L'objectif de ce travail est d'évaluer l'effet de la nature du support et l'effet de promotion sur les propriétés catalytiques des catalyseurs d'HDS à base de Mo. Pour obtenir les systèmes catalytiques adéquats, nous avons appliqué la préparation par " voie acac ", qui consiste à faire réagir le promoteur sous forme de complexe acétylacétonate (de Co, Ni ou Fe) sur le sulfure de molybdène supporté (sur γ-Al2O3, SiO2, TiO2 ou ZrO2). Les différents solides obtenus ont été caractérisés par MET, IR(CO) et SPX notamment pour tenter de quantifier les phases actives, puis ils ont été testés dans les réactions d'HDS du thiophène et du 4,6-DMDBT. L'activité catalytique a pu être corrélée aux résultats de caractérisation par une nouvelle approche qui consiste à calculer l'activité apparente par site NiMoS ou CoMoS. Cette approche montre que la qualité des sites actifs CoMoS et NiMoS est la meilleure sur SiO2 et comparable sur les supports γ-Al2O3, TiO2 et ZrO2. Par la même méthode nous avons préparé de nouveaux catalyseurs de type CoNiMoS supportés, en ajoutant les promoteurs Co et Ni soit simultanément soit successivement au MoS2. Cette étude permet un fort apport expérimental aux études théoriques qui avancent l'hypothèse de différentes affinités du Co et du Ni pour les deux type de bords S-edge et Mo-edge sur γ-Al2O3 et TiO2.

Une des voies privilégiées pour réduire la teneur en soufre dans les essences commerciales est l'hydrodésulfuration sélective (HDS) des essences issues du procédé de FCC. Une essence étant composée d'un mélange de composés soufrés (1000 ppm) et d'oléfines (20-40%pds). Il est important de comprendre leur transformation de manière à améliorer l'HDS tout en minimisant l'hydrogénation (HYD) des oléfines. Par conséquent, la transformation de plusieurs molécules modèles soufrées (2-méthylthiophène, 3-méthylthiophène et le benzothiophène) et oléfiniques (hex-1-ène, 4-méthylpent-1-ène, 3,3-diméthylbut-1-ène et 2,3-diméthylbut-2-ène) a été étudiée dans les conditions opératoires d'HDS. Par une approche expérimentale couplée à de la modélisation cinétique, nous avons établi une échelle de réactivité entre les composés soufrés d'une part et les oléfines d'autre part. Le benzothiophène est le composé le plus réactif, mais aussi celui qui est le plus inhibiteur pour la transformation des autres composés soufrés. Concernant les oléfines, l'hex-1-ène est la plus réactive par rapport aux autres oléfines ramifiées. Lorsque ces composés sont en mélange, on constate des inhibitions mutuelles plus au moins conséquentes selon la structure des composés modèles. Ces effets qui résultent de compétitions à l'adsorption entre les molécules à la surface du catalyseur ont été modélisés et quantifiés (constantes cinétique et d'adsorption) à partir d'un modèle unique en considérant le formalisme de Langmuir-Hinshelwood. / A preferred route to reduce the sulfur content on the commercial gasoline is the selective hydrodesulfurization (HDS) process of FCC gasoline. A typical gasoline is composed by a mixture of sulfur (1000 ppm) and olefins (20-40%wt) compounds. Therefore, it is important to understand their transformation in order to improve the HDS and minimizing the olefin hydrogenation (HYD). Consequently, the transformation of various sulfur (2-methylthiophene, 3-methylthiophene and benzothiophene) and olefins (hex-1-ene, 4-methylpent-1-ene, 3,3-dimethylbut-1-ene and 2,3-dimethylbut-2-ene) has been studied under HDS operating conditions.By experimental and theoretical (kinetic modeling) approaches, a reactivity scale has been established between the sulfur compounds on one hand and olefins compounds on the other hand. The benzothiophene is the most reactive compound. However it is the most inhibitor compound for the transformation of others sulfur compounds. Regarding the olefins, the hex-1-ene is the most reactive compound among the others branched compounds. A mutual inhibition has been observed when those compounds are studied in mixture according with their structures. These effects result from competitive adsorption between the molecules on the catalyst surface. These results could be modeled and quantified (adsorption and kinetic constants) from a unique model considering the Langmuir-Hinshelwood formalism.

Dans ce travail, nous nous sommes tout d’abord intéressés à l’influence du traitement de la mésophase hybride sous ammoniac et des conditions de cristallisation sur les propriétés d’oxydes de titane mésoporeux. Le protocole de synthèse de ces matériaux a été mis au point auparavant au laboratoire à l’aide d’une méthode combinant le mécanisme transcriptif à partir des cristaux liquides du copolymère bloc P123 et la méthode EISA. Une cristallisation sous atmosphère oxydante, augmente le degré de cristallinité et favorise une croissance des particules d’anatase. En conséquence, la photodégradation du méthylorange, utilisé comme molécule modèle est augmentée. Lorsque la cristallisation est réalisée sous azote pur, l’anatase n’est pas favorisée et la photoactivité est alors gouvernée par la surface spécifique des matériaux. Nous avons également montré qu’au cours de la synthèse, l’interaction de NH3 avec le titane amorphe promeut la formation de la structure rutile de TiO2 et défavorise par conséquent la cristallisation sous forme anatase. Par conséquent lorsque le traitement sous ammoniac de la mésophase hybride est prolongé ou lorsqu’ il est réalisé à pression élevée, l’activité photocatalytique des oxydes de titane, obtenus après cristallisation du TiO2 amorphe sous air synthétique, diminue. L’introduction d’un second niveau de mésoporisité permet d’accroitre l’efficacité des photocatalyseurs, car la diffusion et l’accès aux sites actifs des molécules de colorant sont améliorés. Les matériaux à double mésoporisité présentent une activité photocatalytique deux fois et demie supérieure à celle des oxydes de titane mésoporeux monomodaux. Des catalyseurs pour l’hydrodésulfuration des gazoles ont également étés conçus en dispersant la phase active MoS2 à la surface des oxydes de titane mésoporeux mono- et bimodaux. Le dibenzothiophène (DBT) et le 4,6-diméthylbenzodiophène (46DMDBT) ont été utilisées comme molécules modèles. Contrairement au catalyseur conventionnel MoS2/Al2O3, pour lequel l’hydrodésulfuration se produite selon la voie hydrogénante, grâce à la présence de sites acides de Brönsted, les catalyseurs supportés sur TiO2 mésoporeux favorisent la désulfurisation directe du 46DMDBT. Pour terminer, la méthode de synthèse mise au point pour TiO2 a été transposée à l’oxyde de zirconium. Toutefois, dans ce cas seul un arrangement vermiforme des canaux est obtenu. Ce phénomène est probablement lié à la présence du propanol contenu dans la source du précurseur inorganique. L’incorporation d’étain au sein des zircones mésoporeuses a également été réalisée et nous avons mis en évidence que cet élément est favorable à la cristallisation de ZrO2 / In this work, we have first investigated the effect of both the crystallization conditions and of the hybrid mesophase treatment under ammonia atmosphere on the properties of mesoporous TiO2, for which the preparation was developed previously via a method combining Liquid Crystal Templating (LCT) and EISA mechanisms, using P123 as template. The photocatalysis efficiency of the materials crystallized under oxidizing conditions increases with the calcination temperature thanks to the enhancement of crystallinity and the growth of anatase particles. By contrast, when the crystallization is performed under pure nitrogen the anatase is not favored and the photocatalytic activity is governed by the materials’ specific surface area. We have also shown that during the mesoporous TiO2 synthesis, interactions between ammonia and amorphous titania promote the formation of rutile, which is a drawback for the transformation of amorphous titania into anatase. Consequently, when the treatment under ammonia is prolonged or when it is performed at high NH3 pressure, the activity of the photocatalysts recovered after crystallization under synthetic air decreases. The introduction of a second mesoporosity level enhances the degradation rate. In that case the diffusion and the accessibility of the dye molecules to the active sites are favored. Catalysts for gazole hydrodesulfurization have also been designed by dispersing the active MoS2 phase onto the surface of the mono and dual mesoporous titania. The obtained catalysts have been tested for the hydrodesulfurization of dibenzothiophene (DBT) and 4,6-dimethyldibenzothiophene (46DMDBT), used as model molecules. We highlight that thanks to the intrinsic Brönsted acidity, the CoMoS/mesoporous TiO2 catalysts favor the direct desulfurization route of 46DMDBT, in contrary to the conventional CoMoS/alumina catalyst. The synthesis procedure developed for mesoporous TiO2 has also been adapted for the preparation of mesoporous ZrO2. However, only mesoporous materials with a wormhole-like structure have been obtained. This phenomenon is likely due to the presence of propanol contained in the source of the inorganic precursor. We have also incorporated tin into the zirconia framework. The presence of thin favors the crystallization of ZrO2

Les structures organométalliques poreuses (Metal Organic Framework, MOF) sont une nouvelle classe de matériaux, composées d'ions métalliques ou de clusters liés à des ligands organiques ou des complexes organométalliques dans des réseaux cristallins 1D, 2D ou 3D. Au cours de cette thèse la possibilité de construire de nouveaux MOF a été illustrée par le développement de matériaux MOF à base d’imidazolium, précurseur important pour la synthèse de catalyseurs. En outre, ce travail démontre l’utilité de la modification post-synthèse des MOFs par chimie organométallique de surface à visée catalytique : i) un MOF connu, UiO-66, avec des pores relativement petits a été fonctionnalisé avec un groupement amino et ses capacités d'adsorption de gaz ont été étudiées. ii) la synthèse de MOF a structure poreuse, CPO-27, MOF a été optimisée et utilisée comme précurseur pour produire un catalyseur d'hydrodésulfuration après l'introduction d'espèces actives, via la chimie organométallique de surface, dont les performances catalytiques ont été évaluées / Metal organic frameworks (MOF) are a new class of material, which consist of metal ions or clusters coordinated to organic ligands or metal-organic complexes and result in 1D, 2D or 3D crystalline networks. The possibility of constructing new MOF has been exemplified in this thesis by development of imidazolium based MOF, a highly important ligand system in catalysis. Moreover, this work has performed post synthesis modification via surface organometallic chemistry on existing MOF: i) a known MOF, UiO-66, with relatively small pores has been functionalized with amino group and its gas adsorption capacity has been investigated, ii) the syntheses of a 3D open structure MOF, CPO-27, MOFs have been optimized and used as a precursor to produce a hydrodesulfurization catalyst after introducing active species via surface organometallic chemistry approach, whose catalytic performances have been measured

Les catalyseurs hétérogènes sont des matériaux complexes dont les structures peuvent être modifiées en cours de fonctionnement. Une meilleure compréhension des relations entre propriétés catalytiques et propriétés structurales est nécessaire pour répondre à de nouveaux enjeux environnementaux et économiques. Seules les caractérisations in situ résolues dans le temps i.e. dans des conditions réelles, permettent d’apporter ces informations. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la caractérisation operando par spectroscopie d’absorption des rayons X (XAS) résolue dans le temps de deux types de catalyseurs hétérogènes : les catalyseurs Fischer-Tropsch et les catalyseurs d’hydrodésulfuration. Si ces catalyseurs sont connus depuis de nombreuses années, peu de caractérisations sont réalisées in situ ou operando au cours de la réaction.Etant données leurs conditions réactionnelles (haute température et haute pression), la mise en œuvre de ces caractérisations a nécessité tout d’abord la construction des outils nécessaires à la caractérisation in situ de catalyseurs hétérogènes sous haute pression de gaz. Ensuite, nous avons réuni un ensemble cohérent de techniques de caractérisation autour du catalyseur Fischer-Tropsch afin de permettre son étude structurale à différentes échelles : l’ordre local avec le Quick-EXAFS et l’ordre à grande distance avec la diffraction des rayons X. Afin d’observer l’effet de la forme cristalline de la phase active sur les propriétés catalytiques, nous avons pour un même catalyseur, activé selon deux voies d’activation, quantifié son activité au moyen de la spectroscopie Raman et la spectrométrie de masse. D’autre part, la caractérisation simultanée de deux centres métalliques, accessible par le dispositif QEXAFS installé sur la ligne de lumière SAMBA, a permis d’obtenir une description fine des processus d’activation des catalyseurs bimétalliques d’hydrodésulfuration. Notre étude s’est portée, sur la comparaison de catalyseurs de même formulation avec des prétraitements différents (séché/calciné) et de deux catalyseurs promus par des métaux différents : le cobalt et le nickel. / Heterogeneous catalysts are complex material whose structures can change on working conditions. To tackle new environmental and economic issues a better knowledge of the relationship between catalytic and structural properties is needed. Only in situ time resolved characterisations i.e. in real working conditions can provide this information.In this study we worked with operando time-resolved X-ray Absorption Spectroscopy (XAS) on two types of heterogeneous catalysts: Fischer-Tropsch catalysts and hydrodesulfurisation catalysts. If these catalysts have been known for many years, only few characterisations are conducted in situ or operando during the reaction.Given their reaction conditions (high temperature and high pressure), these characterisations involved first the construction of tools for in situ characterisation of heterogeneous catalysts under high pressure of gas. Then we assembled a coherent set of characterisation techniques around the Fischer-Tropsch catalyst to enable the structural study at different scales: the local order with the Quick-EXAFS and long-range order with the X-ray diffraction. To observe the effect on the catalytic properties of the crystalline form of the active phase, we quantified for the same catalyst its activity by Raman spectroscopy and mass spectrometry after activation by two different treatments Besides, simultaneous characterisation of two metal species, accessible by the QEXAFS setup installed on the SAMBA beamline, allowed an accurate description of the activation process of bimetallic catalysts for hydrodesulfurisation. We focused our study on the comparison of catalysts with the same formulation with different pretreatments (dried / calcined) and two catalysts promoted by different metals: cobalt and nickel.

Afin de réduire la teneur en soufre des essences, l’hydrodésulfuration transforme les molécules soufrées en hydrocarbures en présence d’un catalyseur supporté (métaux de transition sulfurés : MoS2) et dopé (Co, Ni). Cette phase active, déposée sur des nanoparticules, présente un nombre plus important de défauts, sites actifs essentiels à la catalyse. Les nanoparticules ont un ratio S/V élevé, une grande réactivité de surface avec une juste utilisation des quantités de métaux. L’objectif de ce projet de thèse est de synthétiser des catalyseurs nanométriques de type coeur@coquille possédant une meilleure activité catalytique qu’un simple mélange mécanique de deux métaux sulfurés. Le coeur est composé de Fe3O4 ou de nanodiamants et la coquille de MoS2, NiMoS, CoMoS ou NiCoMoS, supporté sur du TiO2 ou de la γ-Al2O3. Une réaction modèle (HDS du thiophène) a été utilisée afin d’évaluer l’activité catalytique et d’optimiser la structure du catalyseur. L’étude portera sur les paramètres de synthèse et l’effet de la taille du coeur, la synthèse utilisée, les interactions entre le coeur et la coquille, le support, la (co)– promotion (Ni/Co) et l’activation par la température. / In hydrodesulfurization of fossil fuels, the sulfur levels are reduced by sulfur extraction from hydrocarbons by using supported catalysts (MoS2), doped (Co, Ni). Ultra-deep hydrodesulfurization will be achieved by improving new catalysts. Nanoparticles are a promising candidate with their high S/V ratio and permit to use the precise amount of metallic sulphide. The aim of this thesis is the synthesis of core@shell nanometric catalyst with improved activities. Core composed of Fe3O4 or nanodiamonds will be surrounded by a shell formed of MoS2, NiMoS, CoMoS or NiCoMoS, supported on TiO2, γ-Al2O3. Model reaction (thiophene) has allowed to compare conversion rates between each catalyst. Additionally, characterizations have provided a better understanding of the HDS catalyst structure and performances. Some factors have been investigated such as the size of the core, theinteractions between the core and the shell, the type of synthesis, the support chosen, the synergetic effect with doping ions and also the activation of the catalyst at low temperature.

Les catalyseurs hétérogènes sont des matériaux complexes dont les structures peuvent être modifiées en cours de fonctionnement. Une meilleure compréhension des relations entre propriétés catalytiques et propriétés structurales est nécessaire pour répondre à de nouveaux enjeux environnementaux et économiques. Seules les caractérisations in situ résolues dans le temps i.e. dans des conditions réelles, permettent d'apporter ces informations. Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la caractérisation operando par spectroscopie d'absorption des rayons X (XAS) résolue dans le temps de deux types de catalyseurs hétérogènes : les catalyseurs Fischer-Tropsch et les catalyseurs d'hydrodésulfuration. Si ces catalyseurs sont connus depuis de nombreuses années, peu de caractérisations sont réalisées in situ ou operando au cours de la réaction.Etant données leurs conditions réactionnelles (haute température et haute pression), la mise en œuvre de ces caractérisations a nécessité tout d'abord la construction des outils nécessaires à la caractérisation in situ de catalyseurs hétérogènes sous haute pression de gaz. Ensuite, nous avons réuni un ensemble cohérent de techniques de caractérisation autour du catalyseur Fischer-Tropsch afin de permettre son étude structurale à différentes échelles : l'ordre local avec le Quick-EXAFS et l'ordre à grande distance avec la diffraction des rayons X. Afin d'observer l'effet de la forme cristalline de la phase active sur les propriétés catalytiques, nous avons pour un même catalyseur, activé selon deux voies d'activation, quantifié son activité au moyen de la spectroscopie Raman et la spectrométrie de masse. D'autre part, la caractérisation simultanée de deux centres métalliques, accessible par le dispositif QEXAFS installé sur la ligne de lumière SAMBA, a permis d'obtenir une description fine des processus d'activation des catalyseurs bimétalliques d'hydrodésulfuration. Notre étude s'est portée, sur la comparaison de catalyseurs de même formulation avec des prétraitements différents (séché/calciné) et de deux catalyseurs promus par des métaux différents : le cobalt et le nickel.

L’objet de ce travail de thèse porte sur la synthèse originale en milieu fluide supercritique (FSC) de précurseurs « bulk » de catalyseurs d’hydrodésulfuration (HDS) à haute surface spécifique (SBET), destinés à l’HDS de composés soufrés réfractaires tels que le 4,6 diméthyldibenzothiophène (4,6¬ DMDBT). Ce projet a été réalisé en collaboration entre l'Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB-CNRS) et l'Instituto de Tecnología Química de Valencia (ITQ-CSIC) dans le cadre du réseau européen d’excellence Functional Advanced Materials and Engineering of Hybrids and Ceramics (FAMEnoe). Les études à l’ICMCB se sont portées sur l’optimisation des paramètres de synthèse en milieu FSC de NixCo1-xMoO4 (0 ≤ x ≤ 1) (précurseurs métalliques, solvant, température, pression). Des poudres de précurseurs « bulk » majoritairement composées de la phase hydratée (NiMoO4.0,75H2O) - phase la plus active en HDS - de composition contrôlée et pouvant atteindre près de 200 m2.g-1 ont été obtenues et caractérisées.Les propriétés catalytiques de ces précurseurs « bulk » après sulfuration ont ensuite été testées à l’ITQ sur la réaction de Deep-HDS d’un mélange modèle et d’une fraction pétrolière réelle. L’étude souligne plus particulièrement leurs meilleures capacités d’hydrogénation et de catalyse de l’HDS du 4,6 DMDBT que le catalyseur commercial utilisé comme référence dans ces travaux. / This work deals with an original synthesis using supercritical fluids (SCF) of “bulk” catalyst precursors of hydrodesulfurization (HDS) with high specific surface area (SBET) and dedicated to the HDS of refractive sulfur compounds such as 4,6 dimethyldibenzothiophene (4,6-DMDBT). This work was performed in collaboration between the Institut de Chimie de la Matière Condensée de Bordeaux (ICMCB-CNRS) and the Instituto de Tecnología Química de Valencia (ITQ-CSIC) within the Functional Advanced Materials and Engineering of Hybrids and Ceramics network of excellence (FAMEnoe).Studies performed at the ICMCB consisted in optimizing the parameters of the synthesis in SCF of NixCo1-xMoO4 (0 ≤ x ≤ 1) (metallic precursors, solvent, temperature, pressure). Powders of “bulk” precursors mainly consisting of the hydrated phase (NiMoO4.0,75H2O) - the most active phase in HDS - with controlled composition and SBET up to 200 m2.g-1 were obtained and characterized.The catalytic properties of those “bulk” precursors after sulfidation were then tested at the ITQ for the reaction of Deep-HDS of a model feedstock and a real feedstock. The experiments highlighted their better hydrogenation capacity and efficiency in catalyzing the HDS of 4,6 DMDBT than the commercial catalyst used as a reference in this work.

Les  catalyseurs impliqués dans le procédé d’hydrodésulfurisation des essences (HDS) reposent sur l’utilisation principale d’une phase active MoS2 promue par du cobalt et supportée sur alumine. L’enjeu de cette thèse est de faire le lien entre les propriétés spécifiques propres du catalyseur et ses performances catalytiques. Trois paramètres ont été étudiés afin de tenter de comprendre l’origine de leurs propriétés catalytiques : la nature du support (γ-Al2O3, δθ-Al2O3, SiO2), la densité surfacique en molybdène et le ratio cobalt/molybdène. L’activité HDS et la sélectivité ont été mesurées en réalisant des tests catalytiques sous haute pression en présence de molécules modèles. En parallèle, la phase CoMoS a été caractérisée  par XPS et HRTEM pour déterminer sa spéciation et sa structure (taille de feuillet et empilement). De plus, ces deux techniques combinées aux calculs quantiques ab initio ont permis de développer un modèle morphologique 2D d’un feuillet de phase CoMoS en dénombrant la nature (Co ou Mo) des atomes localisés aux bords du feuillet. Pour les supports étudiés, une corrélation entre l’activité HDS et le nombre d’atomes de cobalt aux bords du feuillet CoMoS a été établie. Ceci a été possible en considérant aussi l’empilement, paramètre pertinent. Ensuite, les analyses en HRSTEM réalisées sur les catalyseurs CoMoS sur γ et δ-Al2O3 ont révélé l’effet des facettes de l’alumine d d’une part, et le possible effet des arrêtes et coins de γ-Al2O3 d’autre part, sur la taille des feuillets CoMoS.Une étude spectroscopique FTIR de l’adsorption de la molécule sonde NO combinée à des calculs ab initio, a permis de mettre en évidence la nature des sites actifs de la phase CoMoS en fonction du support étudié. Les résultats spectroscopiques obtenus en présence du catalyseur supporté sur silice se sont révélées en adéquation avec la faible activité HDS observée.Une unité a également été conçue dans le but d’étudier ces catalyseurs par GC-DRIFT and GC-ATR in situ. La mise en contact de réactifs modèles en présence de la phase CoMoS et de son support dans des conditions de réaction d’HDS a alors pu être réalisée pour la première fois. Lors de l’adsorption et désorption du 3-methylthiophene (non réversible et réversible) sur les catalyseurs supportés sur γ-Al2O3 et SiO2, une réactivité particulière en présence de 3MT a été observée selon le support et la présence de la phase CoMoS. En présence d’H2, de nouveaux modes  vibrationnels liés à l’adsorption et/ou à la réactivité du 3MT ont été mis en évidence. / Catalysts used in the selective gasoline hydrodesulphurization (HDS) process are mainly cobalt promoted MoS2 active phase (CoMoS) supported on alumina. The aim of this work is to explore correlation between specific features of those HDS catalysts and their catalytic performances. Three parameters are studied to understand the catalytic performances of HDS catalysts: the nature of the support (γ-Al2O3, δθ-Al2O3, SiO2), the molybdenum surface density and the cobalt/molybdenum ratio. HDS activity and selectivity are measured by performing high pressure catalytic tests on model molecules. In parallel, characterizations of the CoMoS phase were performed by XPS and HRTEM analysis to determine the chemical speciation and structure (size and stacking) of the active phase. Additionally, these techniques are combined with previous ab initio quantum calculations to develop a 2D morphology model of the CoMoS slab by considering the location of cobalt atoms at the edges of the slab. For the three supports, a correlation is found between the HDS activity and the number of Co atoms at the slab edges. The normalization by stacking appears to be necessary to obtain this correlation. Moreover, HRSTEM analysis on CoMoS on δθ-Al2O3 and γ-Al2O3 reveals the impact of the facets of dq-alumina crystallites and the possible role of corner and edges of g-Al2O3 crystallites on the size of the CoMoS slabs. The FTIR spectroscopic study of the adsorption of the NO probe molecule combined with ab initio calculations enables the identification of the nature of the active sites of the CoMoS phase as a function of the support. The spectroscopic features revealed for the silica supported catalyst are in line with its lower HDS activity. Simultaneously, an innovative experimental set up for in situ GC-DRIFT and GC-ATR analysis has been built on-purpose for studying the catalysts. It allows the investigation of the interactions of model reactants contacting the CoMoS phase and its supports close to HDS reaction conditions. This technique shows distinct behaviors of the adsorption and desorption process (non-reversible and reversible) of 3-methylthiophene (3MT) on γ-Al2O3 and SiO2 supported catalysts due to specific surface reactivity towards 3MT depending on the support and the presence of the CoMoS phase. Moreover, the presence of H2 modified the vibrational adsorption modes of 3MT linked to its adsorption and/or reactivity.

Cette thèse s'inscrit dans le domaine de la catalyse hétérogène pour des applications en raffinage et enpétrochimie. Comme objet d'étude, nous avons ciblé les catalyseurs d'hydrotraitement qui permettentd'éliminer les impuretés contenues dans le pétrole comme le soufre. Ces catalyseurs d'hydrotraitementsont constitués de sulfures de molybdène supportés sur alumine et généralement promus par du nickelou du cobalt.L'enjeu de la thèse porte sur la compréhension des phénomènes mis en jeu au cours de la sulfuration etde la stabilisation (cokage, passivation, évolution de la phase sulfure) des catalyseurs pour la réactiond'hydrodésulfuration des gazoles visant à réduire sa teneur en soufre. Néanmoins, à l'heure actuelleaucune technique ne permet de caractériser le catalyseur lors de la sulfuration en phase liquide (avecou sans DMDS) et du test dans les conditions de température et de pression industrielles.La présente thèse vise le développement d'une « caractérisation operando » de ce type de réaction ens'appuyant sur la spectroscopie Raman, une des seules technique de laboratoire permettant d'effectuerdes analyses avec les contraintes précédemment citées. Une unité, composée d'un réacteur cylindriquetransparent, a donc été conçue et mise au point pour suivre par spectroscopie Raman les phases solideet liquide au cours de la sulfuration et de la réaction d'HDS. Parallèlement, une méthodologie decaractérisation et de focalisation a été développée. Ce montage et cette méthodologie ont permisd'accéder pour la première fois à des profils spatiaux et temporels sur la phase solide dans lesconditions d'activation et de réaction d'hydrotraitement des gazoles en condition d'hydrodésulfuration(30 bar, 350 °C).Malgré un signal de fluorescence probablement liée à la décomposition radicalaire du précurseur desoufre (DMDS) entre 200 et 260°C, il a été possible de suivre au cours du temps à des positions fixesla disparition de la phase oxyde, l'évolution de la phase sulfure et du coke . Ces résultats ontnotamment permis d'étudier l'impact de la charge sur la cinétique de sulfuration .Le suivi spatial, lelong du réacteur par exemple, s'avère plus délicat et nécessitera de développer des méthodes pourcompenser les variations d'intensité du signal Raman induites par le positionnement aléatoire desgrains ainsi que l'écoulement. Concernant la phase liquide, une approche multivariée utilisant desoutils chimiométriques a été appliquée afin de relier l'émission de fluorescence intrinsèque à denombreux diesels à certaines de leurs propriétés (teneur en soufre et en aromatiques, densité…). Lesmodèles ont été développés à partir de spectres acquis à température ambiante et à pressionatmosphérique, mais leurs performances satisfaisantes encouragent à étendre l'approche auxconditions réactionnelles d'HDS qui reste une perspective de ce travail / This thesis is in the field of heterogeneous catalysis for the applications in refining and petrochemistry. As an aim of this study, we have focused on the hydrotreatment catalysts that are applied to remove some of the impurities from crude oils, like sulfur. Such hydrotreatment catalysts consist of alumina supported molybdenum sulfides, being generally promoted by nickel or cobalt.The aim of this work have consisted on the understanding of the phenomena occurring during the stabilization phase (coking, passivation, evolution of the sulfide phase) during the catalysts sulfidation and under the reaction of hydrodesulfurization, HDS, aiming to reduce the diesels sulfur content. A better understanding of these phenomena would ease the development of new generations of more efficient catalysts. This thesis aims at extending the operando characterization methods to allow a spatial and temporal follow-up of liquid and catalyst during this type of reactions. A unit was designed and built to follow the solid and liquid phases during the catalysts sulfidation and under HDS reaction. The operando follow-up was done using Raman spectroscopy through a cylindrical transparent reactor. In parallel, a methodology has been developed to focus and acquire good quality spectra through the reactor..With these reactor and methodology , we were able to access for the first time to time-space resolved profiles of the solid phase during the sulfidation and the diesel hydrodesulfurization (under 350 °C and 30 bar). Temporal profiles concerns the oxide phase disappearance, sulfide phase growth and coke formation. Spatial profiles are more challenging and will require a methodology more robust to signal changes induced by the random position of pellets and flow pattern. With respect to the liquid phase, a multivariate approach based on chemometrics has gave properties of diesels at room temperature and atmospheric pressure. The good results are encouraging enough to propose to extend the approach to HDS conditions that constitutes one of the perspectives of the work