Cette thèse porte sur la production d'acide lactique par conversion de la biomasse lignocellulosique catalysée par des acides de Lewis solides dans l'eau puis l'estérification d'acide lactique aqueux avec de l'éthanol. La conversion de la cellulose est étudiée en autoclave, en utilisant comme catalyseurs, de la zircone et de l'alumine contenant du W ou Sn (ZrW, AlSn) et différents hydroxydes métalliques. L'étude de la conversion de la cellulose en acide lactique en présence de ZrW non calcinée, ZrW calcinée, Zr(OH)4 et ZrO2, montre que la phase active du catalyseur est constituée de Zr4+, les centres acides de Lewis et de groupes hydroxyles. Les performances catalytiques des catalyseurs AlSn, préparés à partir de chlorure d'étain comme précurseur, dépendent fortement de la présence résiduelle de chlorure, ce qui favorise la formation d'acide lévulinique. Les hydroxydes de certains métaux de transition se sont révélés être des catalyseurs solides efficaces pour la conversion de la cellulose en acide lactique. Il a été observé que le rendement en acide lactique dépend de la concentration et de la basicité des groupes OH superficiels des hydroxydes de métaux de transition et de la présence de sites acides de Lewis. L'estérification de l'acide lactique, à différentes concentrations en l'eau, a été étudiée en présence d'Amberlyst 15, de charbon sulfoné et d'oxyde de graphène pour étudier l'activité et la tolérance à l'eau de catalyseurs solides acides à base de carbone. Il est montré, par calorimétrie d'adsorption d'ammoniac, que l'oxyde de graphène présente des sites superacides et qu'il conduit à la plus grande activité et tolérance à l'eau. L'augmentation de la teneur en eau montre un fort effet inhibiteur sur l'activité du charbon sulfoné alors que d'Amberlyst 15 et l'oxyde de graphène sont plus tolérants. Les catalyseurs ne sont pas stables dans des conditions d'estérification, en présence d'eau / This thesis reports the synthesis of lactic acid from lignocellulosic biomass catalyzed by solid Lewis acid catalysts in water and then esterification of aqueous lactic acid solutions with ethanol. The cellulose conversion was tested in autoclave, in hot water, using zirconia and alumina containing W or Sn (ZrW, AlSn) and different solid metal hydroxides. The conversion of cellulose to lactic acid using uncalcined ZrW, calcined ZrW, Zr(OH)4 and ZrO2 shows that the active surface of the catalyst consists of Zr4+ Lewis centers and OH groups. The catalytic performances of AlSn catalysts, prepared from Sn chloride as precursors, strongly depend on the residual amount of chloride which favors the formation of levulinic acid. Some hydroxides of transition metals were disclosed as efficient solid catalysts for the conversion of cellulose to lactic acid. The yield of lactic acid was observed to depend on the concentration and the basicity of the superficial OH groups and on the presence of Lewis acid sites. The esterification of lactic acid, at different concentrations in water, was studied using Amberlyst 15, sulfonated carbon and graphene oxide to evaluate the activities and water tolerance of carbon based solid catalysts. Graphene oxide, shown by calorimetry of NH3 adsorption to exhibit super-acid sites, leads the highest activity and water tolerance. Increasing amounts of water has a strong inhibiting effect on the activity of sulfonated carbon and less influence on activity of Amberlyst 15 and graphene oxide. However, all catalysts were not stable in esterification conditions, in presence of water

Die feste nichtkristalline Lewis-Säure Aluminiumchlorofluorid (ACF, AlCl(x)F(3-x), x = 0.05 .. 0.3) hat die höchste bisher bekannte Lewis-Acidität aller heterogenen Katalysatoren. Sie erreicht die Stärke von Antimonpentafluorid SbF5 und übertrifft sie in manchen Fällen sogar. In dieser Arbeit wurden die Bulk-Struktur des ACF und der sehr ähnlichen Verbindung Aluminiumbromofluorid (ABF) mittels IR-, ESR-, NMR- und Röntgenabsorptionsspektroskopie studiert. Die Oberfläche der Verbindungen wurde durch die Adsorption von Gasen bei niedrigen Temperaturen untersucht, sowie durch IR- und ESR-Spektroskopie adsorbierter Sondenmoleküle. Das thermische Verhalten dieser nichtkristallinen Verbindungen wurde mittels DTA verfolgt. Die Lewis-Acidität kleiner Modellverbindungen wurde NMR-spektroskopisch und mit ab initio Methoden untersucht. Alle Daten wurden mit denen der gut charakterisierten und bekannten Modifikationen des Aluminiumfluorids (AlF3) verglichen. Die kombinierten Ergebnisse der Messungen an beiden festen Phasen erlauben die Entwicklung eines Strukturmodells für diese Verbindungen, das die meisten spektroskopischen Daten und die außergewöhnlich hohe Lewis-Acidität erklären kann. Beide Phasen sind sehr ähnlich zueinander. Das Vorhandensein des schwereren Halogens (Cl, Br) erzeugt eine Störung des Netzwerkes und verhindert die Ausbildung geordneter Strukturen. Der Grad der Unordnung in diesen Phasen ist höher als bei allen anderen Verbindungen des Aluminiumfluorids. Daraus resultiert eine gestörte Oberfläche, was wiederum zu koordinativ ungesättigtem Aluminium an der Oberfläche führt. Die sauren Zentren in ACF und ABF sind stärker als in anderen aluminiumhaltigen Lewis-Säuren. / The solid non-crystalline Lewis acid aluminum chlorofluoride (ACF, AlCl(x)F(3-x), x = 0.05 .. 0.3) has the highest Lewis acidity of any heterogeneous catalyst known so far. It reaches the acidity of antimony pentafluoride (SbF5) and in some cases even exceeds it. In this work the bulk structure of ACF and of the very similar compound aluminium bromofluoride (ABF) was studied by IR, ESR, NMR, and X-ray absorption spectroscopy. The surface of the compounds was investigated by adsorption of gases at low temperatures, as well as by IR and ESR spectroscopy of adsorbed probe molecules. The thermal behavior of these non-crystalline compounds was followed by DTA. The Lewis acidity of small model compounds was studied by NMR spectroscopy and ab initio calculations. All data were compared to those of well characterized known samples of the different modifications of aluminum fluoride (AlF3). The combined results of the measurements of both solid phases allow to set up a structure model for these compounds which can explain most of the spectrocopic data and the extraordinary high Lewis acidity. Both phases are very similar to each other. The occurrence of the heavier halogen (Cl, Br) causes a perturbation of the network and prevents it from forming ordered structures. The degree of disorder of these phases is higher than for any other known compounds of aluminum fluoride. This results in an disordered surface which leads to coordinatively unsaturated aluminum at the surface. The acidic centers of ACF and ABF are stronger than in any other aluminum containing Lewis acid.