La loi de Henry, qui relie concentration dissoute et pression partielle en CO2 dans l'espace de tête a été validée dans les différents produits analysés. La diffusion de l'O2 dans les milieux lipidiques modèles a été étudiée avec une analyse de l'impact de la viscosité et de la température. Ainsi, l'énergie d'activation de la diffusion de l'O2 dans un milieu modèle (Miglyol 812) est de 25 kJ.mol-1 entre 5 et 30°C. Un modèle de transfert de gaz pour le système emballage/aliment a été développé, basé sur la description fickienne des transferts de matière et a été couplé à des modèles de microbiologie prévisionnelle existants dans la littérature. Ce modèle a été confronté aux résultats expérimentaux obtenus sur fromage emprésuré artificiellement contaminé par Listeria monocytogenes à une concentration de 10^3 CFU.g-1. Ce travail a permis d'approfondir les connaissances générales sur la solubilité et la diffusion de l'O2 et du CO2 dans les matrices alimentaires solides, de comprendre et quantifier l'effet des transferts de gaz dans le système emballage/aliment sur la croissance des micro-organismes et de construire les bases essentielles pour un outil d'aide à la décision de choix d'EAM en fonction de l'aliment. / Packaging is a key player on reducing food losses, by defining around the food, via the mass transfer of gases (O2, CO2, N2) through the packaging, a headspace atmosphere whose composition is able to reduce physical-chemical (namely oxidation), microbial and physiological (for respiring foods) food degradation rate. In Modified Atmosphere Packaging (MAP) of fresh produce, the gaseous composition of the headspace is chosen in order to prevent microorganism growth (usually low O2 and high CO2 concentrations are chosen). This work aimed at initiating and developing a generalised approach permitting to study and quantitatively model the impact of gas transfer (O2/CO2/N2) occurring in the food packaging system on microbial growth. In this purpose, existing models of predictive microbiology will be coupled to mass transfers (permeation through packaging and solubilisation/diffusion within food) using numerical methods such as ODE (Ordinary Differential Equation) solvers. If the permeation is relatively well known, the two other parameters, O2 and CO2 solubilities and diffusivities, required in mass transfer models are less known, especially for solid food matrices. Experimental acquisition of these parameters was thus required. Some dedicated methodologies have been developed in the framework of this study in order to gain missing data of solubility and diffusivity in solid food matrices for the two studied gases, O2 and CO2. The methods of O2 diffusivity and solubility measurement relied on the use of luminescence-based sensors while for CO2, the methodologies were based on chemical titration. A processed cheese was used as solid model food and the O2 and CO2 solubilities and diffusivities were characterized in this model food as in other real food products: cooked ham and butter. A peculiar attention was paid on the validation of Henry's law in the case of CO2 that links CO2 partial pressure to the dissolved content into the product. The O2 diffusion within lipid-based model materials was studied with a deep analysis of the impact of temperature and viscosity. The energy of activation of oxygen diffusivity in model matrix (Miglyol 812) was found equal to 25 kJ mol-1 for temperature ranging from 5 to 30°C. A mathematical model of gas transfer was developed for the overall food/packaging system and was coupled to existing equations of predictive microbiology. This generalised model was compared with experimental data obtained in the case of mono-directionnal transfers, on the mass transfer and microbiological part (on processed cheese voluntarily contaminated by Listeria monocytogenes with an initial biomass equal to 10^3 UFC g-1). This work had permitted to increase knowledge on the behaviour of O2 and CO2 solubilities and diffusivities into solid food products, to understand and quantify the impact of gas transfers in the food/packaging system on the microorganism growth and to build basements for a new decision support system aiming at helping the user in the choice and design of MAP for a given application.

L'irradiation génère dans le combustible des gaz de fission, principalement xénon et krypton, présents sous forme dissoute et sous forme de bulles. L’objectif de ces travaux de recherche est de contribuer à la méthodologie de caractérisation de ces bulles et d’apporter ainsi des éléments de validation de référence pour la modélisation. Deux approches sont étudiées. Sur la base d’une méthode existante de détermination de la pression moyenne des bulles par le couplage de trois techniques : EPMA, MEB et SIMS, une nouvelle méthode complémentaire a été mise au point sur une bulle isolée sous la surface. La méthodologie consiste à repérer une bulle fermée et remplie en xénon par des cartographies microsonde et images MEB et de mesurer la quantité de gaz présent par SIMS. Une observation 3D, par abrasion FIB, donne une estimation du volume de la bulle et permet ainsi de calculer la pression de gaz. A 300 K, une estimation des niveaux de pression est obtenue, sur des bulles intragranulaires, micrométriques du centre de pastilles de combustibles irradiés. En parallèle, une méthode de mesure du champ de déformation élastique engendré par la présence de bulles pressurisées, est développée par HR-EBSD. Un modèle par éléments finis permet d’évaluer les niveaux de déformation autour des bulles de gaz de fission et met en évidence que seules les bulles nanométriques engendrent des déformations élastiques mesurables par cette technique. Au préalable, la méthode a été calibrée à partir d’essais de flexion quatre points sur du silicium monocristallin et sur des céramiques implantées en xénon, permettant une exploitation étendue de la méthode par la prise en compte de déformations libres. Cette étape définit les paramètres d’acquisition et de traitement optimum pour son application sur combustible irradié. La mesure de déformation élastique par HR-EBSD sur combustible irradié reste une mesure relative qui demandera davantage de réflexion quant au choix de la référence. / The irradiation generates in the fuel, fission gases, mainly xenon and krypton, present in dissolved form and in the form of bubbles. This research objective is to contribute to the fission gas bubbles methodology of characterization and thus to bring elements of reference for the models validation. Two approaches are studied. Based on an existing method of bubbles average pressure evaluation by the coupling of three techniques: EPMA, SEM and SIMS, a new complementary method has been developed on an isolated bubble under the surface. The methodology consists in identifying a closed and filled bubble with xenon by microprobe mapping and SEM images and to measure the amount of present gas by SIMS. 3D observation by FIB abrasion provides an estimation of the bubble volume and thus allows to calculate the bubble pressure. At 300 K, an estimation of the pressure levels is obtained on intragranular micrometric bubbles from the fuel pellets center area. Meanwhile, a method of elastic field strain measurement, produced by the presence of pressurized bubbles, is developed by HR-EBSD. A finite element model evaluates the levels of strain around the fission gas bubbles and shows that only nanometric bubbles generate measurable elastic strain by this technique. First, the method was calibrated from four points bending tests on monocrystalline silicon and ceramics implanted with xenon, allowing to take into account free strains. This step defines the parameters of acquisition and optimum treatment for its application on irradiated fuels. Measurement of elastic strain with HR-EBSD on irradiated fuel is a relative measure that will require further consideration in the choice of the reference.

L'évaluation de l'étanchéité des obturations endodontiques in vitro donne lieu à des résultats non reproductibles voir contradictoires qui ne permettent pas de conclure à la supériorité d'une méthode ou d'un matériau. Cette thèse a pour but d'améliorer la connaissance des techniques d'évaluation de l'étanchéité utilisées en endodontie et de mettre au point une nouvelle méthode d'évaluation de la perméabilité des obturations endodontiques utilisant la mesure d'un flux d'azote. Dans une première partie bibliographique, nous réalisons une analyse critique des méthodes d'évaluation de l'étanchéité couramment utilisées en endodontie. Dans la seconde partie nous décrivons la méthode de perméabilité gazeuse, ses aspects physiques et son application à l'endodontie. Dans la troisième partie, nous traitons de la perméabilité à l'eau en comparant la technique de filtration de fluide et la perméabilité à l'azote et nous modélisons la manière dont les colorants pénètrent l'interface endodontique dans les techniques d'infiltration de colorants. Dans la quatrième partie nous décrivons l'adaptation de la méthode de perméabilité gazeuse à l'étude de l'étanchéité des connexions des implants dentaires comportant deux parties. / Sealing evaluation of endodontic fillings in vitro leads to irreproducible or contradictory results which preclude concluding to the superiority of one method or material. This thesis is intended to improve knowledge of evaluating techniques for endodontic sealing and to develop a new method to evaluate the permeability of root canal fillings using the measure of a nitrogen flow.In the first part, we perform a critical analysis of evaluation methods of sealing commonly used in endodontics from a review of literature. In the second part we describe the gas permeability method, its physical process and its application in endodontics. In the third part, we treat water permeability by comparing the technique of fluid filtration and nitrogen permeability. Also, we model with physical laws the penetration process of dyes in the endodontic interface with protocols corresponding to dye leakage studies. In the fourth section we describe the adaptation of the method of gas permeability to the study of dental implant connections tightness.

Cette thèse porte sur le développement théorique et expérimental d’une nouvelle méthodologie de détection des gaz à effet de serre basée sur la spectroscopie optique d’absorption. La question posée était : est-il possible d’évaluer de manière univoque la concentration d’un gaz à partir d’une mesure par spectroscopie d’absorption différentielle, dans laquelle l’étendue spectrale de la source lumineuse est plus large que celle d’une ou de plusieurs raies d'absorption de la molécule considérée et que, de plus la détection n’est pas résolue spectralement ? La réponse à cette question permettra d’entrevoir à terme le développer d’un instrument de télédétection de terrain robuste sans contrainte opto-mécanique majeure aussi bien sur la source laser que sur la chaîne de détection.Ces travaux ont donné lieu au développement d’une nouvelle méthodologie que l’on dénomme « Optical Similitude Absorption Spectroscopy » (OSAS) ou spectroscopie d’absorption optique de similitude. Cette méthodologie permet donc de déterminer de manière quantitative une concentration d’un gaz à partir de mesures d’absorption différentielle non résolue spectralement sans procédure de calibration en concentration. Ceci demande alors une connaissance précise de la densité spectrale de la source lumineuse et du système de détection. Ces travaux publiés ont permis de démontrer que cette nouvelle méthodologie est dans le domaine spectral du proche infrarouge peu sensible aux conditions thermodynamiques du gaz observé. D’autre part, ces travaux ont permis de mettre en exergue l’inversion de la Loi de Beer-Lambert non résolue spectralement ce qui donne lieu à la résolution d’un système analytique non linéaire. À cette fin le développement d’un nouvel algorithme d’inversion de ce type de mesures a pu être vérifié expérimentalement en laboratoire sur le méthane, en exploitant aussi bien des sources à large bande spectrale cohérente et non cohérente. La détection de cette molécule dans l’atmosphère a pu être réalisée dans le cadre de ces travaux en couplant judicieusement la méthodologie OSAS et la technique Lidar. Ces travaux ouvrent de nombreuses perspectives sur la détection de gaz à effet de serre dans le domaine spectral infrarouge ainsi que la possibilité de détecter plusieurs molécules d’intérêt atmosphérique simultanément / This thesis concerns the theoretical and experimental development of a new methodology for greenhouse gases detection based on the optical absorption. The problem relies on the unambiguous retrieval of a gas concentration from differential absorption measurements, in which the spectral width of the light source is wider than one or several absorption lines of the considered target gas given that the detection is not spectrally resolved. This problem could lead to the development of a robust remote sensing instrument dedicated to greenhouse gas observation, without strong technology limitations on the laser source as well as on the detection system. Solving this problem, we could propose a new methodology named: "Optical Similitude Absorption Spectroscopy" (OSAS).This methodology thus allows to determine a quantitative target gas concentration from non-resolved differential absorption measurements avoiding the use of a gas concentration calibration procedure. Thereby, a precise knowledge of the emitted power spectral density of the light source and the efficiency of the detection system are needed.This work that has been recently published could demonstrate that this new methodology applied on the NIR remains accurate even in the presence of strong atmospheric pressure and temperature gradients. Moreover, we show that inverting spectrally integrated measurements which follow the Beer-Lambert law leads to solve a nonlinear system. For this, a new inversion algorithm has been developed. It was experimentally verified in laboratory on methane by using coherent and non-coherent broadband light sources. The detection of methane in the atmosphere could be also realized by coupling the OSAS methodology and the Lidar technique. Outlooks are proposed and especially on the detection of greenhouse gases in the infrared spectral domain as well as the ability to simultaneously detect several atmospheric molecules of interest

Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

<b>Structure of the thesis</b><p><p>The present work has been organized in two main parts: in the first one, the focus will be on the scientific and theoretical aspects of the evaporation process in presence of an inert gas flow while in the second all the technical aspects and more practical tests related to the real implementation of the micro-gravity experiment CIMEX-1 will be detailed. In any cases, the discussion will always start from the phenomenology observed considering that ” Nature is far more reach of any speculations.”<p><p><b>Part I: Evaporation in presence of inert gas</b> <p><p>In chapter 1, a detailed presentation of the experimental setups for the on-ground tests is given together with the presentation of the qualitative and quantitative results obtained. Actually, the main parameters that regulate such kind of experiments are the mass flow rate of inert gas, the total pressure of the cell and the geometrical shape and dimensions of the evaporating regions.<p>Consequently, the experiments aimed at covering the maximal possible combination of these three parameters with special attention to the variation of the inert gas flow and of the thickness of the evaporating liquid layer. More precisely, the liquid layer thickness was in the range 1.2 to 3.8 mm while the inert gas flow was set in the range 50 to 2500 ml/min. The pressure has been partially neglected as control parameter because its control was discovered not to be very reliable.<p>The visualization system used in all the experiments consisted in a opportunely calibrated infrared camera. It allowed for having a quantitative analysis of the temperature distribution at the interface of the evaporating liquid.<p>The infrared images also helped to follow the thermal history of the interface. In many cases, it has been possible to clearly observe the evolution of instability patterns at the interface that represent an original contribution to the understanding of such a kind of phenomena.<p>The physical and mathematical modeling of the observed phenomenology will be the subject of the chapter 2. One of the peculiar issue of the problem under consideration is that the thermal gradient normal to the interface is not directly imposed like in the usual Marangoni-Bénard experience, but is a result of the cooling of the interface due to the evaporation.<p>Moreover,the interface is subject to the shear stress of the inert gas flow and to the one due to the thermo-capillarity. Finally, the gas phase is to be considered as a mixture; this oblige to solve a diffusion problem in the gas phase. A physical model that takes into account the different aspects mentioned above is presented together with the governing equations and the appropriate boundary conditions.<p>Numerical issues involved in solving the model are also analyzed. Numerical results obtained are finally discussed and compared when possible with experimental results.<p><p><b>Part II: Preparation of the CIMEX-1 experiment on-board the International Space Station.</b><p><p>In chapter 3, we will describe the main platforms used to perform low-gravity experiments. They will be classified according to the low-gravity level and to the low-gravity interval duration that could be ensured for experiments. According to these criteria, the list of the low-gravity platforms will be as follows: Drop Towers with ≈ 4 sec. of micro-gravity, Parabolic Flights that can assure not more than ≈ 25 sec. Sounding Rockets with a low-gravity time of the order of several minutes depending on the rockets, Foton Capsules that assure for many days of high quality - i.e. without perturbations - low-gravity level and ,last but not least, the International Space Station where the low-gravity duration could be even of several weeks which is a sufficient time duration for the most part of the experiments.<p>The chapter 4 will be entirely devoted to the ITEL experiment that is the precursor and the core of the CIMEX-1. After a brief overview of the experiment that has been performed twice on-board sounding rockets of the MASER class, the experimental setups used both on-ground and in micro-gravity will be detailed.<p>The focus will be on the experimental results obtained on-ground during the preparatory tests and during the two sounding rocket flights with special attention to the first one. The analysis will be supported by the presentation of many results obtained in numerical simulations.<p>The two parabolic flight campaigns performed to test one of the key sub-systems of the CIMEX-1 setup are the subject of the chapter 5. The separating-condensing unit is mandatory for performing the experiment on-board the International Space Station because the limitations on the crew intervention oblige to have a closed loop experiment.<p>The goal of the two parabolic flights will be detailed together with the setup and the experimental scenario. The main results will be also shown and some considerations on the efficiency of the system will be presented.<p>It is worthy to stress that the results obtained during these parabolic flights have been determinant at the European Space Agency level to fly the CIMEX-1 experiment on-board the International Space Station.<p>Finally, in the section conclusions and perspectives the main results obtained will be summarized together with the new scenarios opened by the present work and some guidelines for further development in the experimental, theoretical and technical analysis. / Doctorat en sciences appliquées / info:eu-repo/semantics/nonPublished

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.

Dans le cadre de la recherche de nouvelles sources d'énergie propres et durables, nous étudions les mécanismes de formation du dihydrogène (H2) dans les environnements intra-cratoniques. Des émanations naturelles de H2 ont précédemment été décrites à proximité des dorsales médio-océaniques et des ceintures ophiolitiques. Cette production naturelle de gaz, telle que documentée dans la littérature, est étroitement liée au métasomatisme de roches ultrabasiques d'origine mantellique, riches en minéraux ferromagnésiens, à travers les réactions de serpentinisation. Au Kansas (USA), des émanations de H2 intra-cratonique ont été révélées dès les années 80 par l'étude de puits riches en H2. Nos travaux s'appuient sur un nouveau forage, D#2 (Kansas, USA), ainsi que deux forages existants depuis les années 80, Heins#1 et Scott#1 (Kansas, USA). Le puits D#2 permet d'accéder à un aquifère modérément profond (~300 m) chargé en H2. Le gaz est composé également de N2 et de CH4 tout comme le gaz issu des contextes ophiolitiques. Du He est présent en quantité substantielle -comparé aux contextes précédents- dans ces forages. Afin de comprendre les processus engendrant la production de H2 dans ce contexte géologique, de quantifier le gaz ainsi généré, et de déterminer la relation du H2 avec les autres espèces gazeuses une étude multidisciplinaire gaz/eau/roche a été réalisée. Les résultats obtenus lors de l'étude de ces fluides mis en parallèle avec le contexte géologique régional et les lithologies observées ont permis (1) de proposer différents scénarios pour expliquer les associations de gaz observées et (2) de discuter de l'origine et des processus de production du H2, de l'He, et du N2. / As part of the search for new sources of clean and sustainable energy, the mechanisms for the formation of dihydrogen (H2) in intracratonic environments were studied. Natural emissions of H2 have been described in the vicinity of mid-ocean ridges and ophiolite belts. This natural gas production, as documented in the literature, is closely related to the metasomatism of mantle rocks which are rich in mafic minerals, through the serpentinization reaction. In Kansas (USA), intracratonic H2 seepages were revealed in the 80’s by studies of H2-rich wells. Our work is based on a new borehole D#2 (Kansas, USA), and two boreholes previously studied in the 80s, Heins#1 and Scott#1 (Kansas, USA). The D#2 well provides access to a moderately deep aquifer (~ 300 m) loaded with H2. The gas is also composed of N2 and CH4 similarly to the gases issued from ophiolitic contexts. Helium is present in substantial quantities -compared to preceding contexts- in these boreholes. A multidisciplinary gas/water/rock study was carried out to understand the processes generating the production of H2 in this geological setting, to quantify the gas so generated, and to determine the relationship of H2 with other gaseous species. The results of these studies in parallel with the regional geological setting and observed lithology allowed (1) to propose several scenarios to explain the observed associations of gas and (2) to discuss the origin and production process of H2, He and N2.

La présente étude s’inscrit dans le contexte post-Fukushima et avait pour objectif la mise en place d’une méthode d’analyse pour identifier et quantifier, rapidement, des radionucléides émetteurs alpha et bêta, en situation post-accidentelle, dans les échantillons de l’environnement. La première étape de l’étude a permis de dresser la liste des radio-isotopes émetteurs alpha et bêta susceptibles d’être rejetés dans l’environnement suite à un accident nucléaire. Dans une deuxième étape, un protocole d’analyse rapide a été développé pour 17 radio-isotopes de U, Th, Pu, Am, Np et Sr. L’objectif était d’automatiser l’étape de séparation radiochimique et de la coupler à la mesure. La séparation est réalisée en employant des colonnes contenant les résines d’extraction, TEVA®, TRU et Sr. La mesure est effectuée par ICP-MS (spectrométrie de masse à plasma induit) et dans certains cas par compteur proportionnel à gaz pour quantifier le radiostrontium (89Sr et 90Sr). D’excellentes performances analytiques ont été obtenues, lors de la mesure hors-ligne, pour des échantillons d’eaux (robinet, rivière et mer) et solides (sols et filtres d’aérosols), après une minéralisation par four à micro-ondes ou par fusion alcaline suivie d’une co-précipitation avec Ca3(PO4)2. Ces performances sont caractérisées par des rendements de récupération compris entre 70 % et 100 % et des écarts types entre 5 % et 10 %. Le protocole de séparation a été ensuite automatisé et transposé en mode couplage en ligne avec l’ICP-MS. Les paramètres opératoires ont été optimisés avec un plan d’expériences, défini et exploité avec le logiciel Minitab®. Après optimisation du protocole, l’automatisation et le couplage de la séparation permettent de quantifier rapidement, en 1,5 h par échantillon, U, Th, Pu, Am, Np et Sr et de gagner un facteur 20 sur les limites de détection des radio-isotopes artificiels. / The present study follows the Fukushima power plant accident and aimed to develop an analytical method to achieve, during an emergency situation, a rapid identification and quantification of alpha and beta emitters in environmental samples. The first step of this study allowed us to list the alpha and beta emitters which can be released in the environment in case of a nuclear accident. The second step aimed towards the development of a rapid analysis method to quantify 17 radionuclides of U, Th, Pu, Am, Np and Sr. The main objective was the automation of the radiochemical separation step and its coupling for the measurement. The separation is performed using columns containing extraction resins, namely TEVA®, TRU and Sr. The measurement is performed using an ICP-MS (inductively coupled plasma mass spectrometry) and in some cases a gas proportional counter to quantify radiostrontium (89Sr and 90Sr). Excellent figures of merit were obtained, off line, with water (tap, river and sea water) and solid matrices (soil and aerosol filters), after a micro-wave digestion or an alkaline fusion dissolution followed by a Ca3(PO4)2 coprecipitation. The proposed analytical strategy showed yields between 70 % and 100 % and standard deviations between 5 % and 10 %. The newly developed separation method was then automated and coupled on-line to ICP-MS. The operating parameters were optimized using a design of experiments and the results were processed with Minitab®. The optimized automated separation coupled on-line to the ICP-MS allows the rapid quantification, in 1.5 h per sample, of U, Th, Pu, Am, Np and Sr with detection limits gain as high as 20 times for artificial radionuclides.