Lors d’un freinage aéronautique, les disques en composite C/C constituant les freins sont susceptibles d'être pollués par différentes substances émanant d'éléments de structure de l’avion ou de produits déverglaçants. Ces impuretés, introduites en faible proportion, ont un impact sur les propriétés tribologiques et thermiques des carbones et peuvent être à l’origine d’une usure précoce du frein. Dans cette étude, le nickel, le calcium et le zirconium ont été retenus pour simuler ces contaminants. L’objectif de la thèse fut de déterminer l’influence de la réactivité et de la chimie de surface du substrat sur l’activité de ces additifs. Un graphite Slx50 (Timcal®) a été broyé sous atmosphère contrôlée afin de contrôler sa réactivité. Après l’étape d’imprégnation par différentes solutions salines, les clichés de microscopie électronique en transmission (MET) montrent que la répartition de ces éléments est tributaire de la réactivité du support carboné. La désorption programmée en température couplée à un spectromètre de masse (TPD-MS) a mis en évidence des réactions entre le carbone et ces éléments. La spectrométrie de photoélectrons X (XPS) a permis de compléter l’étude et de proposer un mécanisme réactionnel pour chacun des additifs. / At the moment of aircraft braking, discs in composite C/C constituting the brakes may be polluted by various substances from structural elements of the aircraft or by icing agent products. These impurities introduced in small proportion, have an impact on the tribological and thermal properties of carbon and can be the cause of premature aging of the brake. In this study, nickel, zirconium and calcium were selected to simulate these contaminants. The aim of the thesis was to determine the influence of the reactivity and the surface chemistry of the substrate on the activity of these additives. A graphite Slx50 (Timcal®) was milled under controlled atmosphere in order to control its reactivity. After the impregnation step by various salt solutions, Transmission electron microscopy (TEM) shows that the distribution of these elements is dependent on the reactivity of the carbon support. Temperature Programmed Desorption coupled to Mass Spectrometer (TPD-MS) showed reactions between carbon and these elements. The X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS) allowed to complete the study and to propose a reaction mechanism for each additive.

Les recherches présentées dans ce manuscrit s’articulent autour de deux parties distinctes. La première partie concerne une étude mécanistique de la réaction de décomposition de l’acide formique (AF) photocatalysé par le Tetra-n-ButylAmmonium DecaTungstate (TBADT) et explore la réactivité de ce photocatalyseur envers l’AF. La deuxième partie de ces travaux se focalise sur l’étude de la réactivité radicalaire d’anions phosphorés et de leurs analogues chalcogénés. Dans un premier temps, nous nous sommes intéressés à exploiter la réactivité de phosphures-borane et des anions d’oxydes de phosphine pour la formation de liaisons C-P par photo-induction dans le visible. Dans un second temps, nous avons exploré la réactivité radicalaire et ionique des phosphures-borane chalcogénés, par une étude de leur structure et de leur réactivité. Ces propriétés ont été mises en application dans le cadre de réactions de photo-polymérisation radicalaire et de réduction de composés électrophiles. / This dissertation is organized in two distinct parts. The first one is a mechanistic investigation of the photocatalyzed reaction of decomposition of formic acid (AF) under mild conditions using Tetra-n-ButylAmmonium DecaTungstate (TBADT). The second part of this work revolve around the use and study of the radical reactivity of phosphorous anions and their chalcogenated analogues. Firstly, we used the radical reactivity of phosphido-borane and phosphine oxide anions for the formation of C-P bonds. In a last part, we explored the radical and ionic reactivity of chalcogenated phosphido-borane, by studying their structure and reactivity. These properties has been applied to radical photo-polymerization reactions and for the reduction of electrophiles.

Lors du présent travail, des 4-nitrobenzochalcogénadiazoles ont été synthétisés et une étude cinétique approfondie de leur réactivité vis-à-vis diverses entités nucléophiles a été réalisée. Cette étude a permis la détermination des paramètres d’électrophile E de ces espèces et leur insertion dans l’échelle universelle d’électrophilie de Mayr. En outre, sur la base des diverses corrélations Structure-Réactivité étudiées, les mécanismes d’interaction entre les 4-nitrobenzochalcogénadiazoles et les nulcéophiles utilisés ont été élucidés et un mécanisme de transfert d’électrons (SET) a été suggéré pour la complexation du 4-nitrobenzofurazane par les anions de phénate en raison de l’obtention d’une valeur très élevée de βnuc (βnuc = 1,12). En vue d’activer les propriétés électrophiles de nos 4-nitrobenzochalcogénadiazoles, nous avons procédé à la quaternarisation de leurs motifs annélés. De nouveaux électrophiles positivement chargés ont été ainsi obtenus, et une étude cinétique approfondie de leur réactivité électophile vis-à-vis des anilines, des amines et des indoles, nous a permis de mettre l’accent sur la réactivité électrophile ambidente de ces espèces. D’une manière surprenante, l’interaction entre le 4-nitrobenfurazane et le 4-nitrobenzothiadiazole N-méthylés avec une série d’anilines para-Y-substituées a permis de définir des corrélations de Mayr, Hammett et Brönsted non linéaires. Cette déviation des divers graphes obtenus a été expliquée par le changement du mécanisme réactionnel. D’autre part, l’étude de la réactivité du 4-nitrobenzosélénadiazole N-méthylé vis-à-vis une série d’amines s’est révélée beaucoup plus originale que prévu en raison de la mise en évidence d’une corrélation linéaire de pente unité entre le log(kexp) et le log(kcal). / In the present work, 4-nitrobenzochalcogenadiazols have been synthesized and kinetics for σ-complexation of these compounds with various nucleophiles have been measured in aqueous solutions at 20 °C. According Mayr’s approach, E parameters of 4-nitrobenzochalcogenadiazols have been evaluated and using these values, a positioning of the reactivity of our electrophiles on the electrophilicity scale was possible. Based on Structure-Reactivity correlations, possible mechanistic pathways for each process were given and the abnormally high Brönsted coefficient βnuc of 1.12 reveals that the σ-complexation reaction of 4-nitrobenzofurazan with a series of 4-X-substituted phenoxide ions may proceed via single electron transfer process (SET).In order to increase the electrophilicity parameters of 4-nitrobenzochalcogenadiazols, we proceeded to the N-méthylation of their annelated rings.Thus, a new serie of positively charged electrophiles has been obtained. kinetic study of the coupling of N-methylated compounds with para-substituted anilines, indoles and amines showed that these salts can react as ambident electrophiles. Surprisingly, kinetics of coupling of N-méthylaed 4-nitrobenzofurazan and 4-nitrobenzothiadiazol with 4-Y-substituted anilines, resulted in a non linear Mayr type plot. Hammet and Brönsted plots were also non linear. These results have been interpreted as reflecting changes in the mechanistic process. Interestingly, when studying the reactivity of N-methylated benzoselenadiazol versus a series of amines, a satisfactory correlation between the log values of experimental and calculated rate constants with a slope very close to unity has been obtained and discussed.

Au cours de cette thèse, nous nous sommes intéressés à la préparation de nouveaux catalyseurs dérivés de la pyridine. En utilisant l’échelle de réactivité de Mayr, nous avons également cherché à quantifier l’effet d’un transfert de charge sur la nucléophilicité d’une pyridine. De plus, à travers un volet de trois méthodologies, nous avons étudiés leur activité en organocatalyse en tant que catalyseur sur des composés de natures très différentes (nitroalcènes, β-lactames et furan-2,3-diones). Enfin, dans un autre registre, nous avons développé la synthèse de nouvelles cages organiques chirales et fonctionnalisées parformation de liaisons imines réversibles. Nous avons également évalué leurs performances entant que cryptants. / During my PhD, we were interestedin the synthesis of new organocatalystsderivated from pyridine. Then, we tried toquantify a charge transfer effect towardpyridine nucleophilicity using a physicalorganic chemistry tool: the Mayr’s RelativityScale. Moreover, we also evaluated theircatalytic activity through three variousmethodologies involving different kind ofcompounds: nitroalkenes, β-lactams and furan-2,3-diones.To finish, we developed a straightforwardsynthesis of chiral, tunable and functionnalizedorganic cage compounds by imine reversiblebond formation. We also evaluated theirperformances as cryptands.

Ce travail présente la conception d'une expérience de combustion induite par choc. Ce type de combustion est utilisé pour la propulsion des avions voyageant plus rapidement que Mach 5, qui est le sujet de cet étude, mais survient également, par exemple, dans le lancement de projectile à haute vitesse (accélérateur dynamique). Une configuration conique à deux angles a été utilisée et quatre géométries d'injection ont été considérées: une surface conique, une configuration à double étage avec espacement rectangulaire, une rampe cylindrique et une rampe en forme de double coin. Les conditions du carburant et de l'écoulement libre ont aussi été modifiées. Quatre paramètres ont été étudiés: la hauteur de pénétration du carburant, le rendement de mélange, le contrôle de l'allumage prématuré et l'interaction entre l'onde de choc et la couche limite. Les simulations numériques ont été exécutées avec le code FLUENT®. Les équations Navier-Stokes tridimensionnelles moyennées par Favre ont été résolues en utilisant le modèle de turbulence SST k — u> développé par Menter. L'oxydation de l'hydrogène a été modelée par le mécanisme de réaction Jachimowski, qui inclut 9 espèces et 20 réactions. Une relation a été dérivée afin de prédire la hauteur de pénétration du carburant à la fin de la région de mélange. De l'étude de mélange, la rampe cylindrique a généré le meilleur champ d'écoulement pour accomplir la combustion induite par choc, puisqu'elle a procuré le meilleur rendement de mélange, elle a prévenu l'allumage prématuré et elle a dispersé le carburant loin de la surface. La partie réactive a révélé que la combustion du mélange a pu être initiée par la deuxième onde de choc, et que la zone subsonique dans la région de combustion a réduit la longueur d'induction. / This work presents a design for a shock-induced combustion experiment. This type of combustion occurs in aircraft engines flying faster than Mach 5, which is the topic of this study, but also occurs, for example, in high-speed projectile launching (ram accelerators). A two-angle cone configuration was used and four injector geometries were considered: a conical surface, a dual-stage configuration with rectangular gaps, a cylindrical ramp and a double-wedge ramp. The fuel as well as the freestream conditions were also varied. Four parameters were investigated: the fuel penetration height, the mixing efficiency, the control of premature ignition and the shock wave / boundary layer interaction. The numerical calculations were performed with the FLUENT® code. The three-dimensional Favre-averaged Navier-Stokes equations were solved employing the Menter SST k — u turbulence model. The hydrogen/oxygen combustion was modelled with a 9 species and 20 reactions Jachimowski reaction mechanism. A relation was derived to predict the fuel penetration height at the end of the mixing region. From the mixing study, the cylindrical ramp injector gave the best flowfield for shock-induced combustion since it provided the best mixing efficiency, prevented premature ignition and dispersed the fuel far from the wall. The combustion modelling revealed that combustion can be initiated by the second shock wave, and that the subsonic zone in the combustion region reduced the induction length.

Ce travail de thèse présente la modélisation des phénomènes interfaciaux des Silicates de Calcium Hydratés (C-S-H) en présence de diverses solutions salines. Les C-S-H sont synthétisés en laboratoire sous la forme de suspensions en solution. La caractérisation du solide par diffraction des rayons X et par résonnance magnétique nucléaire permet de valider le processus de synthèse. L'étude de particules colloïdales en solution, tels les C-S-H, requiert la caractérisation globale de l'interface, c'est-à-dire la surface du solide, la région interfaciale et la solution. Le modèle numérique développé dans le cadre de travail de recherche prend en compte les spécificités physiques de ces trois régions. La modélisation des intéractions ioniques s'articule expérimentalement sur les mesures de potentiel zêta et de rétention ionique. Le modèle considère les phénomènes de double couche et de complexation de surface pour interpréter les données de potentiel zêta. Une telle interprétation permet également de déterminer quantitativement la fixation des ions par les C-S-H, due à l'adsorption spécifique et à l'attraction électrostatique. La modélisation des interactions de surface est couplée chimiquement à un modèle de solubilité. Ce couplage physico-chimique fait intervenir la notion d'activité ionique. Le coefficient d'activité des ions en solution est calculé par la méthode MSA (Mean Spherical Approximation) qui est applicable à de fortes concentrations ioniques. Les C-S-H sont étudiés en présence de NaCl, Na2SO4, NaOH et CaCl2. Les résultats du modèle mettent en évidence la dépendance de la charge de surface en fonction de la composition de la solution, ainsi que la corrélation implicite entre les interactions interfaciales et la rétention ionique. Cette corrélation est vérifiée par l'application du modèle à des pâtes de C3S hydraté. L'un des objectifs majeurs de la thèse est l'étude du comportement des ions chlore. L'étude démontre leur très faible interactivité envers les C-S-H, ce qui constitue une information importante, car, dans le cas d'une pâte de ciment hydraté, les C-S-H sont généralement considérés comme étant les principaux responsables de la rétention du chlore. Par le développement d'un module d'interactions physiques, ce travail de recherche contribue significativement à l'étude du transport ionique dans les matériaux cimentaires.

Les fluoroalcènes sont d'un grand intérêt en chimie médicinale en raison de leur utilisation possible en tant qu'isostères de la liaison peptidique. L'utilisation de la réaction de Heck en vue de complexifier la structure d'alcènes fluorés peu substitués n'a jamais été étudiée de façon approfondie. Seule une étude théorique révèle que suivant les conditions réactionnelles, une élimination β-F peut être favorisée par rapport à une élimination β-H. Ainsi, il serait possible de contrôler le produit de la réaction. Nous nous sommes donc intéressés à synthétiser divers fluoroalcènes, aussi bien mono- que difluorés, dans le but de les soumettre à différentes conditions de Heck.

Cette thèse porte sur la réactivité de composés carbonyles sur le Pt(111) et sur l'étude de la liaison C-H---O=C induite par cette même surface dans le cadre d'un projet visant à expliquer le mécanisme de la réaction d'Orito. Cette réaction est très efficace en catalyse hétérogène pour l'hydrogénation énantiosélective des cétones activées sur le platine modifié chiralement. Par des méthodes analytiques de science des surfaces (spectroscopie vibrationnelle, spectrométrie de masse et microscopie à champ proche), les interactions réactif-surface, produit-surface, modificateur-surface, modificateur-réactif-surface, produit-produit-surface et réactif-réactif-surface ont été étudiées afin de mieux comprendre le comportement de ces composants dans le procédé catalytique. Il a ainsi été possible de préciser davantage le rôle du catalyseur, les géométries d'adsorption et la réactivité de différents réactifs et produits ainsi que la nature des interactions entre un modificateur et un réactif. De plus, des explications sur divers phénomènes observés dans la réaction d'Orito, notamment l'accélération de la réaction, ont pu être proposées suite aux résultats présentés. La liaison C-H---O=C tient un rôle majeur dans ces explications et dans les interactions avec le modificateur de surface. Il sera démontré que cette liaison hydrogène induite par la surface offre un potentiel très intéressant dans le domaine de l'autoassemblage. L'objectif des travaux présentés est de participer au développement de la catalyse hétérogène en étudiant le comportement de molécules ciblées et les interactions clés que ces dernières peuvent effectuer avec les autres composants du système réactionnel de la réaction d'Orito. Les conclusions de ces études pourront éventuellement permettre de créer des bases solides afin de développer davantage de systèmes catalytiques performants.

Cette thèse porte sur l'étude des caractéristiques réactives de la matière organique résiduelle (ROM) présente dans l'eau potable circulant dans un réseau de distribution. Le cas à l'étude est l'eau distribuée dans un réseau d'aqueduc de la Ville de Québec (Canada). La thèse est divisée en quatre volets. Le premier fait une revue de la littérature sur les origines de la matière organique naturelle (NOM), sur l'impact des conditions environnementales d'un écosystème lacustre, sur ses caractéristiques et son devenir tout au long de la filière de production d'eau potable. Elle fait également état des mécanismes et des processus pouvant affecter le devenir de la ROM lors de son séjour dans le réseau de distribution. Le second volet s'intéresse au portrait des caractéristiques réactives de la ROM en fonction de ses fractions constitutives. Il met en perspective l'impact des conditions opérationnelles sur les propriétés de la ROM. Les résultats démontrent que les différentes fractions constituant la ROM ont des caractéristiques réactives qui leur sont propres. Il s'avère que le regroupement de ces fractions engendre un effet de compétition entre elles, lorsque la ROM réagit avec le chlore. Les réactions qui se produisent en l'absence de compétition montrent que la matière organique hydrophile est un précurseur important de sous-produits de la désinfection. Le troisième volet traite de l'impact des saisons sur les caractéristiques réactives des fractions de la ROM dans l'eau de l'extrémité du réseau de distribution, selon les conditions de chloration, et sur les caractéristiques de la NOM ainsi que sur la capacité de la filière de traitement d'abattre celle-ci. Ainsi, on observe que la ROM présente à l'extrémité du réseau d'aqueduc présente un maximum de réactivité à l'automne et au printemps et un minimum de réactivité en été et en hiver. Le dernier volet présente l'évolution de la réactivité de la ROM dans le réseau. Plus spécifiquement, il vérifie l'impact du temps de séjour sur les caractéristiques réactives de la ROM. Les résultats présentés confirment que toutes les fractions de la ROM de la ROM. Les résultats présentés confirment que toutes les fractions de la ROM possèdent encore de bonnes habiletés à produire des sous-produits de la chloration et qu'elles sont peu ou pas affectées par le temps de séjour de l'eau à l'intérieur du réseau de distribution, et ce, comparativement à l'impact que peut avoir la post-chloration. / This thesis presents a study of the reactive characteristics of the remaining organic matter (ROM) found in water distribution systems. The case under study is the main distribution system of Quebec City. The thesis is divided into four chapters. The first one is a literature review on the origin of natural organic matter (NOM), the impact of the lacustrian environmental conditions on NOM characteristics and the fate of NOM within the water treatment process. This review also highlights the mechanisms and the processes that may impact ROM fate into the pipes. The second chapter focuses on the portrait of ROM reactivity on the basis of its constitutive fractions (e.g. hydrophobic, transphilic and hydrophilic). This portrait emphasizes how operational conditions, such as pH and applied chlorine dose, may impact characteristics of ROM and its fractions. The collected data show that ROM fractions have specific reactivity of their own. The gathering of ROM fractions leads to competitive reactions while ROM is reacting with chlorine.. In the absence of these competitive reactions, the results show that ROM hydrophilic fraction is a major disinfection by-product precursor. The third chapter investigates the seasonal portrait, through fractionation and variable chlorination conditions, of the NOM reactivity at the end of the distribution system. It highlights the impact of the seasons on NOM characteristics and on the efficiency of the treatment process. The results show that the ROM within the distribution system exhibits a higher reactivity during Fall and Spring, than during Summer and Winter. Furthermore, each ROM fraction has a specific seasonal reactivity pattern according to the chlorination conditions. The last chapter studies the evolution of ROM characteristics along the water distribution system. More specifically, the fourth chapter evaluates the impact of water residence time on the ROM reactivity. According to the collected data, ROM still has the ability to generate disinfection byproducts, regardless of the location in the distribution system. Furthermore, compared to the impact of post-chlorination on ROM reactivity, this ability does not appear to be affected in a significant way by the water residence time in the distribution system.

En dépit des efforts déployés pour diminuer la prévalence de la maltraitance à l’enfance, celle-ci serait associée à des difficultés non négligeables, dont la manifestation d’agression. La réactivité émotionnelle et comportementale, incluant la colère, la peur et l’évitement, est proposée comme mécanisme expliquant la relation unissant la maltraitance à l’agression. Quatre objectifs sont poursuivis à cette fin, soit d’examiner la relation notée entre: (1) la maltraitance et l’agression, (2) la maltraitance et la colère, la peur, ainsi que l’évitement, (3) la colère, la peur, ainsi que l’évitement et l’agression et (4) tester formellement le rôle médiateur et modérateur de la colère, la peur et l’évitement à cette relation. Les données de 160 hommes âgés de 18 à 35 ans ayant été exposés ou non à de la maltraitance ont été colligées par le biais de questionnaires et d’une tâche de provocation sociale permettant de mesurer les expressions faciales de colère et de peur, ainsi que les comportements d’évitement. Les résultats suggèrent que la maltraitance et les comportements d’évitement sont associés à l’agression. La maltraitance ne serait toutefois pas liée à la colère, à la peur et à l’évitement. Alors que les résultats suggèrent que ces indices n’aient pas de rôles médiateurs dans la relation entre la maltraitance et l’agression, la réactivité aux plans de la colère et de l’évitement magnifierait cette relation. Ainsi, les résultats invitent à prendre en compte les expériences de maltraitance et l’intensité de la réactivité émotionnelle et comportementale dans les interventions afin de cibler les individus plus à risque d’avoir recours à l’agression. / Despite efforts to reduce the prevalence of childhood maltreatment, it is known to be associated with a variety of physical and mental health difficulties, including the manifestation of aggression. Emotional and behavioral reactivity, including anger, fear and avoidance, is proposed as a mechanism to explain the relationship uniting maltreatment and aggression. Four objectives are pursued to this end: to examine the relationship found between (1) maltreatment and aggression, (2) maltreatment and anger, fear and avoidance, (3) anger, fear and avoidance and aggression and (4) to formally test the mediator and moderator role of anger, fear and avoidance in this relationship. Data from 160 men aged between 18 and 35 and who were exposed or unexposed to maltreatment were compiled through questionnaires and a social provocation task measuring the facial expressions of anger and fear as well as avoidance behaviors. Results suggest that maltreatment experiences and avoidance behaviors are associated with aggression. Maltreatment experiences are however not linked to anger, fear and avoidance. While the results suggest that these indicators have no mediator roles in the relationship between maltreatment and aggression, responsiveness to anger and avoidance would magnify this relationship. Thus, results suggest that maltreatment experiences and the intensity of emotional and behavioral reactivity should be taken into account in interventions in order to target those most at risk of using aggression.