Produire l’hydrogène, énergie propre, à partir de ressources renouvelables (biomasse) est un enjeu international d’actualité. Deux types de catalyseurs à base de Ni, CeNiXOY et NiXMg2AlOY, sont étudiés pour la production de H2 à partir de l’éthanol selon deux voies, le reformage vapeur et le reformage oxydant (H2O/EtOH = 3). De nombreuses caractérisations physico-chimiques des catalyseurs permettent de proposer des sites actifs et un mécanisme réactionnel. Les nano-composés CeNiXOY et NiXMg2AlOY sont capables de stocker différentes espèces hydrogène, en particulier des espèces hydrures. Une fois traités in situ sous H2 à température adéquate, ces oxydes mixtes deviennent des nano-oxyhydrures avec la présence d’espèces O2-, de cations en interaction forte et de lacunes anioniques. Ces solides sont des catalyseurs très actifs et efficaces pour la transformation de l’éthanol. Le catalyseur Ni12Mg2AlOY permet d’obtenir un haut rendement en H2 à basse température avec une production de 3 mol molEtOH-1 à 300 °C sans formation de CO. Les catalyseurs Ni3Mg2AlOY et CeNi1OY permettent une forte production de H2 avec 5 mol molEtOH-1 à 650 °C. En présence de O2, les oxyhydrures CeNiXHZOY et NiXMg2AlHZOY (30 mg) sont capables de convertir totalement l’éthanol en produisant 45 mol% de H2 avec une température de four de seulement 60 °C, avec une remarquable stabilité pendant au moins 75 h. Cette réaction auto-entretenue à température ambiante est principalement due à l’énergie dégagée par la réaction exothermique entre les espèces hydrures stockées dans les catalyseurs avec O2 ; les espèces hydrures sont continuellement formées à partir de l’éthanol permettant une réaction soutenue. / The potential benefits of hydrogen economy based on renewable energy sources (biomass) have drawn much attention. Hence studies on H2 production from catalytic transformation of bio-ethanol are very interesting and promising. Two types of Ni-based catalysts, CeNiXOY and NiXMg2AlOY, are studied for H2 production from ethanol through two routes, steam reforming and oxidative steam reforming (H2O/EtOH = 3). Numerous physico-chemical characterizations of the catalysts allow proposing active sites and possible mechanism. The CeNiXOY and NiXMg2AlOY nano-compounds are able to store different hydrogen species in particular hydride species. Once in situ treated in H2 at proper temperature, these mixed oxides become nano-oxyhydrides with the presence of anionic vacancies, O2- species and cations in close interactions which are highly active and efficient catalysts for ethanol steam reforming. The Ni12Mg2AlOY catalyst allows obtaining a low-temperature high-yield H2 production of 3 mol molEtOH-1 at 300 °C without the formation of CO. The Ni3Mg2AlOY and CeNi1OY catalysts are able to produce a very high H2 production of about 5 mol molEtOH-1 at 650 °C. In the presence of O2, CeNiXHZOY and NiXMg2AlHZOY oxyhydrides (30 mg) enable to completely convert ethanol with about 45 mol% H2 production with the oven temperature at only 60 °C, showing remarkable stability for 75 h on stream. This self-sustainable reaction is driven by the energy released from the strong exothermic reaction between the hydride species stored in the catalysts with O2, at the same time hydride species are continuously formed from ethanol to make the reaction sustainable.

Un des enjeux actuels pour la production d’énergie propre est la transformation de la biomasse en hydrogène. Dans cette optique, la production d’hydrogène est étudiée par vaporeformage oxydant de l’éthanol (OSRE) à basse température sur des catalyseurs oxydes mixtes CeNixOy, dopés ou non avec Al ou Zr. Ces catalyseurs ont été synthétisés par coprécipitation puis caractérisés via différentes techniques physico-chimiques. L’influence de différents paramètres a été étudiée comme les rapports O2/EtOH et H2O/EtOH, ou la teneur en nickel dans les catalyseurs. De bons résultats ont été obtenus en vaporeformage autotherme de l’éthanol à 300°C. A une température de four de 50°C, ces catalyseurs nano-oxyhydrures riches en espèces hydrures permettent une activité extrêmement intéressante du catalyseur même avec des concentrations élevées en eau. En effet, dans les conditions EtOH/H2O/O2 égales à 1:7:1,6, les catalyseurs ternaires CeNixM0,5Oy (M = Al ou Zr), prétraités sous H2, permettent une conversion en éthanol supérieure à 90 % avec un pourcentage d’H2 de 50 à 60% dans la distribution de produits. L’augmentation du rapport en eau diminue cependant la température du catalyseur, ce qui diminue le pourcentage de CO dans la distribution de produits en augmentant la formation de carbone. Les caractérisations mettent en évidence l’importance de la présence d’interactions fortes entre Ce et Ni (et Al ou Zr dans le cas des catalyseurs ternaires), en accord avec la présence d’une solution solide Ce-Ni-(M)-O (M = Al ou Zr). Finalement, un site actif comportant des cations en interaction forte et un mécanisme réactionnel faisant intervenir des espèces hydrures peuvent être proposé / Nowadays, one of the main challenges for green energy production is biomass transformation into hydrogen. To this purpose, hydrogen production is studied by low temperature oxidative steam reforming of ethanol (OSRE) over CeNixOy (with or without Al or Zr) mixed oxide catalysts. These catalysts have been synthesized by coprecipitation and characterized by different physicochemical characterizations. The influence of different parameters has been studied such as O2/EtOH and H2O/EtOH ratios as well as the nickel content in the catalysts. Good results are obtained in autothermal steam reforming of ethanol at 300°C. With an oven temperature at 50°C, the nano-oxyhydrides catalysts containing high amounts of hydride species allow very interesting activities even in presence of high concentration of water. Indeed, in EtOH/H2O/O2 = 1:7:1.6 conditions, pretreated in H2 CeNixM0.5Oy (M = Al or Zr) ternary catalysts, allow an ethanol conversion higher than 90%, with a H2 formation between 50 to 60% in the products distribution. A high water content (H2O/EtOH) decreases the catalyst temperature, and leads to low CO formation but raises carbon formation. The characterizations evidence the importance of the presence of strong interactions between Ce and Ni species (and Zr or Al for ternary catalysts), in agreement with the presence of a Ce-Ni-(M)-O (M = Al or Zr) solid solution. Finally, an active site involving cations in strong interaction and a mechanism involving hydride species can be proposed.