Dans ce manuscrit sont exposées les possibilités qu’offre la microfluidique, science des fluides à travers des canaux micrométriques, dans le domaine de la Catalyse aussi bien pour la synthèse de matériaux catalytiques que pour l’élaboration des microréacteurs. La première partie de ce travail a consisté en la transposition à l’échelle microfluidique de la synthèse de particules d’or suivant le protocole Turkevich réalisé classiquement en verrerie de laboratoire. Grâce aux propriétés fines de contrôle possibles à l’échelle micrométrique (température, débits et concentration des réactifs), il a été possible, par la mise en place d’un système microfluidique simple, d’obtenir des particules d’un diamètre bien inférieure (1.8 nm) avec une faible distribution de taille par rapport à celles obtenues en verrerie classique (15 nm). Afin de caractériser la formation de nouveau type de nanoparticules au sein du système microfluidique, différentes techniques ont été employées, des plus communes (spectro. UV-Visible, MET), au plus modernes comme la diffusion dynamique de la lumière (DLS) ou la spectroscopie d’absorption des rayons X (XANES) au synchrotron SOLEIL. En deuxième partie est exposé le développement d’un microréacteur catalytique fonctionnalisé par les particules d’or à partir de capillaires micrométriques. Après caractérisation de la nature et quantification de la phase active sur la surface interne du capillaire, le microréacteur est testé sur une réaction modèle d’oxydation de l’alcool benzylique en phase liquide. Sa réactivité, comparée à un réacteur classique, a permis de mettre en évidence l’apport de cette technologie microfluidique par rapport aux technologies existantes. / In this manuscript, the potential of microfluidics, the science of fluids through micrometric channels, are exposed in the field of catalysis as well as for the synthesis of catalytic materials and for the development of microreactors. The first part of this work consisted in transposing on the microfluidic scale the synthesis of Turkevich gold nanoparticles produced classically in standard laboratory glassware. Owing to the fine control on the experimental conditions in the micrometric scale (temperature, flow rates and reactant concentration), it was possible, by the introduction of a simple microfluidic system to obtain particles with an average diameter well below (1.8 nm) with a low size distribution compare to those obtained in conventional glassware synthesis (15 nm). To characterize the formation of this new type of nanoparticles, various characterization methods have been employed, the most common (UV-Vis spectroscopy, TEM), and the most modern such as dynamic light scattering (DLS) or X-ray Absorption Near Edge Structure (XANES) at the SOLEIL synchrotron. In the second part, we introduce the development of a catalytic microreactor functionalized with gold particles starting from silica micrometric capillaries. After characterizing the nature and quantification of the active phase on the inner surface of the capillary, the microreactor is tested on a model reaction: the benzyl alcohol oxidation in liquid phase. Its reactivity, compared to a conventional reactor, allowed highlighting the contribution of this microfluidic technology compared to existing technologies.

Cette thèse porte sur le développement de catalyseurs hétérogènes pour la conversion directe d'éthanol en oxyde d'éthylène. Les catalyseurs ont été préparés en utilisant différentes techniques, dont l'imprégnation et la co-précipitation. Ces catalyseurs ont été caractérisés afin de déterminer leurs propriétés structurales, texturales et chimiques ainsi que leurs compositions élémentaires en utilisant les analyses DRX, XPS, XRF, SEM, TEM et TPR. Les performances des catalyseurs dans la conversion directe d'éthanol en oxyde d'éthylène ont été déterminées dans un réacteur à lit fixe en phase vapeur sous pression atmosphérique. En outre, l'impact des conditions de réaction (température, GHSV, rapport éthanol / oxygène) a été étudié. Il a notamment été constaté que les conditions de réaction affectent de manière significative les performances catalytiques, très probablement en permettant de jouer sur le cycle redox en stabilisant l'état d’oxydation des catalyseurs. Finalement, les aspects mécanistiques de la réaction ont été étudiés pour identifier le chemin réactionnel ainsi que la formation des intermédiaires. / This thesis deals with the development of heterogeneous catalysts for the direct conversion of ethanol into ethylene oxide. Various catalysts were prepared using different techniques including impregnation and co-precipitation methods. These catalysts were characterized in order to determine their structural, textural and chemical properties as well as their elemental compositions using XRD, XPS, XRF, SEM, TEM and TPR. The performance of the catalysts in the direct conversion of ethanol to ethylene oxide was determined in a vapor phase down-flow fixed-bed reactor at atmospheric pressure. Furthermore, the impact of reaction conditions (temperature, GHSV, ethanol/oxygen ratio) was studied. Thus, it was notably found that the reaction conditions significantly affected the catalytic performance, which was ascribed to the fine-tuning of the redox cycle enabling the stabilization of the catalysts oxidation state. Finally the mechanistic aspects of the reaction were studied notably with the focus to identify the reaction pathways and the intermediates.

L'oxydation sélective de l'isobutane fournit un voie simple pour produire de l'acide méthacrylique. Les catalyseurs à base de Keggin type polyoxométalates (NH4)3HPMo11VO40 (APMV) sont utilisés pour catalyser la réaction en raison de leur acidité contrôlable et propriété rédox. Mais la faible surface limite les performances catalytiques. Dans ce travail, nous avons essayé de préparer le catalyseur avec surface haute et d'étudier les effets des propriétés physochemical sur la performance catalytique.APMV ont d'abord été pris en charge sur SiO2 commerciale, SBA-15 et ZrO2/SBA-15 et Cs3PMo12O40 (CPM). La surface de catalyseurs a augmenté après l'appui, mais la stabilité thermique ont été fortement compter sur l'appui. Acidité joué un rôle important dans l'activation des liaisons C-H. L'échantillon APMV/CPM a montré la plus forte force acide et a donné la meilleure conversion de l'isobutane (15,3%). Le contenu de APMV sur le CPM a ensuite été optimisé. La dégradation partielle de catalyseur a encore été observée. Le V a été expulsé de l'unité Keggin dans des conditions réactionnelles et réduit par l'isobutane. Les espèces Cs ont été enrichies à la surface. Le 40APMV/CPM contenait le montant maximum de sites acides et a donné les meilleures performances catalytiques. Il a également affiché une bonne stabilité en 132 h test. Les sels Csx(NH4)3-xHPMo11VO40 ont été préparé pour étudier les effets des espèces Cs surface. La porosité montré différence évidente que le contenu changé Cs, ainsi que l'acidité et de propriété rédox. Élément Cs est favorable pour empêcher l'expulsion de V de structure primaire. Enfin, les expériences d'optimisation du nombre Cs 1,7 à 2,5 a été suggéré. / Selective oxidation of isobutane supplies a simply and friendly to environment way to produce methacrylic acid. The Keggin-type polyoxometalates-based catalysts (NH4)3HPMo11VO40 (APMV) are used to catalyze the reaction as their controllable acidity and redox properties. But the low surface area restricts the catalytic performances. In this work, we tried to prepare the catalyst with high surface and study the effects of physochemical properties on catalytic performance.APMV were firstly supported on commercial SiO2, SBA-15 and ZrO2/SBA-15 and Cs3PMo12O40 (CPM). The surface area of catalysts increased after supporting, while the thermal stability were strongly depended on the support. Acidity played a significant role in activating the C-H bonds. The sample APMV/CPM showed the strongest acidic strength and further gave the best conversion of isobutane (15.3%) and maximum yield (8.0%) of the desired products. The content of APMV on CPM was then optimized. The partial degradation of catalyst was still observed. The V was expelled from Keggin unit under reaction conditions by surface analysis and reduced by isobutane. The Cs species were enriched on the surface. The sample 40APMV/CPM contained the maximum amount of acidic sites and gave the best catalytic performances. It also displayed good stability in 132 h run. The mixed salts Csx(NH4)3-xHPMo11VO40 were prepared to study the effects of surface Cs species. The porosity showed obvious difference as Cs content changed, as well as the acidity and redox properties. Cs element is favor to prevent V expelling from primary structure. Finally the optimization experiments in the range of Cs number from 1.7 to 2.5 was suggested.

Le gaz naturel et le biogaz contiennent du H2S qui doit être éliminé avant toute utilisation. Cela se fait généralement par adsorption, par la récupération de H2S et par conversion en soufre élémentaire dans des procédés de type Claus. L'oxydation sélective catalytique de H2S par O2 est une alternative, mais les catalyseurs subissent une désactivation en raison de l'accumulation d'espèces soufrées et le mélange H2S/O2 nuit à la sélectivité. De plus, cela ne peut pas être fait en présence de l'hydrocarbure pour des raisons de sécurité. Un procédé innovant d'oxydation sélective de H2S en bouclage chimique est proposé dans lequel la réaction se déroule en deux étapes : la réduction d’un solide porteur d’oxygène par H2S avec formation de S élémentaire et la régénération du porteur par O2.Il est démontré que V2O5 est une phase active prometteuse pour ce procédé. Parmi plusieurs supports testés, le TiO2 et le SiO2 s’avèrent les plus adéquats et il est montré que les matériaux de faible surface doivent être privilégiés. L'effet de la teneur en V2O5 sur le support de TiO2 est étudié et il est montré que la distribution optimale de phase active est atteinte lorsque l'équivalent de 2 monocouches de V2O5 est présent. L’étude de la réactivité de ce porteur montre qu’un équilibre optimal entre V3+, V4+ et V5+ est nécessaire. La présence d'espèces V4+ favorise la réactivité, mais seule la réduction d'espèces V5+ à V4+ est sélective, la réduction en V3+ entraînant la formation de SO2. Ce procédé est insensible à la présence de méthane, ouvrant la voie à la purification du biogaz ou du gaz naturel sans nécessiter de séparation préalable du H2S. / Natural gas and biogas resources contain H2S, which needs to be removed prior to any use. This is usually done by adsorption followed by H2S recovery and conversion through Claus type processes to produce elemental sulfur. Direct catalytic selective oxidation of the H2S to elemental sulfur is an alternative but catalysts suffer from deactivation due to accumulation of sulfur species and H2S/O2 mixing usually affects selectivity. Furthermore, it cannot be done in the presence of the hydrocarbon due to safety issues. To overcome these limitations, a Chemical Looping Selective Oxidation of H2S (CLSOSH) process is proposed in which the reaction proceeds in two steps: a “reductant step” in which H2S reduces the carrier and produces elemental S and an “oxidant step” in which the carrier is regenerated by O2. V2O5 was demonstrated that to be a promising active phase for CLSOSH. Several support materials were tested. TiO2 and SiO2 proved to be the most adequate and it was shown that low surface area materials should be privileged. The effect of V2O5 loading on TiO2 support was investigated and it was shown that optimal distribution of V2O5 is reached when the equivalent of 2 monolayers of active phase are present. Detailed analysis of the reactivity of this carrier showed that an optimal balance between V3+, V4+, and V5+ need to be found. The presence of V4+ species promote reactivity but only V5+ to V4+ species reduction should be involved to reach optimal selectivity as reduction to V3+ lead to SO2 formation. CLSOSH proved to be insensitive to the presence of methane is the feed, opening the path for biogas or natural gas purification without the need of H2S separation.

Les revêtements GalvAnnealed (GA), constitués de phases Fe-Zn, sont utilisés pour protéger les aciers contre la corrosion. Ces revêtements sont réalisés en trois étapes principales: le recuit de recristallisation, l'immersion dans un bain de zinc contennant de 0,11 à 0,13% poids d'aluminium et le traitement thermique du revêtement de zinc. Lors de la première étape, l'oxydation sélective des éléments d'alliage se produit à la surface de l'acier. Dans le cas des aciers chargés en éléments d'alliage (TRansformation Induced-Plasticity), les oxydes sélectifs sont connus pour créer des problèmes de réactivité entre l'acier et le zinc liquide. L'état d'oxydation sélective dépend du point de rosée (PR) de l'atmosphère de recuit. La formation du revêtement Fe-Zn implique des réactions complexes: la formation de la couche d'inhibition, sa rupture, la consommation du zinc et l'enrichissement en fer. Dans ce travail, l'effet du PR de l'atmosphère de recuit sur l'oxydation sélective et la formation du revêtement sur un acier TRIP MnAl a été étudié. Il a été montré que l'atmosphère de recuit influe principalement sur la morphologie (films ou nodules) et la localisation des oxydes par rapport à la surface de l'acier (externe / interne). Les résultats expérimentaux sont en accord avec les calculs thermodynamiques. Indépendamment du PR, la couche d'inhibition est constituée de deux phases, δ (FeZn7) et Fe2Al5Znx. Les oxydes externes formés lors du recuit sont incrustés dans ces phases. La couche d'inhibition ne bloque les réactions Fe-Zn que temporairement. Lors du traitement galvannealing, la rupture de la couche d'inhibition se produit par deux mécanismes réactionnels qui dépendent de l'état d'oxydation sélective. Globalement, les films d'oxyde (bas PR) incrustés dans la couche d'inhibition ont un effet retardateur sur les réactions Fe-Zn par rapport aux oxydes nodulaires (haut DP). / GalvAnnealed (GA) coatings, composed of Fe-Zn phases, are used to protect steels against corrosion. These coatings are produced in three main steps, namely recrystallization annealing, immersion in a zinc bath with 0.11 to 0.13 wt.% aluminum and heat treatment of the zinc coating. In the first step, the selective oxidation of the alloying elements occurs at the steel surface. In the case of high alloyed steels (e.g. TRansformation-Induced Plasticity), the selective oxides are known to be detrimental for the reactions between the steel substrate and liquid zinc. The selective oxidation state depends on the dew point (DP) of the annealing atmosphere. The coating formation involves complex reactions: the inhibition layer formation, its breakdown, the liquid zinc consumption and the iron enrichment. In this work, the effect of the DPof the annealing atmosphere on the selective oxidation and the coating formation on a TRIP MnAl steel was investigated. It was shown that the annealing atmosphere mainly affects the morphology (films or nodules) and the location of the selective oxides with respect to the steel surface (external / internal). The experimental results are in line with the thermodynamic calculations. The inhibition layer is composed of two phases, δ (FeZn7) and Fe2Al5Znx, irrespective of the DP. In addition, it contains the external oxides formed during the first step. The inhibition layer hinders the Fe-Zn reactions only temporarily. Depending on the selective oxidation state, during galvannealing treatment the inhibition layer rupture occurs by two different reaction mechanisms. Globally, the oxide films (low DP) embedded in the inhibition layer, delay the Fe-Zn reactions compared to nodular oxides (high DP).

Le procédé de galvanisation en continu consiste à recouvrir les tôles d'aciers d'un revêtement de zinc en les immergeant dans un bain métallique fondu. Lors du recuit continu à 800°C sous atmosphère N2‐H2 qui précède l'immersion de la tôle dans le bain, la structure de l'acier est recristallisée et les oxydes de fer sont réduits. Il se produit en même temps la ségrégation et l'oxydation des éléments d'alliages moins nobles que le fer, les oxydes formés pouvant être à l'origine de défauts de revêtement. Afin de mieux comprendre les réactions d'oxydation sélective qui se produisent à la surface et en profondeur de l'acier, nous avons étudié la germination et la croissance d'oxydes sélectifs sur un acier ferritique. Des alliages binaires de FeMn ont été étudiés dans ce travail. Les particules d'oxyde sont composées de l'oxyde de manganèse MnO. L'oxydation externe dépend de l'orientation cristallographique du substrat. Des particules de différentes formes sont observées sur des grains de ferrite d'orientations différentes : des particules cubiques se trouvent sur la surface (100), des particules triangulaires sur la surface (110) et des particules hexagonales sur la surface (111). Une étude théorique plus approfondie a été réalisée à l'aide de simulation numérique par la méthode DFT et le code SIESTA. Aucune influence significative de la présence de manganèse n'a été trouvée sur l'énergie d'adsorption dissociative du dioxygène à l'échelle atomique. Cependant, la barrière de diffusion des atomes de Fe, Mn, et O est beaucoup plus faible sur la surface (110) que sur la surface (001). Ceci peut être une explication de la raison pour laquelle la taille des particules est plus grande sur la surface (110) que sur la surface (100).

Le procédé de galvanisation en continu consiste à recouvrir les tôles d’aciers d’un revêtement de zinc en les immergeant dans un bain métallique fondu. Lors du recuit continu à 800°C sous atmosphère N2‐H2 qui précède l’immersion de la tôle dans le bain, la structure de l’acier est recristallisée et les oxydes de fer sont réduits. Il se produit en même temps la ségrégation et l’oxydation des éléments d’alliages moins nobles que le fer, les oxydes formés pouvant être à l’origine de défauts de revêtement. Afin de mieux comprendre les réactions d’oxydation sélective qui se produisent à la surface et en profondeur de l’acier, nous avons étudié la germination et la croissance d’oxydes sélectifs sur un acier ferritique. Des alliages binaires de FeMn ont été étudiés dans ce travail. Les particules d'oxyde sont composées de l'oxyde de manganèse MnO. L'oxydation externe dépend de l'orientation cristallographique du substrat. Des particules de différentes formes sont observées sur des grains de ferrite d'orientations différentes : des particules cubiques se trouvent sur la surface (100), des particules triangulaires sur la surface (110) et des particules hexagonales sur la surface (111). Une étude théorique plus approfondie a été réalisée à l'aide de simulation numérique par la méthode DFT et le code SIESTA. Aucune influence significative de la présence de manganèse n’a été trouvée sur l'énergie d'adsorption dissociative du dioxygène à l'échelle atomique. Cependant, la barrière de diffusion des atomes de Fe, Mn, et O est beaucoup plus faible sur la surface (110) que sur la surface (001). Ceci peut être une explication de la raison pour laquelle la taille des particules est plus grande sur la surface (110) que sur la surface (100). / Continuous galvanizing process involving immersion in a molten zinc bath is commonly used to form zinc coatings on steel sheets. Before hot‐dip galvanizing, the steel sheets are annealed at a temperature of 800°C in a N2 atmosphere containing 5 vol.% of H2, with only traces of water. This heat treatment is used to recrystallize the steel substrate and to reduce the iron oxides in order to improve the wettability by liquid zinc. At the same time, the less‐noble alloying elements of the steel preferentially oxidize and diffuse towards the surface. The aim of this study is a better understanding of selective oxidation of ferritic steels. The binary alloys of FeMn are studied in this work. The oxide particles are found to be composed of manganese oxide MnO. External oxidation is found to be dependent on the crystallographic orientation of the substrate. Particles of different shapes are observed on ferrite grains of different orientations: square particles are found on the (100) surface, triangle particles on the (110) surface and hexagon particles are found on the (111) surface. Further theoretical study was carried out using numerical simulation with DFT method and SIESTA code. No significant influence of manganese presence has been found on the dissociative adsorption energy of dioxygen at the atomic scale. However, the diffusion barrier of the Fe, Mn, and O atoms are much less on the (110) surface than on the (001) surface. This can be an explanation for why the particles are bigger on the (110) surface than on the (100) surface.

L’objectif de ce travail est de proposer un mécanisme réactionnel pour l’oxydation aérobie d’hydrocarbures lourds, alcanes et alcènes, catalysée par les nanoparticules d’or. La co-oxydation du stilbène et du méthylcyclohexane est utilisée comme réaction modèle afin de comprendre les nombreux mécanismes mis en jeu. Le criblage initial d’une large gamme de catalyseurs d’or nous permet de mettre en évidence des effets de support dans cette réaction et d’établir un cahier des charges bien défini pour l’élaboration d’un catalyseur de référence. Une méthode chimique simple est mise au point pour préparer un tel catalyseur. Ce catalyseur, optimisé pour les réactions en milieux organiques apolaires, est ensuite utilisé pour réaliser des études macrocinétiques en variant de nombreux paramètres expérimentaux : température, concentration des réactifs, quantité de catalyseur. Un intermédiaire réactionnel clef, l’hydroperoxyde de méthylcyclohexane, est identifié. Après dosage, l’étude de l’évolution de sa concentration au cours du temps dans les différentes conditions de réaction permet de valider le mécanisme réactionnel existant et de mieux comprendre l’importance de certaines étapes élémentaires / The aim of this work is to propose a mechanism for the gold-catalyzed aerobic oxidation of bulky hydrocarbons, alkanes and alkenes. The co-oxidation of stilbene and methylcyclohexane is used as a model reaction to study different mechanisms which can take place simultaneously. After an initial screening of different gold catalysts in this reaction, essential characteristics of a reference catalyst for organic reactions in apolar media are identified. Based on these requirements, a straight-forward, chemical bottom-up method is designed to prepare this reference catalyst. This catalyst is used for macro-kinetic studies of the co-oxidation by modifying experimental parameters, such as temperature, alkane/alkene ratio, and reactants initial concentration. One key reaction intermediate, 1-methylcyclohexyl hydroperoxide, is identified. After titration, following the evolution of the concentration of this intermediate with time under the various reaction conditions considered validates the existing mechanism and highlight the importance of some elementary steps of the co-oxidation

Le procédé de galvanisation à chaud se compose d’un recuit continu suivi d’une immersion de la bande d’acier dans un bain de zinc afin de lui conférer une protection contre la corrosion. Au cours de l’étape de recuit de recristallisation des nouveaux aciers, dits à « haute limite élastique », les éléments d’addition, tel que l’aluminium, ségrégent et diffusent en surface où ils forment des îlots voire des films superficiels qui, mal mouillés par le zinc liquide, nuisent à la qualité du produit final. Dans ce cadre, l’étude s’est attachée d’une part à caractériser l’oxydation sélective d’alliages binaires Fe-Al et d’autre part, dans le cas modèle de l’α-alumine (0001), à déterminer les effets de la terminaison de surface sur l’énergie d’adhésion du zinc, à l’aide d’une approche combinant simulations numériques ab initio (théorie de la fonctionnelle de la densité) et expériences sous ultra-vide (réflectivité UV-visible, photoémission et désorption thermique). A l’issu de recuits calqués sur les conditions industrielles les alliages binaires Fe-Al (1,5 et 8% pds.) présentent en surface une couche couvrante d’γ-alumine de plusieurs nanomètres d’épaisseur. Une entrée du flux de gaz focalisée sur l’échantillon aboutit à une croissance vermiculaire des grains d’alumine alors qu’un flux de gaz homogène engendre une croissance plus structurée qui montre que l’approche modèle Zn/α-alumine (0001) est pertinente.Les simulations numériques faites aux premiers stades du dépôt, ont montré que, le zinc interagit faiblement avec la surface stœchiométrique (1x1), ce qui confirme l’expérience. Expérience et calcul convergent sur la valeur de ≈ 0,5 eV de l’énergie d’adsorption. Par contre, un excès de charge de surface peut considérablement renforcer l’adsorption. Deux mécanismes ont été identifiés et décrits en terme de stabilité thermodynamique, en fonction des conditions environnementales (pression, température) : (i) une sous-stœchiométrie surfacique en Al, telle que présente sur la terminaison polaire, (ii) un excès de groupements hydroxyles de surfaces, issus de la dissociation de l’eau, opérationnel aussi bien sur la terminaison polaire que non-polaire de l’alumine. En parallèle avec l’expérience, la simulation montre que le zinc est capable d’interagir fortement avec la surface en en déplaçant l’hydrogène des groupements hydroxyles de surface. L’énergie d’adsorption du zinc ainsi adsorbé, évaluée à 7 eV par le calcul, est du même ordre que la valeur expérimentale de 3,5 eV. L’étude étendue à plusieurs métaux de transition a permis d’identifier le titane comme élément montrant l’interaction la plus forte avec l’alumine et qu’un enrichissement en titane de la surface d’alumine peut fortement améliorer l’adhésion du zinc. / The process of continuous hot galvanization consists in annealing and then diving a steel strip in a zinc bath to confer it a protection against corrosion. During the recrystallization annealing step of the so call “high elastic limit’ steels, the additional elements, such as aluminum, segregate and diffuse towards the surface and form oxide islands or superficial film which degrade the zinc adhesion and harm the final quality. This study attempted, on one hand to characterize the selective oxidation of binary alloys and, on the other hand, to improve adhesion at the zinc/α-Al2O3 (0001) interface taken as a test bed. The originality of the research program is to be based on both numerical ab initio simulation (density functional theory) and experiments (UV-vis reflectivity, photoemission, thermal desorption) to determine the parameters of greater relevance.After annealing based on industrial conditions, binary alloys (1.5%- 8% wt.) are totally covered by γ-alumina layer some nanometers in thickness. Gas flow focused on the sample leads to a ‘worm’ like growth of the alumina grains while an homogeneous flow gives rise to a well- structured growth which shows the relevance of the study of Zn/α-alumina (0001).The numerical simulations of the early stage of deposition show that, zinc interacts weakly on a stoichiometric surface (1x1) what is in agreement with experiments. Experiment and theory converge on 0.5 eV for adhesion energy. On the other hand, an excess of surface charge can considerably reinforce the adsorption. Two mechanisms were identified and described in terms of thermodynamics stability according to the environmental conditions (pressure, temperature): (i) electron deficiency present at polar termination, such as oxygen rich (ii) an excess of surface hydroxyls groups issued from water dissociation. Interestingly, this effect is operational on both polar and non-polar terminations. In parallel with experiments, calculation show zinc is able to spill over the hydroxyls groups and interact strongly with the surface. Adhesion energy is 7 eV which is in a good agreement with the 3.5 eV of experimental value. Extended over the 3d transition metals series, the calculations identify titanium as the element exposing the strongest interaction with alumina. By focusing on the adhesive characteristics at the Zn/alumina interfaces, calculations show that titanium enrichment can indeed improve considerably the adhesion.

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.