Dans cette étude de doctorat, la technique de dépôt tridimensionnel de fibres (3DFD) a été appliquée pour développer et fabriquer des structures de support catalytique multi-canaux avancées. En utilisant cette technique, le matériau, la porosité, la forme et la taille des canaux et l'épaisseur des fibres peuvent être contrôlées. L'objectif de cette recherche est d'étudier les performances des supports structurés 3D conçus pour la méthanation du CO2 en termes d'activité, de sélectivité de stabilité et d’étudier l'impact des propriétés spécifiques introduites dans la conception structurale des supports. / In this doctoral study, the three dimensional fibre deposition (3DFD) technique has been applied to develop and manufacture advanced multi-channelled catalytic support structures. By using this technique, the material, the porosity, the shape and size of the channels and the thickness of the fibres can be controlled. The aim of this research is to investigate the possible benefits of 3D-designed structured supports for CO2 methanation in terms of activity, selectivity and stability and the impact of specific properties introduced in the structural design of the supports.

L’hydrogénation du CO2 par voie catalytique hétérogène représente une stratégie pertinente pour atténuer les émissions. Cette thèse a pour but de contribuer à la compréhension des facteurs physico-chimiques qui déterminent l’activité de catalyseurs Ru/TiO2 en conditions douces (= 200 °C, 1 atm). Des nanoparticules de RuO2 de 2 nm sont utilisées comme précurseurs de la phase active de Ru métallique. Ces nanoparticules calibrées sont combinées avec plusieurs supports de TiO2 présentant diverses cristallinités, textures, stabilité et compositions, dans le but de comprendre les paramètres qui dictent l’activité des catalyseurs Ru/TiO2. Les interactions spécifiques entre le support de TiO2 et les nanoparticules de RuO2 sont mises en évidence via différentes techniques avancées incluant la tomographie et la microscopie électronique en transmission environnementale à pression atmosphérique. Il apparait que le paramètre clé conférant une activité catalytique élevée est la stabilisation épitaxiale de RuO2 sur le TiO2 rutile lors de l’étape d’activation qui précède la réduction vers la forme Ru métallique. / The hydrogenation of CO2 performed through heterogeneous catalysis is a pertinent strategy for mitigating CO2 emissions. This thesis aims to contribute to the understanding of the physico-chemical factors related to the catalytic performance of Ru/TiO2 catalysts at mild conditions (= 200 °C, 1 atm). Pre-synthesized 2 nm-RuO2 nanoparticles (NPs) are used to serve as precursors for active metallic Ru. These calibrated NPs are coupled with various tailor made TiO2 supports with different crystallinity, textural properties, stability and composition to understand parameters that dictate the activity of Ru/TiO2 catalysts. The specific RuO2-TiO2 interactions and RuO2 NPs migration phenomenon are demonstrated using various techniques including the state-of-the-art tomography and environmental transmission electron microscopy at atmospheric pressure. The important parameter for the better catalytic performance is found to be the epitaxial stabilization of RuO2 on rutile TiO2 prior to the formation of active Ru phase.