Th. 3e cycle--Chim. moléculaire--Grenoble 1, 1980. N°: 30.

La mitigation du risque hydrogène encouru lors du transport de déchets radiolysables est une problématique majeure dans le domaine du nucléaire. Les getters métalliques réagissent spontanément avec l'hydrogène gazeux pour le piéger sous forme solide avec des capacités volumiques et des cinétiques de réaction élevées dans les conditions de température et de pression de l'application. Cette réaction implique cependant une étape de dissociation de l'hydrogène en surface qui peut être fortement affectée par la présence de molécules de gaz inhibiteurs tels que l'azote ou le monoxyde de carbone. Aussi, un système original de couplage entre un hydrure métallique et une membrane permsélective à l'hydrogène a été proposé dans ce travail afin d'éviter la contamination de la surface de l'alliage et d'optimiser le piégeage de l'hydrogène en présence de mélanges de gaz. Des alliages de zirconium des systèmes Zr-Fe et Zr-Ti-V, connus pour leur relative tolérance aux gaz contaminants, ont été synthétisés dans un four à induction haute fréquence par cofusion d'éléments purs. L'analyse structurale et chimique des échantillons a été réalisée par diffraction des rayons-X et microsonde de Casgtaing. L'hydrogénation par la méthode de Sievert en présence de différents mélanges de gaz a confirmé l'influence néfaste du monoxyde de carbone sur les cinétiques et les capacités d'absorption des hydrures.Parallèlement, des membranes de silice microporeuse et de polyimide dense ont été élaborées. Leurs propriétés de perméation et de sélectivité à l'hydrogène ont été caractérisées dans les conditions de température et de pression correspondant à l'application. L'enrobage d'un alliage hydrurable dans une membrane permsélective à l'hydrogène a été proposé. L'intérêt de ce couplage sur les cinétiques d'absorption de l'hydrogène en présence de CO a été démontré / Mitigation of the hydrogen risk generated by radiolysis during nuclear waste transportation is a major safety concern in the nuclear industry. Intermetallic compounds act as getters to trap hydrogen in solid state spontaneously in wide ranges of temperatures and pressures including waste transport conditions. The hydrogenation reaction proceeds through a dissociation step at the metal surface and the presence of inhibiting gas molecules such as nitrogen or carbon monoxide can strongly affect the gettering performances of the material. Therefore, an innovative system has been proposed in this work to protect alloy surfaces and optimize hydrogen gettering in the presence of gas mixtures using a hydrogen permselective membrane. Structure and chemical composition of zirconium alloys from the Zr-Fe and Zr-Ti-V systems, known to be relatively tolerant to contaminants gas, have been investigated using X-ray diffraction and electron microprobe analysis. The hydrogen sorption properties have been studied and confirmed the hindering effects of carbon monoxide on the kinetics and the absorption capacity of those hydrides. Meanwhile, microporous silica membranes and dense polyimide have been developed. Their permeation and selectivity properties to hydrogen have been characterized in temperature and pressure conditions close to the foreseen application. Embedded hydrides into a permselective polymeric matrix were finally proposed. This coupling showed benefits on the absorption kinetics in the presence of CO

Dans le cadre de la recherche de composés intermétalliques hydrurables pour l'application aux batteries nickel-hydrure, des phases de stoechiométrie AB2 appelées phases de Laves sont étudiées.<br /><br /> ZrCr2, par exemple, possède une grande capacité de stockage de l'hydrogène mais une pression d'équilibre de formation de l'hydrure trop faible pour l'application. De plus, le milieu électrolytique (potasse concentrée) provoque une passivation du matériau bloquant les mécanismes électrochimiques.<br /><br /> L'étude porte d'une part sur l'adaptation des propriétés thermodynamiques d'hydrogénation à l'application électrochimique du composé ZrCr2 par substitution du chrome par le nickel et d'autre part sur la modification des propriétés de surface de la phase par précipitation de phases secondaires en équilibre avec la phase de Laves.<br /><br /> Pour cela, le diagramme d'équilibre Zr-Ni-Cr a été déterminé à 1000°C dans la région ZrCr2-ZrNi-Ni-Cr et a mis en évidence la très large solubilité du nickel dans les phases de Laves de type C14 et C15 ainsi que les équilibres de ces phases avec trois phases du système binaire Zr-Ni. La connaissance de ce diagramme a permis la synthèse d'alliages biphasés où la phase de Laves de composition constante est en équilibre avec un taux variable de phases secondaires.<br /><br /> L'étude des propriétés d'hydrogénation des phases de Laves montre la possibilité d'adapter la pression d'équilibre de leurs hydrures à l'application électrochimique tout en conservant une grande capacité d'hydrogénation. Les propriétés d'hydrogénation des phases secondaires ont par ailleurs été caractérisées.<br /><br /> Enfin, la précipitation des phases secondaires en proportion croissante dans une matrice de phase de Laves à composition constante apporte une amélioration très substantielle des capacités électrochimiques. Un tel effet est interprété par la modification de la nature de la surface en contact avec l'électrolyte et par le transfert de l'hydrogène de l'électrolyte vers la phase de Laves à travers la phase secondaire quand elle est présente.

Cette thèse porte sur les phénomènes inhérents au couplage d'un système de stockage d'hydrogène à base d'hydrures métalliques et d'une pile à combustible (PàC). Le but est de développer une loi de gestion optimale des flux (électriques, fluidiques, thermiques).Une étude poussée a été réalisée sur les différents moyens de production de l'hydrogène ainsi que les différentes méthodes de son stockage. Une large place est donnée à la caractérisation des hydrures au sein du réservoir. Ce travail a permis le développement d'une nouvelle méthode de caractérisation pour des réservoirs à hydrure. Cette dernière et a été mise en œuvre expérimentalement avec des processus de charges et de décharges effectués sur trois réservoirs contenant des hydrures différents. Compte tenu de la confidentialité du fabriquant, plusieurs données n'étaient pas accessibles expérimentalement. Ainsi, un modèle numérique du réservoir à hydrure a été réalisé dans l'environnement Comsol multiphysics. Dans une volonté de modéliser le couplage thermique entre la PàC et le réservoir à hydrure, un modèle 0D dans l'environnement Matlab Simulink d'un système comportant une pile à combustible, un réservoir à hydrure et un échangeur de chaleur a été réalisé. Ces développements ont abouti à la proposition et l'étude de deux topologies pour la gestion des échanges thermiques entre la PàC et le réservoir à hydrure de type AB : topologie série et topologie parallèle. Dans la topologie série le même fluide caloporteur circule dans le réservoir et dans la PàC ce qui veut dire que les deux composants ont les mêmes températures de fonctionnement. Ceci peut causer des difficultés d'opération de la PàC qui nécessite généralement des températures de fonctionnement plus élevées que celles du réservoir. La topologie parallèle, apporte la solution à ce problème en offrant la possibilité de deux températures distinctes de fonctionnement pour la PàC et le réservoir. / This thesis deals with the phenomena inherent in the coupling of a hydrogen storage system based on metal hydrides and a fuel cell. The aim is to develop an optimal flow management law (electrical, fluidic, thermal).A detailed study was carried out on the various means of hydrogen production and the different methods of its storage. A large place is given to the characterization of the hydrides within the reservoir. This work allowed the development of a new characterization method for hydride tanks. The latter was experimentally carried out with charge and discharge processes carried out on three reservoirs containing different hydrides. Given the manufacturer's confidentiality, several data were not accessible experimentally. Thus, a numerical model of the hydride tank was carried out in the multiphysics Comsol environment. In order to model the thermal coupling between the fuel cell and the hydride tank, an OD model in the Matlab Simulink environment of a fuel cell, hydride tank and heat exchanger system was realized. These developments resulted in the proposal and study of two topologies for the management of heat exchanges between the fuel cell and the type AB hydride tank: series topology and parallel topology. In the series topology, the same heat transfer fluid circulates in the reservoir and in the fuel cell, which means that the two components have the same operating temperatures. This can cause difficulties in the operation of the POC which generally requires higher operating temperatures than those of the tank. The parallel topology provides the solution to this problem by offering the possibility of two distinct operating temperatures for the PàC and the tank.

Thèse de doctorat : Chimie et sciences des matériaux : Paris Est : 2008. / Titre provenant de l'écran-titre.

Les hydrures de bore et d'aluminium sont très utilisés en chimie organique permettant des réductions hautement chimiosélectives de substrats polyfonctionnels complexes. Les systèmes réducteurs développés jusqu'à nos jours restent incapables d'égaler certaines de ces chimiosélectivités à des coûts compétitifs. L'utilisation des hydrures de bore et d'aluminium pose des problèmes de sécurité, d'environnement et de santé. Leurs réactions génèrent une quantité importante de déchets potentiellement toxiques. Le développement d'alternatives aux hydrures de bore et d'aluminium est donc un enjeu environnemental et économique. Les travaux de cette thèse répondent à cette demande en étudiant l'emploi de dérivés d'hypophosphite et d'hydrure de calcium et de magnésium pour la réduction de fonctions organiques. Ces donneurs d'hydrogènes sont stables à l'air, faciles à manipuler, peu réactifs, peu onéreux et sont composés d'éléments abondants et non toxiques. La réduction de cétones en alcools par l'hypophosphite de sodium a été développée en milieu biphasique en présence de palladium sur charbon ou de complexes de ruthénium homogènes. La réaction avec le palladium sur charbon conduit à un mélange d'alcool et d'alcane. L'optimisation des conditions réactionnelles a permis l'obtention sélective de l'alcool. Une réduction énantiosélective a été développée utilisant RuCl(pcymène)- Ts-DPEN comme catalyseur. Les hydrures de magnésium et de calcium commerciaux ont été activés par broyage mécanique et testés en réduction de l'acétophénone. L'hydrure de calcium a été appliqué à la réaction d'amination et d'alkylation réductrice en présence d'un catalyseur de platine ou de palladium supporté / Boron and aluminum hydrides are widely used in organic chemistry allowing the highly chemoselective reduction of complex multifunctional substrates. Other reducing systems developed until now are unable to equal some of these chemoselectivities with competitive costs. The use of boron and aluminum hydrides raises safety, environmental and health concerns. These reactions produce an important quantity of waste which is potentially toxic. The development of alternatives to boron and aluminum hydrides is thus an environmental and economical issue. This PhD work meets these demands by studying the use of hypophosphite derivatives, calcium and magnesium hydride in the reduction of organic functions. These hydrogen donors are stable to air, easy to handle, poorly reactive, inexpensive and are composed of abundant and non-toxic elements. The reduction of ketones to alcohols by sodium hypophosphite was developed in biphasic media in the presence of palladium on carbon or homogeneous ruthenium complexes. The reaction with palladium on carbon led to a mixture of alcohol and alkane. After optimization of the reaction conditions, alcohols were formed selectively. An enantioselective reduction was developed as well using RuCl(p-cymene)-Ts-DPEN as catalyst. Commercial magnesium and calcium hydride have been activated by ball milling and have been tested in the reduction of acetophenone. Calcium hydride has been applied to the reductive amination and alkylation in the presence of catalytic amount of supported platinum or palladium

La synthèse d'alcynes en utilisant des isoxazolones comme précurseurs a été une méthode développée dans notre laboratoire dans ler dernières années. Nous avons appliqué cette méthodologie pour la synthèse de 3-alkynylamides et leur utilisation pour générer des dihydropyrrolones. Nous avons aussi développé de nouvelles réactions catalysées pour complexes d'or(I): la synthèse de 4-oxazol-2-ones à partir de Boc-ynamides, une séquence de transfert 1,5 d'hydrure et cyclisation pour former des éther cycliques et la formation de dérivés de cinnolines. Nous avons aussi développé un étude mecanistique concernant l'effet de deux contre-ions usuellement utilisés dans la cycloisomérization de 1,6-enynes catalysée à l'or: le NTf2 et SbF6. L'influence de groupes loin de la partie alcène a aussi été remarquée et étudiée en plus grand détail. Également, une première investigation vers l'identification d'un catalyseur permettant l'accès à des cycles à 6-chaînons a été réalisée (Ce qui est le résultat moins souvent observé pour ce type de réaction, où le cycle à 5-chaînons est généralement obtenu).

Dans une première partie, de nouveaux hydrures ternaires ont été préparés et caractérisés. Les systèmes étudiés sont AH-MH₂ (A = K, Rb, Cs et M = Mg, Ca). Dans les systèmes AH-MgH₂ l'évolution structurale a été discutée en fonction du caractère iono-covalent de la liaison magnésium-hydrogène. Dans une deuxième partie, plusieurs nouveaux fluorohydrures ont été mis en évidence. L'effet de la substitution de l'hydrogène au fluor dans ces phases a été étudiée en utilisant la RMN, la spectroscopie Mössbauer, la conductivité ionique et les mesures magnétiques.

Dans ce travail on a étudié l’insertion d’éléments légers dans des intermétalliques TRMX(TR = Terre-Rare, M = métal de transition, X = Si ou Ge) qui cristallisent dans le type structural CeScSi.Cette structure contient deux types de sites interstitiels dans lesquels il est possible d’insérer deséléments légers : un site tétraédrique TR4 et un site octaédrique TR2M4.Pour tous les composés étudiés au cours de ce travail (GdScGe, NdScSi, CeTiGe,...) on a observésystématiquement une insertion des atomes d’hydrogène dans les sites tétraédriques TR4. Danscertains cas les atomes d’hydrogène occupent également les sites octaédriques TR2M4. Ceci aconduit à l’obtention de deux type d’hydrures : TRMXH et TRMXH1,5 pour lesquels on observe unetrès forte diminution de l’ordre magnétique et des changements significatifs des propriétés deconduction électrique par rapport aux phases initiales.L’insertion de carbone par fusion des éléments à l’aide d’une procédure en plusieurs étapes permetd’obtenir des phases TRScSiCx avec un taux de carbone variable (0 ≤ x ≤ 0,5) qui correspond à unremplissage plus ou moins partiel du site octaédrique TR2M4. Cette insertion de carbone induitégalement une diminution des températures d’ordre magnétique (de Curie et de Néelrespectivement pour NdScSi et CeScSi).Dans une deuxième étape on a montré qu’il est possible d’insérer partiellement de l’hydrogène dansles sites TR4 laissés vacants. Des changements de type d’ordre magnétique ont été observéscontrairement aux hydrures et carbures précédents. Des études systématiques de diffractionneutronique ont permis de déterminer les structures magnétiques à basse température de la plupartde ces nouvelles phases d’insertion. / Rare earth based intermetallics RTX (R = rare earth, T = transition metal, X = Si, Ge)crystallising in the layered CeScSi structure type contain vacant interstitial sites that can be filled bylight elements to modify the initial physical properties. Hydrogenation studies on CeScSi-typecompounds show that hydrogen atoms are inserted in the tetrahedral (R4) sites and sometimes inthe octahedral (R2Sc4) sites. This causes an anisotropic expansion of the unit cell with a decreasingand c strongly increasing. It also drastically lowers the magnetic ordering temperatures of the parentmaterials and changes their resistivity behaviour.We developed a multi-step process to synthesise intermetallic carbides (RTXCX) with controllable Ccontent. Neutron diffraction shows that C occupies only the R2Sc4 sites of the RScSi compounds (R =La-Nd and Gd) causing the increase of the a cell parameter and the decrease of the c one. We obtainRScSiCX solid solutions with 0.0 ≤ x ≤ 0.5 for R = Ce and 0.25 <̰ x ≤ 0.5 for R = Nd. Carburation reducesthe Curie and Néel temperature of the NdScSi and CeScSi pristine phases, respectively.As the R4 tetrahedra are empty in the RScSiCX carbides, we have succeeded in hydrogenating thesematerials (R = Ce and Nd). However, due to the antagonistic structural distortion induced by C and Hinsertion respectively, only around 15 % of the R4 sites could be filled for a final composition ofRScSiC0.5H~0.15. It also changes the type of magnetic behaviour from a ferromagnetic order to anantiferromagnetic order in NdScSiC0.5.Neutron diffraction experiments have been performed to determine the magnetic structures ofthese new insertion compounds.

Les batteries lithium-ion sont aujourd’hui très utilisées pour alimenter l’électronique portable telle que les ordinateurs, les smartphones et les caméras. Cependant, de nouvelles applications telles que les véhicules électriques et les systèmes stationnaires de stockage d'énergie nécessitent des batteries à performances améliorées. En particulier, de nouveaux matériaux d'électrode avec des densités d'énergie plus élevées sont requis. Les hydrures de MgH2 et TiH2 et leurs mélanges possèdent de très fortes capacités électrochimiques (>1 Ah/g). Ils ont été étudiés comme matériaux d’électrode négative dans les batteries Li-ion. La réaction de conversion de ces hydrures avec du lithium et les changements structuraux induits ont été étudiés en détails pour mieux comprendre les mécanismes réactionnels et leur réversibilité. Les propriétés électrochimiques de couches minces de MgH2 et des poudres composites de MgH2+TiH2 ont été étudiées en utilisant à la fois des électrolytes organiques liquides et un électrolyte solide LiBH4. La capacité réversible et la tenue au cyclage dépendent fortement du rapport molaire entre les deux hydrures et des conditions de cyclage. Le transport de masse et la densité d’interfaces à l'intérieur de l'électrode sont identifiés comme les principaux facteurs affectant la réversibilité de la réaction de conversion / Today, lithium-ion batteries are widely used as power supplies in portable electronics such as laptops, smartphones and cameras. However, new applications such as full electric vehicles and energy storage stationary systems require enhanced battery performances. In particular, novel electrode materials with higher energy density are needed.MgH2 and TiH2 hydrides and mixtures of them have high electrochemical capacity (> 1 Ah/g). They have been studied as negative electrode materials in Li-ion batteries. The conversion reaction of lithium with these hydrides and the related microstructural changes have been deeply investigated to gain a better understanding of reaction mechanisms and their reversibility. The electrochemical properties of MgH2 thin films and MgH2+TiH2 composite powders have been evaluated using both liquid organic and solid (LiBH4) electrolytes. Reversible capacity and cycle-life are found to strongly depend on both molar ratio between the hydrides and cycling conditions. Mass transport and density of interfaces within the electrode are identified as the main factors affecting the reversibility of the conversion reaction