Au cours de ce travail de thèse, nous avons développé un procédé plasma-catalyse d'élimination de l'acétaldéhyde en utilisant un processus diphasique couplant un catalyseur nano-structuré et a plasma à la pression atmosphérique. L’élaboration du catalyseur nanostructuré a été d'abord étudiée. Puis la performance de dégradation du polluant a été étudiée. Les nanoparticules monodispersées (titane-oxo-alcoxy) sont générées dans le réacteur de sol-gel avec micro-mélange turbulent et déposés sur des plaques de verre ou des billes de verre comme monocouches nanostructurées. Le dépôt de l'argent et de l'or est réalisé par la réduction des ions sous l’irradiation de UV-A. La cinétique de croissance photocatalytiques et de la morphologie des nanoparticules sont étudiés expérimentalement par les méthodes MET, MEB et AFM. Il est également intéressant de discuter du mécanisme de la formation des nanoparticules et d'évaluer son efficacité quantique. Les conclusions expérimentales sont supportées théoriquement par le calcul des spectres d'absorption. Ensuite l'efficacité du processus de couplage d'une décharge à barrière diélectrique et d’un lit fluidisé d'argent et d’or nanostructurés, pour la dégradation d'un polluant modèle (acétaldéhyde CH₃CHO), est étudiée. Dans la première partie, l'efficacité du procédé plasma seul est discutée, en termes de dégradation des polluants et de production de CO et CO₂. Dans la deuxième partie, la dégradation de CH₃CHO ainsi que la production COx sont étudié en fonction du temps de réduction photocatalytique d’Ag+ et d’Au³⁺ ions, qui est liée à la masse d'argent et d’or déposée. Les voies de dégradation des polluants, notamment la chimie homogène dans la phase de plasma et la chimie hétérogène sur la surface, sont discutées. Enfin, la production des sous-produits principaux est présentées et comparées entre les catalyseurs Ag et Au. / During this Phd work, we have developed a plasma-catalytic process of acetaldehyde removal using a diphasic process coupling a nano-structured catalyst and an atmospheric pressure plasma. The elaboration of the nanoparticulate catalyst has been firstly studied. Then its performance coupling with plasma has been investigated. The monodispersed titanium-oxo-alkoxy nanoparticles are generated in the sol-gel reactor with turbulent micromixing and deposited onto glass plates or glass balls as monolayer nanocoatings. The silver and gold deposition is achieved by the ions reduction at UV-A light illumination. The photocatalytic growth kinetics and nanoparticle morphology are studied experimentally by the TEM, SEM and AFM methods. It’s also interesting to discuss the mechanism of the nanoparticles formation and evaluate its quantum efficiency. The drawn conclusions are supported theoretically through the calculation of the absorption spectra. Then the efficiency of the process coupling a dielectric barrier discharge and a fluidized nanostructured silver and gold based bed for the degradation of a model pollutant (acetaldehyde CH₃ CHO) is studied. In the first part, the efficiency of the plasma alone process is discussed, in terms of pollutant removal and CO and CO₂ production. In the second part, CH₃ CHO removal as well as COx production is studied as a function of the photocatalytic reduction time of Ag⁺ and Au³⁺ ions, which is related to the deposited silver and gold mass. The pollutant removal pathways, including homogeneous chemistry in the plasma phase and heterogeneous chemistry on the surface, are discussed. Finally, the production of main by-products is presented and compared between Ag and Au catalysts.

Ce travail de thèse s’intéresse aux phénomènes de surface ayant lieu lorsque l’on combine un procédé en phase homogène – contrôlé par la chimie d’un plasma non-thermique – et un procédé en phase hétérogène – contrôlé par la chimie ayant lieu à la surface d’un matériau nanostructuré Ag/TiO₂/SiO₂ – lors de la dégradation de l’acétaldéhyde, CH₃CHO.Il a été montré que le procédé diphasique permet de convertir 100 % de l’acétaldéhyde à traiter avec une SIE de 168 J.L-1 (soit une puissance de 280 mW). Dans ces conditions, CH₃CHO est converti en COx à plus de 60 %. Une telle efficacité n’est pas atteinte avec les procédés en phase homogène et en phase hétérogène seuls. Les processus se déroulant au sein du procédé diphasique mènent donc à une dégradation de CH₃CHO autrement meilleure que l’ensemble des cinétiques mises en oeuvre lors de l’utilisation des deux procédés seuls.Afin de comprendre quels processus physico-chimiques permettent d’obtenir un tel effet de synergie, l’étude de l’interaction acétaldéhyde/surface a été initiée, par spectroscopie infrarouge à réflexion diffuse (DRIFTS), et constitue le coeur de ce travail de thèse. Une attention particulière a été portée à l’étude des modes d’adsorption de l’acétaldéhyde sur Ag/TiO₂/SiO₂ en absence de plasma. Puis, l’effet de l’apport d’une source thermique et d’une espèce à fort pouvoir oxydant (l’ozone) sur l’acétaldéhyde présent en phase adsorbé a été évalué. / This thesis investigates the surface phenomena which occur when combining a homogeneous phase process – governed by the chemistry of a non-thermal plasma – and a heterogeneous phase process – controlled by the chemistry taking place on the surface of a nanostructured Ag/TiO₂/SiO₂ material – during acetaldehyde (CH₃CHO) removal.It has been shown that acetaldehyde can be removed up to 100 % with a 168 J.L-1 SIE consumption, by using the diphasic process. In these conditions, CH₃CHO is converted into 60 % of COx. Such efficiency is not achieved when using the homogeneous and heterogeneous phase processes alone. Thus, the physico-chemical phenomena occurring in the diphasic process allow a higher CH₃CHO removal compared to the whole kinetics involved in the homogeneous and heterogeneous phase processes alone. So as to understand which physico-chemical processes are involved in this synergistic effect, the study of the acetaldehyde/surface interaction has been started, by Diffuse-Reflectance Infrared Fourier Transform Spectroscopy (DRIFTS), in this thesis. The acetaldehyde adsorption modes on the Ag/TiO₂/SiO₂ surface, without plasma, have been pointed out. Moreover, the effect of bringing a thermal energy source or an oxidizing species (like ozone) on adsorbed acetaldehyde has been evaluated.

Les travaux présentés dans cette Habilitation à Diriger des Recherches ont eu comme point de départ le développement, l'étude et l'utilisation de systèmes de décharges H.T. impulsionnelles. Ils ont porté sur différents sujets liés aux plasmas hors équilibre thermodynamique (essentiellement à pression atmosphérique) et à leurs applications dans des domaines aussi variés que la biologie, l'environnement ou l'énergétique.<br />Le spectre des thèmes abordés est assez large et regroupe les études sur :<br /> la cinétique réactionnelle du milieu actif du laser à excimère XeCl,<br /> le développement de sources flash de rayonnement X,<br /> les différents continua d'excimères de gaz rares à très haute pression (30 bars) excités par flash de rayonnement X,<br /> la réduction des oxydes d'azote (deNOx) par association plasma-catalyse et oxydation des Composés Organiques Volatils (deCOV),<br /> la production de gaz de synthèse et d'hydrogène à partir d'hydrocarbures, l'aide à la combustion des moteurs automobiles, et l'initiation de la réaction dite de "Water Gas Shift" pour la réduction du monoxyde de carbone par décharge à barrière diélectrique.

Ce travail a pour objectif d'explorer l'efficacité des procédés plasmas à oxyder les hydrocarbures émis à l'échappement moteur lors du démarrage à froid. Nous avons étudié la dégradation d'un composé modèle : l'acétylène. Nous avons montré qu'il était possible de l'oxyder quantitativement par des décharges pauvres en oxygène en utilisant une configuration Fil-Cylindre. Les principaux produits d'oxydation sont CO et CO2. Une étude cinétique a montré que la principale voie d'élimination de l'acétylène est l'oxydation de celui-ci avec l'oxygène atomique. Nous avons également étudié la dégradation de composés plus complexes : le toluène et le naphtalène. La dégradation s'avère plus efficace pour le naphtalène que pour le toluène. Une dernière étude a montré que la nature d'un lit fixe de matériau (Al2O3, TiO2...) au sein de la décharge pouvait affecter les performances du procédé d'oxydation en influençant le mécanisme de propagation de la décharge ou par le biais de la chimie de surface.