L'objectif de ce travail concerne l'étude de deux classes de catalyseurs, les oxydes mixtes (CuO/Al2O3, CuAl2O4, CuO-CuCr2O4, CuO-ZnO-Al2O3 dopés ou non par Ag et Mn) et les métaux nobles supportés (Pd/Al2O3 et Pt/Al2O3, Pd-Pt/Al2O3 dopés ou non par B) utilisés dans deux réactions différentes: la réaction d'oxydation à basse température de l'ammoniac en azote et la combustion catalytique à haute température du méthane pour la production d'énergie. Le biogaz, énergie renouvelable, est constitué majoritairement de méthane et de dioxyde de carbone. Il contient, entre autres, des traces d'ammoniac (NH3 < 1000 ppm) qu'il convient d'éliminer avant d'envisager son utilisation comme vecteur d'énergie. Nous avons synthétisé des systèmes catalytiques à base d'oxydes de cuivre par différentes méthodes. Ces catalyseurs existent sous différentes formes dont l'obtention dépend du mode de synthèse utilisé, de la teneur en cuivre et de la température de calcination. Ils présentent des propriétés physico-chimiques différentes ce qui affecte à la fois leur activité en oxydation de l'ammoniac et leur sélectivité en azote.Des catalyseurs mono et bimétalliques à base de palladium et de platine ont été déposés sur -Al2O3 puis stabilisés par un traitement à haute température en présence de vapeur d'eau. Ils ont été ensuite utilisés en combustion de CH4 (200-800°C).L'activité des catalyseurs utilisés en oxydation de NH3 ou en combustion de CH4 est affectée par l'empoisonnement par H2S. Toutefois l'importance de la désactivation de ces catalyseurs est fonction de la méthode de synthèse utilisée.

La magnétite Fe3O4, bien qu'elle soit le plus ancien matériau magnétique connu, est l'objet de problématiques pertinentes pour la physique d'aujourd'hui. Depuis le milieu des années 1990, ce matériau a été revisité dans le cadre du développement de l'électronique de spin. En effet, les calculs de bandes lui ont prédit un caractère demi-métallique qui, associé à sa haute température d'ordre magnétique (850~K), laisse espérer des effets magnétorésistifs importants à température ambiante. Fe3O4 possède en outre des propriétés électriques originales: mécanisme de transport par saut, forte résistivité à basse température, transition métal-isolant. Nous avons étudié les propriétés de couches minces de Fe3O4 épitaxiées par ablation laser. Leur magnétisme présente des particularités liées à des hétérogénéités de composition ou aux défauts structurels propres à ces couches (parois d'antiphase). Nous avons ensuite réalisé des structures multicouches mettant en évidence pour la première fois des effets magnétorésistifs propres aux oxydes, notamment un effet de magnétorésistance géante spéculaire et un effet de magnétorésistance sans espaceur.

Cette thèse propose une stratégie de calcul pour étudier les oxydes des métaux de transition de la première série à l'aide de la théorie de la fonctionnelle de la densité. Elle consiste en la validation d'une méthode de calcul sur un système donné en reproduisant au mieux les observations expérimentales, puis son utilisation pour compléter nos connaissances des propriétés spectroscopiques et de la réactivité de ces systèmes. A partir de l'étude en matrice de gaz rare des produits de la réaction de Ni, Ni2+O2 par spectroscopie d'absorption, nous avons rassemblé un ensemble de données expérimentales pertinentes sur les oxydes NiO2 et Ni2O2. Pour le premier, dont l'état fondamental du complexe eta-2 faisait l'objet de publications contradictoires, nous avons fourni une description générale de la réactivité en accord avec celle de l'expérience. Nous avons notamment mis en évidence les deux chemins réactionnels possibles, thermique (à partir des réactifs dans leurs états fondamentaux) et photochimique, de la formation du composé final, le produit de l'insertion ONiO. Le cas de Ni2O2 nous a poussés à développer une méthode particulière. Ce composé est caractérisé par un couplage antiferromagnétique avec de la densité de spin non nulle portée par les deux centres métalliques. Pour traiter ce cas avec une méthode monoréférence, nous avons conçu une procédure dans laquelle un calcul "Broken Symmetry", suivi de l'analyse de la fonction d'onde contaminée ainsi obtenue et de la valeur moyenne , ont permis d'ajuster la fraction d'échange HF dans la fonctionnelle hybride utilisée pour décrire des observables expérimentaux. Cette procédure a été employée pour traiter les dioxydes de type M2O2 (avec M = Cr, Mn, Fe, Co, Ni, Cu) et observer l'évolution de leurs propriétés en fonction du centre métallique. L'état singulet antiferromagnétique a été trouvé comme état fondamental pour tous ces oxydes, excepté dans le cas de Cu2O2. L'interaction antiferromagnétique entre les deux atomes de cuivre n'est pas suffisamment élevée pour favoriser la structure rhombique antiferromagnétique que l'on observe pour les autres métaux. Nous avons montré que la stabilité de ces oxydes est essentiellement due à l'interaction de superéchange entre les centres métalliques et le ligand diamagnétique (O2−). En accord avec ce schéma, nous avons établi, par une étude topologique des fonctions locales rho(r) et ELF, que les dioxydes bimétalliques doivent être considérés comme (M2+)2(O2−)2.

Ce travail concerne la synthèse et l'étude de nanoparticules d'oxydes de terres rares. Les agrégats sont synthétisés par LECBD (Low Energy Cluster Beam Deposition) puis déposés sur différents substrats pour analyse. La spectroscopie de photoélectrons X montre que les agrégats produits possèdent la stoechiométrie du matériau massif. Les dépôts sont imagés par microscopie électronique. Dans les conditions usuelles les agrégats déposés ont une taille faiblement dispersée autour d'une valeur moyenne de 3 nm. Les agrégats sont alors cristallisés et présentent une forme particulière, le dodécaèdre rhombique. La conservation de la structure cristalline ainsi que la stabilité particulière du dodécaèdre rhombique sont discutées en relation avec les propriétés de la liaison ionique. Les propriétés de luminescence de Gd2O3 dopé Eu3+ ont permis de mettre en évidence une transition de structure pour les agrégats de très petite taille. Cette transition peut être expliquée par la pression de Gibbs induite par la tension de surface. La simulation de la luminescence des agrégats montre l'influence importante de la surface dans l'élargissement inhomogène des spectres de luminescence des nanoparticules. Le confinement quantique dans Gd2O3 dopé Eu3+ est démontré. Le comportement observé présente des similitudes avec celui de matériaux moins ioniques. Une interprétation est proposée.

Cette thèse s'inscrit dans un programme initié par EDF afin de comprendre, de modéliser et de limiter la contamination du circuit primaire des réacteurs à eau sous pression par des particules colloïdales issues de la corrosion. Le comportement électrostatique de particules d'oxydes représentatives (ferrite de cobalt (CoFe2O4), ferrite de nickel (NiFe2O4) et la magnétite (Fe3O4)) a été étudié dans les conditions physico-chimiques du circuit primaire : en température (jusqu'à 320°C), en présence d'acide borique B(OH)3 et de lithine LiOH. Le point isoélectrique (PIE) et le point de charge nulle (PZC), mesurés entre 5 et 320°C, présentent, comme le pKe de l'eau, un minimum vers 200°C. Les constantes thermodynamiques de protonation ont été calculées. Le potentiel zêta et le PIE diminuent en présence d'acide borique, à cause de la sorption d'ions borate. La lithine n'a pas d'effet marqué. La modélisation de ces résultats dans des conditions représentatives du circuit primaire montre que ce type d'oxydes a une surface négative ce qui explique leurs propriétés de sorption et d'adhésion.

De nombreux oxydes doubles du lithium ou du sodium et d'un élément de degré d'oxydation 4 ont été étudiés. A la différence des composés oxygénés ternaires du potassium qui présentent une grande diversité de formules (1), propriété liée au caractère fortement électropositif du potassium, ceux du lithium et du sodium répondent pour la plupart aux formules...

Cette thèse s'inscrit dans le cadre de l'étude des excitations électroniques dans des matériaux fortement corrélés, ici les monoxydes de métaux de transition CoO, NiO et CuO, le cuprate La2CuO4 et le nickelate La2NiO4. Nous avons utilisé la diffusion inélastique résonante des rayons X (RIXS) pour étudier la dynamique des excitations de basse énergie (quelques eV) dans ces isolants de transfert de charge. Cette étude a été possible grâce à un développement instrumental permettant une amélioration de la résolution expérimentale d'un facteur 3 pour atteindre 300 meV. <br /><br /> Dans les monoxydes, nous avons étudié les excitations localisées du champ cristallin. Dans La2CuO4, et La2NiO4, nous avons plus particulièrement étudié les excitations de transfert de charge. Un exciton (état lié électron-trou) a été observé dans les deux matériaux avec cependant une dynamique différente. Dans La2CuO4, l'exciton a un comportement dispersif alors que dans La2NiO4, il est localisé par les corrélations antiferromagnétiques. Un modèle invoquant la formation d'un singulet de Zhang et Rice dans le cuprate a été proposé pour expliquer cette dynamique excitonique dans le réseau antiferromagnétique sous-jacent.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Sciences : Chimie. Sciences des matériaux : Toulon : 2007. / Thèse soutenue en co-tutelle. Titre provenant du cadre-titre. 150 références bibliographiques.

Thèse de doctorat : Optique et lasers - Physico-chimie - Atmosphère : Lille 1 : 2008. / N° d'ordre : 4171. Résumé en français et en anglais. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 179-187. 142 réf.

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