Deux types de catalyseurs à base d'oxyde de molybdène ou de vanadium supporté sur silice, actuellement les plus performants en oxydation sélective du méthane en formaldéhyde, ont été étudiés et développés dans l'optique d'une application industrielle. Une évaluation économique a permis de déterminer les performances catalytiques à atteindre pour que ce procédé de conversion directe devienne économiquement attractif par rapport au procédé industriel actuel de production du formaldéhyde en trois étapes. <br />Les catalyseurs ont été préparés et testés. Plusieurs voies d'amélioration de leurs performances catalytiques ont été étudiées. Différentes techniques (TRP, RPE, spectroscopies Raman, IR, XANES ...) et une étude spectroscopique en conditions operando ont été mises en œuvre pour caractériser la structure du catalyseur et la nature des sites catalytiques. Un mécanisme réactionnel a été proposé pour le catalyseur VOx/SiO2, faisant intervenir des espèces vanadium avec une activation du méthane sur des ions O- résultant d'un transfert électronique avec le vanadium.

Cette thèse concerne la synthèse et l'étude des propriétés physico-chimiques des pérovskites doubles Sr2FeMoO6, Sr2FexMo2-xO6 (x = 0,9-1,33) et Sr2FeCrxMo1-xO6 (x = 0,1-0,25). Pour Sr2FeMoO6 les conditions de synthèse à l'état solide influencent la microstructure des échantillons et l'ordre Fe/Mo. Des frittages successifs avec des broyages intermédiaires entraînent ainsi une augmentation de l'aimantation à saturation (3,8 µB) qui s'approche de la valeur idéale (4 µB) et améliorent la magnétorésistance en champ faible (LFMR) de 1,58 ± 0,14 % à 2,74 ± 0,01 % (T = 300 K, H = 1 kOe) en raison des modifications microstructurales. Les valeurs des moments magnétiques effectifs montrent la présence de valences mixtes: FeII/MoVI et FeIII/MoV. Les compositions Sr2FexMo2-xO6 (quadratiques ou cubiques pour x > 1,2) acceptent un plus grand excès de fer que de molybdène. L'ordre Fe/Mo diminue quand x s'écarte de 1 et tend vers une valeur d'équilibre après un grand nombre de traitements de frittage pour un x donné. La Tc augmente avec x (couplages Fe-Fe plus forts que les couplages Fe-Mo), tandis que l'aimantation à saturation est maximum pour x = 1. La résistivité augmente avec x (les électrons délocalisés proviennent du molybdène), elle dépend davantage de la composition chimique que de la microstructure. La magnétorésistance est maximum pour x = 1; pour x = 1,33 le matériau cesse d'être un demi-métal. Pour la série Sr2FeCrxMo1-xO6 l'augmentation du contenu en chrome détermine la diminution de l'ordre des cations sur les sites octaédriques et par conséquent une baisse de Tc, d'aimantation et de magnétorésistance.

Le détecteur NEMO3 a été conçu pour l'étude de la double désintégration bêta et particulièrement pour la recherche de la double désintégration bêta sans émission de neutrino ($0\nu\beta\beta$). La sensibilité attendue pour la désintégration $0\nu\beta\beta$ est, en terme de la demi-vie de l'ordre de $10^(25)$~ans, en terme de masse effective du neutrino cela correspond à une sensibilité (0,3 -- 0,1)~eV. Le processus $0\nu\beta\beta$ représente aujourd'hui le test de la nature Majorana du neutrino le plus prometteur. Le détecteur a été construit au Laboratoire Souterrain de Modane (LSM) en France par la collaboration internationale (France, Russie, République Tchèque, États-Unis, Royaume-Uni, Finlande et Japon). La prise de donnée a commencé en mai 2002 et continue actuellement. La masse de $^(100)$Mo dans le détecteur (7~kg) permet une mise en évidence de la double désintégration bêta avec émission de deux neutrinos ($2\nu\beta\beta$) du $^(100)$Mo vers l'état excité $0^+_1$ (canal eeN$\gamma$). Les simulations Monte-Carlo de l'effet et de tous les types de bruit de fond ont été effectuées pour définir un ensemble des critères de sélection appropriés. D'autre part des runs avec des sources du $^(208)$Tl et du $^(214)$Bi ainsi que des simulations Monte-Carlo de ces données ont montré que le seul bruit de fond significatif dans le canal eeN$\gamma$ vient du radon qui avait pénétré à l'intérieur de la chambre à fils de NEMO3. Les données expérimentales acquises de mai 2002 à mai 2003 ont été analysées pour déterminer le signal dû à la désintégration $2\nu\beta\beta$ du $^(100)$Mo vers l'état excité $0^+_1$ et le niveau de bruit de fond correspondant. Le résultat est donné sous la forme d'un intervalle de valeurs de la demi-vie au niveau de 95\% de confiance. Cela correspond à une mise en évidence du processus au niveau de confience de quatre écarts standards.

Actuellement en France, les solutions de produits de fission et actinides (PFA) issues du retraitement des combustibles usés électronucléaires sont confinées dans un verre aluminoborosilicaté appelé " R7T7 ". A l'avenir, l'opportunité d'utiliser de nouvelles compositions vitreuses aluminoborosilicatées (verres HTC) est étudiée, afin d'augmenter la concentration en déchets dans les verres et ainsi diminuer significativement le nombre de colis à stocker en site géologique. Cependant, cette augmentation de la concentration en PFA pourrait induire, au cours du refroidissement de la fonte après coulée, la cristallisation de certaines phases riches en terres rares (Ca2TR8(SiO4)6O2) ou en molybdène (CaMoO4, Na2MoO4), qui sont susceptibles de modifier les propriétés de confinement du verre (durabilité chimique, résistance à l'auto-irradiation...), en particulier si elles peuvent incorporer des radionucléides α ou β dans leur structure. Cette thèse se présente en deux parties : La première partie consiste à étudier les relations pouvant exister entre la composition, la structure et la tendance à la cristallisation de verres simplifiés à sept oxydes, appartenant au système SiO2-B2O3-Al2O3-Na2O-CaO-MoO3-Nd2O3 et dérivés de la composition du verre HTC à 22,5 % massiques en PFA. L'impact de la présence des platinoïdes (RuO2 dans notre cas) sur la cristallisation des différentes phases y est également abordé. La deuxième partie s'intéresse à l'effet des désintégrations α des actinides et plus particulièrement des interactions nucléaires provenant essentiellement des noyaux de recul (simulées ici par des irradiations externes aux ions lourds), sur le comportement sous irradiation d'un verre aluminoborosilicaté partiellement cristallisé en apatite de composition Ca2Nd8(SiO4)6O2, qui est une phase susceptible d'incorporer des actinides dans sa structure. Deux échantillons contenant des cristaux de taille différente sont étudiés, afin de s'intéresser l'impact de la microstructure sur la résistance à l'irradiation de ce type de matériau.

De nouveaux matériaux d'électrode positive, des couches minces TiOySz et MoOySz, ont été analysés par xps. Les caractéristiques intrinsèques de ces matériaux ont été déterminées et les processus rédox mis en jeu lors du cyclage de générateurs expérimentaux ont été précisés. Parallèlement, des études ont été effectuées en XPS sur des matériaux d'électrolyte ((1-x) B2S3-xLi2S et (1-x) As2S3-xLi2S) sur leurs domaines vitreux respectifs ; en utilisant comme sonde principale le pic de coeur S2p, l'influence du modificateur sur le formateur de réseau a été analysée.

Les nanotubes de carbone de type monoparoi (C-SWNT) sont une classe récente de nanomatériaux qui ont fait leur apparition en 1991. L'intérêt qu'on leur accorde provient des nombreuses propriétés d'avant-plan qu'ils possèdent. Leur résistance mécanique serait des plus rigide, tout comme ils peuvent conduire l'électricité et la chaleur d'une manière inégalée. Non moins, les C-SWNT promettent de devenir une nouvelle classe de plateforme moléculaire, en servant de site d'attache pour des groupements réactifs. Les promesses de ce type particulier de nanomatériau sont nombreuses, la question aujourd'hui est de comment les réaliser. La technologie de synthèse par plasma inductif thermique se situe avantageusement pour la qualité de ses produits, sa productivité et les faibles coûts d'opération. Par contre, des recherches récentes ont permis de mettre en lumière des risques d'expositions reliées à l'utilisation du cobalt, comme catalyseur de synthèse; son élimination ou bien son remplacement est devenu une préoccupation importante. Quatre recettes alternatives ont été mises à l'essai afin de trouver une alternative plus sécuritaire à la recette de base; un mélange catalytique ternaire, composé de nickel, de cobalt et d'oxyde d'yttrium. La première consiste essentiellement à remplacer la proportion massique de cobalt par du nickel, qui était déjà présent dans la recette de base. Les trois options suivantes contiennent de nouveaux catalyseurs, en remplacement au Co, qui sont apparus dans plusieurs recherches scientifiques au courant des dernières années: le dioxyde de zircone (ZrO 2 ), dioxyde de manganèse (MnO2 ) et le molybdène (Mo). La méthode utilisée consiste à vaporiser la matière première, sous forme solide, dans un réacteur plasma à haute fréquence (3 MHz) à paroi refroidi. Après le passage dans le plasma, le système traverse une section dite de «croissance», isolée thermiquement à l'aide de graphite, afin de maintenir une certaine plage de température favorable à la synthèse de C-SWNT. Le produit final est par la suite récolté sur des filtres métalliques poreux, une fois le système mis à l'arrêt. Dans un premier temps, une analyse thermodynamique, calculée avec le logiciel Fact-Sage, a permis de mettre en lumière l'état des différentes produits et réactifs, tout au long de leur passage dans le système. Elle a permis de révéler la similitude de composition de la phase liquide du mélange catalytique ternaire de base, avec celui du mélange binaire, avec nickel et oxyde d'yttrium. Par la suite, une analyse du bilan d'énergie, à l'aide d'un système d'acquisition de données, a permis de déterminer que les conditions opératoires des cinq échantillons mis à l'essai étaient similaires. Au total, le produit final a été caractérisé à l'aide de six méthodes de caractérisations différentes : l'analyse thermogravimétrique, la diffraction de rayons X, la microscopie électronique à balayage à haute résolution (HRSEM), la microscopie électronique à transmission (MET), la spectroscopie RAMAN, ainsi que la mesure de la surface spécifique (BET). Les résultats de ces analyses ont permis de constater, de façon cohérente, que le mélange à base de molybdène était celui qui produisait la moins bonne qualité de produit. Ensuite, en ordre croissant, s'en suivait du mélange à base de MnO 2 et de ZrO2 . Le mélange de référence, à base de cobalt, est au deuxième rang en matière de qualité. La palme revient au mélange binaire, dont la proportion est double en nickel. Les résultats de ce travail de recherche permettent d'affirmer qu'il existe une alternative performante au cobalt pour effectuer la synthèse de nanotubes de carbone monoparoi, par plasma inductif thermique. Cette alternative est l'utilisation d'un mélange catalytique binaire à base de nickel et d'oxyde d'yttrium. Il est suggéré que les performances plus faibles des recettes alternatives, moins performantes, pourraient être expliquées par le profil thermique fixe du réacteur. Ceci pourrait favoriser certains mélanges, au détriment des autres, qui possèdent des propriétés thermodynamiques différentes. Le montage, l'équipement, ainsi que les paramètres d'opérations, pourraient être modifiés en fonction de ces catalyseurs afin d'optimiser la synthèse. [symboles non conformes]

Les aciers inoxydables sont de plus en plus utilisés comme renfort du béton dans lesconstructions marines et côtières, afin de prévenir la corrosion induite par les ions chloruresqui pénètrent dans le béton poreux. L'ajout de molybdène dans les aciers inox contribue àaugmenter leur résistance à la corrosion par piqure lorsqu'ils sont utilisés dans desenvironnements acides et neutres. Cependant, le rôle du Mo sur la corrosion par piqûre desaciers en milieu alcalin chloruré reste à ce jour flou et peu étudié. Par conséquence, lacompréhension de l'action du Mo dans la résistance à la corrosion en milieu alcalin est doncd'une importance majeure. Cela permettra l'optimisation de la composition finale des alliagesinoxydables en vue des applications potentiels comme renfort dans le béton. Ainsi, cette thèsevise à étudier l'effet de l'addition du Mo sur les propriétés de corrosion par piqûre des aciersinoxydables austénitiques, ferritiques et surtout lean duplex en milieu alcalin. Finalement, lerôle du Mo sur les aciers inoxydables a été discuté en termes de leur résistance à la corrosionlocalisée, cinétique de repassivation et propriétés de passivation dans plusieurs milieuxagressifs, mais surtout dans une solution chlorurée synthétique qui simule les environnementsporeux du béton (solution de pH10 avec des ions carbonates et chlorures).

L'Inconel 617 est un alliage à base de nickel, de chrome et de molybdène et il se positionne comme l'un des matériaux candidats à la réalisation de l'échangeur thermique des Réacteurs à Haute Température (RHT) refroidis par hélium (réacteurs de <i>Génération IV</i>). Le retour d'expériences montre que l'hélium contient des impuretés gazeuses H₂O, H₂, CO, CH₄ en quantité réduite (de l'ordre du micro bar), responsables de réactions d'oxydation, de carburation ou de décarburation entre 850°C et 1 000°C. La formation d'une couche d'oxyde protectrice est envisagée pour éviter la dégradation des propriétés mécanique de l'échangeur de chaleur. Dans le cadre de l'analyse des processus d'oxydation de l'Inconel 617, deux axes de recherche sont abordés. L'un est centré sur l'influence de la vapeur d'eau et du monoxyde de carbone et l'autre sur le rôle des éléments mineurs, en occurrence, l'aluminium et le titane. Cette étude spécifique sur le rôle de l'aluminium et du titane fait appel à l'utilisation d'alliages modèles à base de NiCrMoC. Après avoir étudié l'ensemble de ces paramètres sur des essais de 20 heures à 850°C, les résultats sont les suivants. La vapeur d'eau est responsable à plus de 90 % de l'oxydation de l'Inconel 617 et elle inhibe dans certains cas la réaction entre le monoxyde de carbone et l'alliage. La couche d'oxyde formée est à base de chromine (Cr₂O₃) et elle est enrichie en titane et en manganèse. Nous montrons que le dopage de la chromine par le titane favorise la formation d'une couche d'oxyde protectrice. Quant à la présence d'alumine à l'interface métal/oxyde, nous montrons qu'elle ralentit la vitesse de croissance de la couche d'oxyde. Selon la teneur en vapeur d'eau, la croissance de la couche d'oxyde de l'Inconel 617 est décrite soit par un régime cinétique mixte de diffusion et d'interface (pour PH₂O ≤ 10 μbar), soit par un régime de diffusion pur (pour PH₂O > 10 μbar). Dans les deux cas, la vitesse de consommation du monoxyde de carbone est modélisée par un processus d'adsorption à la surface de la couche d'oxyde. Cependant, l'intégrité de la couche d'oxyde est compromise lors de l'élévation de la température. Au-delà d'une température critique, notée TA, nous observons la destruction de la couche d'oxyde. Nous montrons que la réaction de destruction qui se déroule à l'interface métal/oxyde met en jeu le carbone de l'alliage et la chromine pour produire du chrome dont une partie s'évapore et un dégagement de monoxyde de carbone. Sur la base de nos résultats, nous proposons un modèle cinétique.

Les aciers inoxydables sont de plus en plus utilisés comme renfort du béton dans lesconstructions marines et côtières, afin de prévenir la corrosion induite par les ions chloruresqui pénètrent dans le béton poreux. L’ajout de molybdène dans les aciers inox contribue àaugmenter leur résistance à la corrosion par piqure lorsqu’ils sont utilisés dans desenvironnements acides et neutres. Cependant, le rôle du Mo sur la corrosion par piqûre desaciers en milieu alcalin chloruré reste à ce jour flou et peu étudié. Par conséquence, lacompréhension de l’action du Mo dans la résistance à la corrosion en milieu alcalin est doncd'une importance majeure. Cela permettra l'optimisation de la composition finale des alliagesinoxydables en vue des applications potentiels comme renfort dans le béton. Ainsi, cette thèsevise à étudier l'effet de l'addition du Mo sur les propriétés de corrosion par piqûre des aciersinoxydables austénitiques, ferritiques et surtout lean duplex en milieu alcalin. Finalement, lerôle du Mo sur les aciers inoxydables a été discuté en termes de leur résistance à la corrosionlocalisée, cinétique de repassivation et propriétés de passivation dans plusieurs milieuxagressifs, mais surtout dans une solution chlorurée synthétique qui simule les environnementsporeux du béton (solution de pH10 avec des ions carbonates et chlorures). / The use of stainless steels (SS) as concrete reinforcement is becoming increasinglypopular in coastal and marine constructions in order to prevent corrosion induced by chlorideions penetrating into the concrete. However, the influence of Mo addition on pitting corrosionresistance of these steels is not fully understood in alkaline chloride conditions although thiselement is widely associated to an increasing corrosion resistance in acidic and neutralenvironments. Therefore, understanding Mo mechanism on corrosion resistance in alkalineconditions is hence of major importance for the setting of optimized alloy composition. ThisPhD work aims to study the effect of Mo addition on pitting corrosion properties of austenitic,ferritic and mainly lean duplex stainless steels in alkaline media, which simulates the concreteenvironment. As far as the role of Mo is concerned, it will be discussed in terms of, pittingcorrosion resistance, repassivation kinetics, and passivation properties from acidic to alkalineconditions.

Compte tenu de l'épuisement en cours des ressources naturelles qui ont lieu dans le monde entier, le prix élevé, la forte demande et la pénurie future des ressources minérales primaires pour Mo, Ni et Co, il est extrêmement important de mettre en œuvre le recyclage des métaux/récupération/réutilisation partir des demi-finis produits, sous-produits, des matériaux secondaires et des déchets, y compris les déchets dangereux (ce est à dire des catalyseurs usés, boues minérales). En outre, il est nécessaire d'utiliser des technologies plus efficaces pour récupérer des métaux à partir de déchets/ressources secondaires afin de minimiser les dépenses en capital, l'impact environnemental et de répondre à l'augmentation de la demande de métal. Parmi les différentes ressources secondaires, les catalyseurs usés et les boues minérales générés aux catalyseurs usés usines de recyclage pourrait être une très bonne ressource secondaire, car ils contiennent des concentrations élevées de métaux différents (en particulier Mo, Ni et Co). Par conséquent, ils doivent être considérés comme une ressource et non comme un déchet. Dans notre étude, nous traitons avec le catalyseur, l'oxyde métallique et le recyclage des piles minérales de la plante boues. Ce type de matériau contient de fortes concentrations de métaux différents. Cependant, au mieux de nos connaissances de spéciation, lixiviation et de récupération des propriétés de ce type de matériel n'ont pas été étudiés auparavant. Boues minérales a été minutieusement caractérisée où le pH, La perte au feu (LOI), Toxicité Caractéristique Lixiviation Procédure (TCLP), Diffraction des rayons X (XRD), Microscopie électronique à balayage (SEM) avec dispersion d'énergie des rayons X spectroscopie (EDS), Total Métal Contenu (TMC) et Extraction Séquentielle (SE) ont été effectuées. Sur la base des résultats de la caractérisation des boues minérales, le taux de lixiviation et les rendements de Mo, Ni et Co à partir de l'échantillon de boue minérale ont été quantifiés. Différents réactifs de lixiviation (autonome acides (nitrique, sulfurique et chlorhydrique) et les mélanges d'acides (eau régale (nitrique + chlorhydrique (1:3)), nitrique + sulfurique (1:1) et nitrique + sulfurique + chlorhydrique (2:1:1)) ont été étudiés à changer les paramètres de fonctionnement (solides ratio liquide, le temps de lixiviation et de la température), afin de comprendre les caractéristiques de lixiviation et sélectionnez le réactif de lixiviation approprié qui permet d'atteindre les plus hauts rendements de lixiviation de métal. Acide sulfurique (H2SO4) a été trouvé d'être le produit de lixiviation avec le potentiel de lixiviation des métaux les plus élevés. Les conditions de lixiviation optimales étaient une lixiviation en trois étapes successives, la température de 80°C, le temps de lixiviation 2 h, et S/L rapport 0.25 g L-1. Dans ces conditions, les rendements de lixiviation à partir de notre échantillon de boue minérale a atteint 85.5, 40.5 et 93.8% pour Mo, Ni et Co, respectivement / In view of the on-going depletion of the natural resources taking place worldwide, the high price, high demand and future shortage of the primary mineral resources for Mo, Ni and Co it is extremely important to implement metals recycling/recovery/reuse from semi-finished products, by-products, secondary materials and wastes, including hazardous waste (i.e. spent catalysts, mineral sludges). Furthermore, there is a need to utilize more efficient technologies to recover metals from wastes/secondary resources in order to minimize capital outlay, environmental impact and to respond to the metal increased demand. Among the different secondary resources, spent catalysts and mineral sludges generated at the spent catalysts recycling plants could be a very good secondary resource, as they contain high concentrations of different metals (especially Mo, Ni and Co). Therefore, they should be viewed as a resource, not as a waste. In our study we are dealing with the catalyst, metallic oxide and battery recycling plant mineral sludge. This type of material contains high concentrations of different metals. However, to the best of our knowledge, speciation, leaching and recovery of Mo, Ni and Co from this type of material were not investigated before. Mineral sludge was minutely characterized where pH, Loss On Ignition (LOI), Toxicity Characteristic Leaching Procedure (TCLP), X-ray Diffraction (XRD), Scanning Electron Microscopy (SEM) with Energy Dispersive X-ray Spectroscopy (EDS), Total Metal Content (TMC) and Sequential Extraction (SE) were performed. Based on the mineral sludge characterization results the leaching rate and yields of Mo, Ni and Co from mineral sludge sample were quantified. Different leaching reagents (stand-alone acids (nitric, sulfuric and hydrochloric) and acid mixtures (aqua regia (nitric + hydrochloric (1:3)), nitric + sulfuric (1:1) and nitric + sulfuric + hydrochloric (2:1:1)) were investigated at changing operational parameters (solid to liquid ratio, leaching time and temperature), in order to understand the leaching features and select the suitable leaching reagent which achieves the highest metal leaching yields. Sulfuric acid (H2SO4) was found to be the leachant with the highest metal leaching potential. The optimal leaching conditions were a three stage successive leaching, temperature 80°C, leaching time 2 h and S/L ratio 0.25 g L-1. Under these conditions, the leaching yields from our mineral sludge sample reached 85.5, 40.5 and 93.8% for Mo, Ni and Co, respectively