Depuis quinze ans, de multiples instruments de mesure ont été envoyés vers Mars et explorent aujourd'hui sa surface ou y sont en orbite. Les données, renvoyées par ces sondes ont fourni une grande quantité d'informations quant aux conditions régnant aujourd'hui sur Mars, mais aussi sur la géologie des terrains et sur la minéralogie associée. Les minéraux découverts sur Mars se sont formés dans des conditions tout à fait différentes de celles qui y règnent aujourd'hui.Une approche associant modélisations numériques et expériences est proposée pour permettre d'identifier l'influence de divers processus comme le rayonnement UVC, la température et la pression partielle de CO2 ou de SO2. Des expériences en boîte à gants sont réalisées à des pressions partielles de CO2 de 10-6 bar, 10-3 bar et 10-2 bar, en présence ou non de rayonnement UVC. Conjointement à ces expériences, des expériences en capsules en or sont menées pour des températures de 20°C et 50°C avec des pressions partielles de CO2 d'environ 10-3 bar, 10-2 bar et 1 bar ainsi qu'avec une pression partielle de SO2 d'environ 1 bar. Les résultats ont montré qu'il était possible de reproduire expérimentalement et par les codes de calculs, la minéralogie supposée résultant de l'altération d'un verre basaltique de composition proche de roches martiennes. L'observation de carbonates de calcium dans les expériences réalisées à des pressions partielles de CO2 supérieures à 10-3 bar est en accord avec la prédiction de ces mêmes minéraux par des simulations numériques réalisées avec le logiciel DISSOL. Néanmoins, l'abondance de ces carbonates dans les deux types de modélisations, ainsi que leur composition à dominance calcique, contrastent avec les observations des rares minéraux carbonatés magnésiens à la surface de Mars. Ce contraste pose les questions concernant la composition de l'atmosphère, la composition initiale du verre et la préservation des carbonates après leur précipitation. Bien que des argiles n'aient pas été observées dans les expériences à cause d'un taux de dissolution du verre trop faible, des montmorillonites ferrifères et magnésiennes sont prédites dans les simulations numériques quelle que soit la pression partielle de CO2. De la beidellite sodique est également prédite dans le cas où les conditions atmosphériques martiennes seraient réductrices quelle que soit la pression partielle de CO2. Contrairement aux observations de la surface de Mars, aucune nontronite ne précipite. Les sulfates sont absents des paragenèses minérales obtenues lors des expériences avec une atmosphère à CO2. Dans les modélisations, aucun minéral sulfaté n'est néoformé pour les pressions partielles de CO2 imposées (> 10-6 bar) et la teneur en soufre du verre expérimental de synthèse. Toutefois, la précipitation de gypse peut être observée dans les simulations si la teneur en soufre est 100 fois supérieure à celle du verre utilisé pour ce travail. L'absence de sulfates magnésiens, de même que de carbonates magnésiens suggère que la composition chimique choisie pour le verre soumis à l'altération ne correspond pas totalement celle de la roche qui a pu donner les différents assemblages minéralogiques observés à la surface de Mars. En revanche, des sulfates de calcium et, des sulfates de fer et d'aluminium sont observés pour des expériences en capsules avec une atmosphère à SO2. Le rôle des atmosphères est essentiel quant à l'abondance des minéraux carbonatés et des minéraux sulfatés. Les expériences montrent que les radiations UVC accélèrent la dissolution du verre et favorise l'oxydation partielle du soufre du verre en pyrite / Process of deterioration on the primitive surface of Mars: experimental and digital simulations and mineralogical implications

La température et la pression partielle d’oxygène (PO2) constituent les paramètres majeurs contrôlantles évolutions thermochimiques en réacteur des combustibles nucléaires de type oxyde, et notammentla spéciation des produits de fission potentiellement corrosifs (Cs, I, Te). Pour limiter les risques derupture de la gaine en Zr par corrosion, une solution innovante consiste à imposer au combustible defonctionner dans un domaine de PO2 où les espèces chimiques des gaz de fission sont inoffensives, pardopage in-situ avec un tampon oxydo-réducteur solide. Le niobium, avec ses couples redoxNbO2/NbO et Nb2O5/NbO2, a été identifié comme le candidat le plus prometteur. Un procédé defabrication d’un combustible dopé niobium répondant à cet objectif et conforme aux spécificationsd’usage (densité, microstructure) a été optimisé. L’étude expérimentale du système UO2-NbOx a révélél’existence à 810°C d’une phase liquide entre UO2 et NbO2, non identifiée à ce jour. La caractérisationdes phases solides et en solution du niobium nous a conduit à proposer un modèle thermodynamiquede solubilité du dopant dans UO2 à 1700°C. Une étude approfondie de la spéciation du niobiumprécipité a permis d’identifier la présence simultanée dans le matériau des phases majeures NbO2 etNbO, ainsi que Nb en moindre teneur. La coexistence du niobium sous deux degrés d’oxydationdifférents constitue un élément-clé de démonstration d’un possible effet tampon in-situ, dont l’impactest observé sur certaines propriétés du combustible dépendantes de la PO2, la densification notamment.Les résultats confirment le potentiel prometteur des combustibles tamponnés en PO2 au regard de sesperformances en réacteur. / Temperature and oxygen partial pressure (PO2) of nuclear oxide fuels are the main parametersgoverning both their thermochemical evolution in reactor and the speciation of volatile fissionproducts such as Cs, I or Te. An innovative way to limit the risk of cladding rupture by corrosionunder irradiation consists in buffering the oxygen partial pressure of the fuel under operation in a PO2domain where the fission gas are harmless towards Zr clad, by using solid redox buffers as additives.Niobium, with its NbO2/NbO and Nb2O5/NbO2 redox couples has been found to be a promisingcandidate to this end. A manufacturing process of a buffered UO2 fuel, doped with niobium has beenoptimized, in order to fulfill usual specifications (density, microstructure). The experimental study ofthe UO2-NbOx system has shown the existence of a liquid phase between UO2 and NbOx at 810°C,which was not reported in the literature. The characterization of Nb containing phases present in UO2both in solid solution and as precipitates has lead us to propose a solubility thermodynamic model ofniobium in UO2 at 1700°C. An extensive study of the niobium precipitates shows the co-existence inthe fuel of NbO2 and NbO as major phases, together with small amounts of metallic Nb. The coexistenceof niobium under two oxidation states inside the fuel is a key element of demonstration of apossible in-situ buffering effect, which is likely to impact some properties of the material that aredependent upon PO2, such as densification. These results confirm the promising potential of oxygenbuffered fuels as regard to their performance in reactor.

L'enjeu de cette recherche est l'étude des couches tampons CeO2 et La2Zr2O7 pour supraconducteurs destinés au transport de l'énergie. Nous avons utilisé des méthodes douces et peu onéreuses pour l'élaboration des couches CeO2/SrTiO3 et La2Zr2O7/LaAlO3 tel que la méthode MOD (Metal Organic Deposition) qui s'avère bien adaptée pour la fabrication des couches tampons pour les supraconducteurs déposés (coated conductors). La comparaison de différents précurseurs de Cérium a été faite dans le but d'obtenir le précurseur adéquat pour le processus MOD. Le spin coating a été utilisé pour faire des dépôts de solution de précurseurs Ce(EH)3 et LZ(propionique) sur différents substrats. Les analyses thermogravimétriques des différents précurseurs ont permit la détermination du mode de décomposition (perte de masse en fonction de la température), d'estimer l'humidité absorbée par les précurseurs, de déterminer la température de cristallisation de l'oxyde et de discuter de la nature mixte ou pas du proprionate de lanthane-zirconium. L'analyse de microstructure et de la texture des films CeO2 et La2Zr2O7 est faite par diffraction des rayons X (balayages -2, -scan, -scan et figures de pôles). L'AFM et le MEB ont permis d'étudier la rugosité, la topologie et la morphologie de la surface. Le traitement thermique des couches tampons Ce(EH)3/SrTiO3 et (La(prop)3+ Zr(prop)4)/LAO sous différentes atmosphères nous a permis de différentier la croissance poly cristalline de la croissance épitaxiale. L'élimination du carbone résiduel dans les joints de grains bloquant la croissance des grains a été réalisée par le contrôle de la pression partielle d'oxygène lors du palier de cristallisation ; cette étape permet d'améliorer la texture des couches tampons. La vitesse de montée en température a une influence sur la nucléation dont l'influence a été étudiée. L'augmentation de la vitesse de montée favorise la nucléation hétérogène et diminue le nombre de nucléus, favorisant la naissance de grains épitaxiés plus gros. Finalement, on a réalisé des multicouches CeO2/La2Zr2O7/LaAlO3 et YBaCuO/CeO2/YSZ/IBAD pour valider les différents résultats obtenus.

On admet que l'océan absorbe environ 30% de l'excès de dioxyde de carbone (CO2) atmosphérique d'origine anthropique. Une évaluation plus précise de ce pourcentage est actuellement très difficile. Des prévisions sont tentées à travers des modèles, mais la modélisation des échanges air-mer se heurte encore à de nombreuses inconnues: répartition des pressions partielles de CO2 dans les océans, vitesse d'échange, rôle de la production biologique...Il y a un besoin urgent de données pour valider les modèles et pour résoudre les différentes échelles spatio-temporelles des variabilités de CO2 liées à des processus physiques et biologiques. L'exemple de la Méditerranée offre un cadre favorable pour une telle démarche, car elle réunit sur une zone relativement peu étendue un échantillonnage assez complet de la diversité des processus qui interviennent dans le cycle du carbone à l'échelle globale. Nous avons abordé cette étude en un point fixe du bassin Liguro-Provençal dans le cadre du programme JGOFS "Dyfamed". Les mesures mensuelles de pCO2 faites en surface pendant deux années, mettent en évidence la très grande variabilité spatio-temporelle de pCO2 aussi bien à l'échelle d'une heure qu'à l'échelle de quelques jours. Malgré cette variabilité, les mesures mensuelles ont permis d'observer un cycle bien défini de pCO2 dans les eaux de surface, d'une amplitude de l'ordre de 120 µatm. L'analyse des processus responsables des variations saisonnières du cycle de pCO2 au site Dyfamed permet de mettre en place des relations saisonnières empiriques entre la distribution de pCO2 et celles d'autres paramètres, dans le but d'extrapoler à une autre région les résultats obtenus au site Dyfamed à l'aide de paramètres plus couramment mesurés ou que l'on peut obtenir à partir de mesures satellitales. A partir de l'analyse de la distribution superficielle de pCO2 à une plus large étendue de la Méditerranée, il est apparu impossible d'établir une relation unique traduisant les variations spatio-temporelles de pCO2, et qui permettrait ainsi de prédire la répartition de pCO2 à l'échelle de la Méditerranée. La principale limite actuelle réside dans le fait qu'il faudrait avoir des mesures de pCO2 à plusieurs saisons et si possible dans tous les bassins.

Mise au point d'un appareillage permettant des études in situ de réactions solide-gaz dans une large gamme de températures; étude de différentes phases du système SrFeO3-y(y = 0,5-1) en fonction de la température et de la pression partielle d' oxygène; étude des composes du système SnF2 - SnF4 et établissement d' une corrélation entre les paramètres Mössbauer et les propriétés structurales.

Les oxydes La2Mo2-yWyO9 (1,0 ≤y ≤ 2,0) ont été obtenus par voie de synthèse solide-solide et caractérisés par diffraction des rayons X (température ambiante et en température) ainsi que par analyse thermique différentielle. Un diagramme de phase de ce système est proposé. Les phases thermodynamiquement stables à température ambiante sont : pour 1,0≤ y ≤1,2 une solution solide de type β-La2Mo2O9 (cubique); pour 1,3≤ y ≤1,575 un domaine biphasique de phases de type β-La2Mo2O9+ α-La2W2O9 et pour 1,6≤ y ≤2,0 une solution solide de type α-La2W2O9. Dans le domaine biphasique, une distribution inhomogène du tungstène est suspectée. Il est clair que les composés à teneur en tungstène supérieure à y=1,2 ne conviennent pas pour utilisation en piles à combustibles à oxydes solides.Des études de diffusion cationiques par SIMS ont été menées sur des couples La2Mo2O9 (LMO)/La0.8Sr0.2MnO3-δ (LSM) après leurs recuits à haute température. Des cristaux de LaMnO3 en forme de barreau ont été observés sur les pastilles de LMO et la croissance d’une phase de type SrMoO4 a été constatée sur la pastille LSM. Des hypothèses expliquant les mécanismes possibles de diffusion sont présentés. Les coefficients de diffusion en volume du strontium et du manganèse dans LMO et du molybdène dans LSM sont estimés proches respectivement de 1x10-20 cm2.s-1 et 1x10-15 cm2.s-1 à 800°C. Des études similaires de diffusion ont été menées par dépôts de solutions riches en cations manganèse et strontium sur des pastilles de LMO et d’une solution riche en cation molybdène sur une pastille de LSM. Après recuit, la formation de cristaux de LaMnO3 au niveau de la zone de dépôt de la solution de manganèse a été observée. Les coefficients de diffusion du molybdène dans LSM et du strontium dans LMO semblent être beaucoup plus importants -proches de 1-2x10-10cm2.s-1 à 1150°C- que ceux obtenus lors des mesures sur couple LMO/LSM. De par leur réactivité, le couple LMO/LSM ne semble pas adapté pour une application dans le domaine des piles à combustible, sauf si une couche tampon appropriée les sépare.Les stabilités de LMO et de LMO dopé tungstène ont été étudiées sous atmosphères réductrices. Suivant le taux de perte en oxygène, des changements structuraux successifs ont été observés : de phase LMO à La7Mo7O30(7730), phase amorphe réduite La2Mo2O7-δ et décomposition partielle sous forme de molybdène métallique. Le domaine de stabilité de La2Mo2-yWyO9 sous faible pression de O2 ne semble pas dépendant du taux de tungstène alors que la cinétique de réduction, elle, évolue avec y. En revanche, la limite de stabilité de la phase 7730 apparait dépendante du taux de tungstène. La phase réduite amorphe existe sur un large domaine de stoechiométrie en oxygène (7-δ de 6,69 à 6,20), cependant sa stabilité vs. PO2 reste à démontrer. Les mesures de résistivité conduites sur un échantillon amorphe de La2Mo2O7-δ de faible compacité et sans fissure ont montré une augmentation significative de la conductivité (> 1 S.cm-1 à 1000 K) vis-à-vis de La2Mo2O9, avec une pseudo-énergie d’activation de 0.255eV. Il a été supposé qu’une conductivité électronique de type n résulte de la réduction partielle des cations Mo6+ en Mo3+ et Mo4+. / La2Mo2-yWyO9 (y = 1.0 to 2.0) oxides were synthesized by conventional solid state route and studied by XRD, TC-XRD and DTA. A phase diagram of the series was proposed. The thermodynamically stable phases at room temperature are: for 1.0≤ y ≤1.2 a cubic β-La2Mo2O9 type solid solution, for 1.3≤ y ≤1.575 a biphasic mixture of β-La2Mo2O9 type + α-La2W2O9 type phases, and for 1.6≤ y ≤2.0 a triclinic α-La2W2O9 type solid solution. Inhomogeneous distribution of W is suspected in the biphasic samples. It is clear that the compounds above y =1.2 are not suitable for SOFC applications.Cationic diffusion studies were performed using SIMS on La2Mo2O9 (LMO)/La0.8Sr0.2MnO3-δ (LSM) annealed couples. Rod shaped LaMnO3 grains were observed on LMO pellet and SrMoO4 type phases were seen to be growing on LSM pellet. Hypotheses for possible reaction mechanisms are presented. Bulk diffusion coefficients of Sr and Mn in LMO and of Mo in LSM are extrapolated to be around 1x10-20 cm2.s-1 and 1x10-15 cm2.s-1, respectively, at 800oC. Similar diffusion studies were performed by depositing Mn and Sr cation rich solutions on LMO pellets and Mo rich solution on LSM pellet. Mn solution was observed to be forming, upon annealing, LaMnO3 single crystals on the surface of the LMO pellet. Mo in LSM and Sr in LMO diffusion coefficients appear to be much higher than in LMO/LSM couple experiments, namely around 1-2x10-10cm2.s-1 at 1150°C. Because of the reactivity, LMO/LSM couple is not desirable for SOFC applications, unless an appropriate buffer layer separates them.The stability of LMO and W-LMO was studied under reductive atmospheres. Successive structural changes from LMO to La7Mo7O30 (7730), an amorphous reduced phase La2Mo2O7-δ, and partial decomposition to metallic Mo were observed as a function of oxygen loss. The pO2 stability domain of La2Mo2-yWyO9 did not appear to change with W content, but the reduction kinetics varied with y. At reverse, the stability limit of the 7730 phase was found to be dependent on W content. The amorphous reduced phase can accommodate a wide range of oxygen stoichiometry (7-δ from 6.69 to 6.20), but its stability vs. pO2 is questioned. Resistivity measurements performed on a low compacity crack-free amorphous La2Mo2O7-δ sample showed significant increase in the conductivity (> 1 S.cm-1 at 1000 K) relative to La2Mo2O9, with a pseudo activation energy 0.255eV. It is postulated that n-type electronic conductivity arises from partial reduction of hexavalent Mo6+ to a mixture of Mo3+ and Mo4+.