Dans le but de vérifier l'efficacité des dispositifs de scellement ou des barrières ouvragées dans le stockage géologique des déchets radioactifs, l'Institut de Radioprotection et de Sûreté Nucléaire (IRSN) a mis en œuvre le projet expérimental SEALEX (SEALing performance EXperiments) auquel ce travail est étroitement lié. Dans le cadre de ce projet, des essais in-situ sont effectués à l'échelle représentative et dans des conditions naturelles sur un mélange compacté de bentonite et de sable. Ce matériau de mélange a été choisi pour sa faible perméabilité et surtout pour sa capacité de gonflement qui permet de colmater les vides existant dans le système, notamment le vide technologique correspondant au vide radial entre le noyau de scellement et la roche hôte et qui est inévitable au cours de l'installation du noyau dans le forage. Une fois les vides scellés, le gonflement à volume constant engendre une pression de gonflement aussi bien sur la roche hôte (radiale) que sur les structures de confinement en béton (axiale). Le comportement de ce matériau dans ces conditions de couplages hydromécaniques est alors étudié dans ce travail. La microstructure du matériau à son état initial a été premièrement examinée par micro-tomographie rayons-X. Ceci a permis de voir la distribution des grains de bentonite et de sable ainsi que le réseau de pores dans l'échantillon. Des macro-pores se sont retrouvés concentrés à la périphérie de l'échantillon ainsi qu'entre les grains de sable, ce qui pourra affecter à court terme la perméabilité. L'hydratation du même matériau en condition de gonflement limité a été ensuite observée par une photographie 2D et par la micro-tomographie aux rayons-X. Le mécanisme de gonflement par production de gel de bentonite, la cinétique de gonflement, la diminution de densité et l'homogénéisation du matériau final on été analysés. L'hydratation en conditions de gonflement empêché a été aussi étudiée par des essais où la pression de gonflement a été mesurée dans deux directions : radialement et axialement. La différence retrouvée entre les pressions de gonflement axiales et radiales a évoqué la présence d'une anisotropie de microstructure qui a été analysée en fonction de la masse volumique sèche de bentonite dans le mélange. Des essais en modèle réduit reproduisant à une échelle 1/10ème les essais in situ (SEALEX) ont été également effectués afin d'étudier le comportement du noyau compacté après la reprise des vides au cas d'un accident détruisant les éléments de confinement. Des mesures locales de pression de gonflement le long des échantillons ont permis de mettre en évidence l'évolution du gradient de densité durant le gonflement axial. Finalement une comparaison entre les résultats obtenus dans ce travail et ceux d'un essai in situ (SEALEX) a été faite. Une bonne correspondance entre les valeurs d'humidités relatives a été retrouvée pour les mêmes longueurs d'hydratation tout en prenant en compte la saturation par le vide technologique radial. Par contre, la comparaison des évolutions et des valeurs de pressions de gonflement était plus compliquée vu les différences de configurations des essais

Une alternative aux énergies fossiles comme vecteur énergétique peut se présenter sous la forme de l'hydrogène et de son stockage. Les hydrures métalliques sont une des options possibles pour le stockage de l'hydrogène. Les accumulateurs alcalins Ni-MH présentent une technologie intéressante pour les applications portables et pour le développement des véhicules électriques hybrides (HEV). Afin de répondre à la demande d'augmentation de la capacité massique des accumulateurs, de nouveaux composés intermétalliques hydrurables de type ABx (3etlt;xetlt;5) sont étudiés. Le groupe A est constitué de terres rares partiellement substituées par du magnésium, le groupe B contient du Ni. Après un état de l'art sur ce type de composés, le travail de cette thèse consiste à rechercher les conditions d'élaboration des composés A1-yMgyNix (3etlt;xetlt;5, 0etlt;yetlt;1, A= La, Pr, Nd) ainsi que de les caractériser d'un point de vue structural et physico-chimique (DRX, microsonde électronique, ICP) et de déterminer leurs propriétés vis-à-vis de l'hydrogène (réac tion solide-gaz et électrochimique). Durant ce travail de nouvelles phases ont été découvertes et caractérisées : les phases (A1-yMgy)5Ni19 / One solution to overcome the diminution of fossil fuel resources is to use hydrogen as an energy vector. The main issue concerning hydrogen systems is its storage. NiMH batteries are promising candidates for portable devices and hybrid vehicles (HEV) applications. In order to answer to growing need for higher capacity, new compounds such as ABx (3etlt;xetlt;5) are under investigation. A is a rare earth element that can be partially substituted by Mg. B is Ni. After careful examination of the state of the art on this family of compound, the synthesis routes to prepare A1-yMgyNix (3etlt;xetlt;5, 0etlt;yetlt;1, A= La, Pr, Nd) alloys were investigated and optimized during this PhD work. The structure and chemical composition of the samples were determined using X-ray diffraction, microprobe analysis and ICP. The hydrogen sorption properties (solid-gas and electrochemical reactions) were studied as well. During this work the (A1-yMgy)5Ni19 new phase s have been reported and characterized

Le mémoire est consacré à l'étude numérique des phénomènes survenant à l'interface solide-fluide. Trois processus ont été étudiés: auto-organisation de films moléculaires sur un substrat solide, adsorption du gaz moléculaires dans un matériau nanoporeux et la cristallisation à l'interface organique/inorganique. L'étude de l'auto-organisation et des transitions de phase dans des multicouches de l'azote moléculaires adsorbées sur graphite est présentée dans le chapitre III. L'analyse est focalisée sur l'hétérogénéité spatiale du système et son influence sur le mécanisme et température de transitions ordre/désordre et la fusion des couches. Elle complète ainsi l'étude numérique du diagramme de phase de l'azote moléculaire, bien connu pour le matériau massif (3D) et les monocouches (2D) adsorbées sur un substrat. Le chapitre IV présente une étude de cinétique du mélange des gaz (méthane et méthyle-mercaptan) confiné dans les nanopores de carbone (pores en forme de fentes, de dimensions latérales finies et largeur nanométrique). L'étude porte sur la capacité de stockage de pores, la dynamique des composantes du mélange des gaz sous confinement et l'évaluation de la quantité de l'odorant nécessaire pour une détection facile en cas de fuite. Chapitre V résume les résultats de l'étude préliminaire ayant pour but la mise en place des simulations de biomineralization à l'interface organique/inorganique. Les structures secondaires de deux biomolécules, human leucine-rich peptide hLRAP et full length amelogenin, rM179 ont été prédéterminées. Les plus probables configurations ont été optimisées dans un environnement aqueux. / The present work is devoted to computer simulations of phenomena occurring at solid-fluid interfaces. Three processes have been studied in details: auto organization of molecular films at a solid substrate, adsorption of molecular gas in confined geometry and crystal formation at organic-inorganic interface. Two classical simulation methods have been used: stochastic Monte Carlo and deterministic Molecular Dynamics.The study of self-organisation and phase transitions in molecular nitrogen multilayers adsorbed on the basal plane of graphite is presented in chapter III. It focusses on the systems' spatial heterogeneity and its influence on temperatures of order-disorder and melting transitions. This study completes the numerical analysis of molecular nitrogen phase diagram, well described and understood for 3d (bulk) and 2D (monolayer film) systems.The analysis of kinetics of fluid confined in nanopores is presented in chapter IV. The working case consists of methane-methyl mercaptan mixtures confined in slit-shaped carbon nanopores. Simulations focused on both: storage capacity of carbon pores of finite size and nanometric width, and dynamics of gas mixture components under confinement. An evaluation of odorant content necessary for easy gas leak detection is presented.Chapter V gathers the results of calculations performed to set up the simulations of biomineralization at the organic-inorganic interface. The secondary structures of two amelogenins (human leucine-rich peptide, hLRAP, and full length amelogenin, rM179) have been predicted. The most probable structures have been further refined and the chain folding optimized in aqueous environment.

Les minéraux nominalement anhydres du manteau terrestre (NAMs) contiennent de l’eau en faible quantité, dissoute sous forme de défauts ponctuels, et qui affecte de manière drastique les propriétés physico-chimiques du manteau supérieur terrestre. Afin de mieux comprendre cet effet, il est nécessaire d’estimer la capacité de stockage de l’eau des phases mantelliques et les mécanismes de solubilité. De nombreuses données expérimentales sur la solubilité de l’eau dans les NAMs tels que l’olivine, le pyroxène et le grenat, sont disponibles dans la littérature. Toutefois, la majorité de ces études ont été réalisées en système simple, et à des températures ou des pressions trop basses pour être représentatives du manteau supérieur terrestre. L’objectif de cette étude était de contraindre les effets combinés de la pression, de la température et de la composition sur la solubilité de l’eau dans l’olivine et le pyroxène dans les conditions du manteau supérieur terrestre. Les expériences ont été réalisées en condition de saturation en eau dans le système MSH enrichi en fer et en fer et aluminium, à 2,5 ; 5 ; 7,5 et 9 GPa, entre 1175 et 1400°C, à l’aide d’une presse multi-enclumes. Les teneurs en eau ont été mesurées par spectroscopie infrarouge en mode polarisé, à partir d’échantillons finement double polis, sur des cristaux orientés de manière aléatoire. Al est incorporé dans l’olivine et le pyroxène selon la réaction de type Tschermak, et diminue avec la pression dans les deux phases. L’ajout d’Al3+ dans le système favorise l’incorporation de H+ dans l’olivine et surtout dans le pyroxène, mais cet effet disparaît à mesure que la pression et la température augmentent. Dans ces conditions, la solubilité de l’eau dans les deux phases est contrôlée par l’activité de l’eau dans le liquide qui se charge de plus en plus en silicates. Le mécanisme majeur de l’incorporation de l’eau dans l’olivine se fait via le remplacement de sites métalliques par 2H+, impliquant que la solubilité de l’eau dans l’olivine est directement proportionnelle à la fugacité de l’eau dans le liquide. Le partage de l’eau entre pyroxène et olivine est toujours inférieur à 1, sauf à basse pression et basse température, quand Al aide à l’incorporation de l’eau dans le pyroxène par rapport à l’olivine. Dans les conditions du manteau convectif profond, l’eau va préférentiellement dans l’olivine. L’effet de la température sur le partage de l’eau entre les deux phases est négligeable. Ces données ont permis de construire un modèle de stockage de l’eau dans l’olivine à toutes pressions et toutes températures, dans le système MFASH. En combinant ce modèle au partage de l’eau entre pyroxène et olivine calculé dans notre étude, et aux données disponibles dans la littérature sur la solubilité de l’eau dans le clinopyroxène et le grenat, nous avons pu modéliser la capacité de stockage de l’eau dans le manteau supérieur terrestre. Ce modèle prédit que la couche de faible vitesse sismique, détectée à 350 km de profondeur par les observations sismiques, peut être expliquée par la fusion partielle de matériel hydraté provenant de la zone de transition et contenant initialement 750 ppm pds H2O. / Trace amounts of hydrogen dissolved as defects in nominally anhydrous minerals (NAMs) in the mantle are believed to play a key role in physical and chemical processes in the Earth’s upper mantle. Hence the estimation of water storage in mantle phases and solubility mechanisms are important in order to better understand the effect of water. Experimental data on water solubility in NAMs are available for upper mantle minerals such as olivine, pyroxenes and garnet. However, the majority of studies are based on single phases, and at temperatures or pressures that are too low for the Earth’s upper mantle. The aim of this study was to constrain the combined effects of pressure, temperature and composition on water solubility in olivine and pyroxene under upper mantle conditions. The solubility of water in coexisting pyroxene and olivine was investigated by simultaneously synthesising the two phases at high pressure and high temperature in a multi-anvil press. Experiments were performed under water-saturated conditions in the MSH systems with Fe and Al at 2.5, 5, 7.5 and 9 GPa and temperatures between 1175 and 1400°C. Integrated OH absorbances were determined using polarized infrared spectroscopy on doubly-polished thin sections of randomly-oriented crystals. Al is incorporated in pyroxene and olivine via the Tschermak substitution and decreases rapidly as pressure increases in both phases. Addition of Al3+ into the system enhances water solubility notably in pyroxene and also in olivine. However, this effect tends to vanish as pressure and temperature increase. Under these conditions, water solubility in both phases is controlled by water activity in the fluid due to dissolution of silicate component. The main mechanism responsible for water incorporation in olivine is 2H+ substituting for metal sites, which indicates that water solubility in olivine is directly proportional to water fugacity. Water partitioning between pyroxene and olivine is always lower than unity except at low pressure and temperature, in which case Al favours water incorporation into pyroxene rather than into olivine. In the conditions of the deep convective mantle, water preferentially goes into olivine. The effect of temperature on water partitioning between the two phases is negligible. The newly collected data allowed the construction of a water storage capacity model in olivine at all pressures and temperatures in the MFASH system. Combining this model with the newly measured partitioning of water between olivine and pyroxene, as well as previous data on solubility in clinopyroxene and garnet, we are able to build a model of the water saturation curve in the upper mantle. This model predicts that the low velocity layer reported by seismic observations at a depth of 350 km depth can be explained by partial melting triggered by the rise of a hydrated mantle-transition-zone material containing 750 wt ppm H2O.

Le but de cette étude était la compréhension des mécanismes de stockage de l'hydrogène etl'amélioration de la capacité de stockage dans (1) le magnésium et (2) les composés intermétalliques àbase de bore.(1) Les poudres de magnésium avec ajout de 10% massique d’oxyde de magnésium ont étébroyées à l'aide d'un broyeur planétaire à billes, par broyage mécanique réactif sous atmosphèred'hydrogène (10 bars) pendant 10 heures, en variant deux paramètres: la vitesse de broyage et le nombrede billes utilisées (i.e., le rapport massique poudre : billes). Il semblerait que les poudres broyées à250rpm en utilisant 17 billes (rapport de 1: 13) présentent des performances supérieures en termes de:taille des particules, contenu en MgH2 après broyage, surface spécifique et cinétiquesd'absorption/désorption de l'hydrogène. Nous avons vérifié que l'oxyde de magnésium a un effet deretardement significatif de la croissance des grains. Le calcul des énergies d'activation et l'étude descinétiques ont montré que l'oxyde de magnésium ne joue pas de rôle catalyseur pour la sorptiond'hydrogène.(2) Les composes synthétisés dans les systèmes ternaires La-MT-B, Gd-MT-B et Y-MT-B (MT=Ni,Fe, Co) ont été étudiés en termes de leur structure cristalline, composition chimique et propriétés desorption de l'hydrogène. La majorité des composés obtenus dans ces systèmes cristallisent avec unestructure type CeCo4B, avec des paramètres de maille proches de ceux du composé GdNi4B. Leremplacement total du Ni par des atomes de Fe et/ou Co est possible, indiquant l’existence d’une solutionsolide totale entre TRNi4B et TRFe4B ou TRCo4B. En outre, le bore est supposé occuper partiellementdeux sites cristallographiques différents, mais l’un seul d'entre eux est principalement occupé par le bore.La nouvelle phase GdNi2,5B2,5 a également été observée dans cette étude pour la première fois. Unephase pseudo-binaire GdB3 a été également reportée. Enfin, il est montré que seul le composé LaNi4Babsorbe l'hydrogène, quoique de manière irréversible. / The aim of this study was the comprehension of hydrogen storage mechanisms and theimprovement of storage capacity in (1) magnesium and (2) boron based intermetallic compounds.(1) Magnesium powders with 10 wt.% magnesium oxide were milled using a planetary ball mill, byreactive mechanical grinding under hydrogen atmosphere (10 bar) for 10 hours, varying two parameters:the milling speed and the number of balls used (i.e. the powder-to-ball weight ratio). It appears that thepowders milled at 250 rpm using 17 balls (ratio 1: 13) have superior performances in terms of: particlesize, MgH2 content after milling, specific surface area and hydrogen absorption/desorption kinetics. Wehave verified that the magnesium oxide has a significant effect on grain growth, delaying it. Calculation ofthe activation energies and study of the kinetics showed that magnesium oxide does not play a catalyticrole for hydrogen sorption.(2) The compounds synthesized in the ternary systems La-TM-B, Gd-TM-B and Y-TM-B (TM=Ni,Fe, Co) were studied in terms of their crystal structure, chemical composition and hydrogen sorptionproperties. Most of the compounds obtained in these systems crystallize with a CeCo4B-type structure,with lattice parameters close to those of the compound GdNi4B. A total replacement of Ni by Fe and/or Cois sometimes possible, meaning that a total solid solution exists between RENi4B and REFe4B or RECo4B.Also, the boron is assumed to partially occupy two different crystallographic sites, although only one ofthese is mainly occupied by boron. The new phase GdNi2.5B2.5 was also observed in this study for the firsttime. In addition, a pseudo-binary phase GdB3 is observed. Finally, it is reported that only the compoundLaNi4B absorbs hydrogen, albeit irreversibly.

La capture et le stockage géologique du CO2 constituent une option importante de limitation des émissions de gaz à effet de serre au niveau des pôles industriels et des centrales de production d’énergie. Les gaz capturés à l’issu de ces chaînes de production ne sont pas constitués de CO2 pur mais contiennent une fraction (jusqu’à 10 %) de gaz annexes qui sont essentiellement Ar, N2, SOx et NOx. Ces gaz étant pour la plupart très réactifs il est essentiel de connaître leur impact sur les conditions physico-chimiques du réservoir géologique d’accueil, ainsi que sur l’environnement dans le cas d’une de contamination des aquifères voisins du stockage. Des expérimentations en laboratoire ont simulé le vieillissement de roches de réservoir et couverture en provenance d’un réservoir carbonaté du Bassin aquitain et d’assemblages minéralogiques synthétiques dans des conditions de séquestration géologique. Les roches associées à une saumure sont altérées au contact de divers composés gazeux à 100 bar et 150°C sur une durée d’un mois : CO2 pur, SO2, NO pur et un mélange contenant majoritairement du CO2 et des fractions de Ar, N2, SO2, O2. Chaque expérience est comparée à une expérience témoin où le composé gazeux est remplacé par de l’azote. Le CO2 ne montre qu’une réactivité limitée sur les minéraux des roches. Le NO et le SO2 montrent une réactivité intrinsèque passant par des dismutations en phase aqueuse ou vapeur induisant une forte altération de la roche par une attaque acide couplée à une oxydation poussée des minéraux constitutifs des roches. Le mélange de gaz montre de la même façon une réactivité double : le S02 s’oxyde en acide sulfurique s’attaquant aux carbonates et minéraux argileux et l’O2 oxyde tous les minéraux possédant du fer ou du soufre réduit. Les gaz annexes contrôlent donc la réactivité des roches en grande profondeur. Leur présence pourrait complètement changer le comportement des roches (porosité, rhéologique) lors du stockage. Leur implication devra être anticipée dans chaque cas concret de stockage en fonction de la composition du gaz d’injection, de la minéralogie et des propriétés pétrophysiques des roches. / Capture and geological storage of CO2 are an main option to limit GHEG emissions of industrial poles and power plants. The captured gases are not constituted by pure CO2 but contain a fraction (until 10 %) of other gases : Ar, N2, SOx and NOx. Most of these gases are highly reactive and could have a strong influence on physical and chemical conditions of the milieu and on the environmement if contamination of neighbour aquifers occurs by leakages. Several laboratory experiments investigated the reactivity of carbonated reservoir and cap rocks from the Aquitaine Basin as well as the reactivity of synthetic mineralogical blends in geologically relevant P-T conditions. The rocks, associated to brine, were altered in presence of various gaseous components at 100 bar and 150°C during one month : pure CO2, pure SO2, pure NO and a CO2 mixture containing fractions of Ar, N2, SO2 and O2. Each experiment was compared with a blank in which the initial gas was replaced with pure N2. Pure CO2 show a limited reactivity on the rocks. NO and SO2 show a intrinsic reactivity by disproportionations in aqueous or vapour phases implying a high alteration of rocks by compled acid – base and oxidation mechanisms. The gas mixture show also a double reactivity : SO2 is oxidized in sulphuric acid dissolving carbonates and clay minerals and O2 oxidizes all reduced mineralogical phases. These gases even in limited fractions control the reactivity of rocks. Their presence could change the behaviour of the rock toward gas and induce positive as well as negative transformations. Their implication must be checked for each geological storage as a function of gas composition, mineralogy and petrophysical.

Le stockage géologique du CO2 est l'une des diverses technologies étant explorées afin de réduire les émissions de carbone atmosphérique des processus industriels (i.e. combustion de l'énergie fossile). L'une des spécifiques caractéristiques de l'injection du CO2 en profondeur reste la possibilité de réactions géochimiques (dissolution-précipitation) entre la saumure réactive mobile (e.g. eau de formation enrichie en CO2) et la roche encaissante durant l'évolution spatiale et temporelle du CO2, conduisant à des modifications dans la structure des pores et par conséquent dans les propriétés d'écoulement du réservoir (e.g. la perméabilité k). Donc, ces changements structuraux peuvent largement contrôler l'injectivité, ainsi que le champ de pression dans le réservoir et aussi la propagation du CO2. Il demeure ainsi crucial d'explorer les changement dans les propriétés de réservoirs (e.g. structurales et hydrodynamiques) induits durant une injection de CO2 et explicitement les relations existantes entre eux (e.g. k ou surface réactive-Sr versus porosité- , k versus hétérogénéité de la roche), afin de développer des outils de modélisation prédictive des processus de transport et réactionnels se produisant durant une injection de CO2 et d'évaluer de façon fiable les risques. Dans le cas des réservoirs carbonatés, l'application des modèles prédictifs de transport réactif demeure toujours un enjeu, car contrainte par la forte hétérogénéité en leur sein ainsi que par l'incertitude dans la cinétique de réactions des minéraux carbonatés dans ce contexte. Dans cette optique, nous avons réalisé des expériences de percolation à travers des échantillons de roches carbonatées dans les conditions thermodynamiques de stockage en profondeur (T = 100°C et P =12 MPa). L'évolution de la perméabilité est suivie au cours des expériences ; et la variation de la porosité est calculée à partir des résultats d'analyses chimiques au ICP-AES des fluides de sortie échantillonnés. L'investigation des modifications apportées à la structure des pores est réalisée par le biais de la Micro-Tomographie haute résolution à rayon X, acquise au synchrotron de Grenoble (e.g. ESRF). Dépendant du régime de dissolution, contrôlé par la fabrique de la roche réservoir et la composition chimique de la saumuré chargée en CO2 (e.g. PCO2 engagée), on a observé qu'une modification de la structure de la roche peut soit améliorer soit détériorer (résultat atypique en contexte de dissolution) la valeur de la perméabilité k. Mots clés : Stockage géologique du CO2, transport, réactions géochimiques, structure des pores, propriétés hydrodynamiques, expériences de percolation de CO2, micro-tomographie à rayon X. / Geological storage of CO2 is one of diverse technologies being explored to reduce atmospheric carbon from industrial processes (i.e. fossil fuel combustion). One of the specific features of CO2 injection is the possibility of geochemical reactions (dissolution – precipitation) between mobile reactive brine (e.g. formation water enriched in CO2) and the host rock during the spatial and temporal evolution of CO2. That leads to modifications in the pore structure which in turn change the flow dynamics of the reservoir (e.g. the permeability k). Then, theses structural modifications can largely control the injectivity, so that the pressure field in the reservoir and also the CO2 propagation. Accordingly, it is crucial to explore the changes in the reservoir properties (e.g. structural and hydrodynamic) induced during a CO2 injection and specially the relationships between them (e.g. k or reactive surface-Sr versus porosity- , k versus rock heterogeneity), for developing predictive modelling tools of the transport and reaction processes occurring during a CO2 injection and reliable risk assessment. In the case of carbonate rocks, the application of the predictive models of transport and reaction is still challenging, because of their high heterogeneity so that the incertitude in the reaction kinetics of carbonate minerals. From this perspective, we realized brine-enriched in CO2 percolation experiments through carbonate rock samples in thermodynamic conditions expected during CO2 injection in deep reservoirs (T = 100°C et P =12 MPa). The permeability changes k(t) is monitored during the experiments and the porosity variation is calculated from chemical analyses of the sampled outlet fluids, using ICP-EAS. The pore structure modifications are investigated from high resolution X ray micro tomography images acquired from the synchrotron of Grenoble (ESRF). Depending to the dissolution regime, controlled by the reservoir rock fabric and the chemical composition of the brine (e.g. PCO2), we observed that a modification of pore structure can either improve (atypical result in dissolution context) or impair the value of the permeability k. Keywords: CO2 geological storage, transport, geochemical reactions, pore structure, hydrodynamic properties, brine enriched in CO2 percolation experiments, X ray microtomography.

Les applications portables et stationnaires des accumulateurs Ni-MH nécessitent sans cesse des autonomies de plus en plus importantes. Cet accroissement d’autonomie peut être obtenu en développant de nouveaux composés intermétalliques hydrurables de type ABx (3<x<4) de plus grande capacité massique. Le groupe A de ces composés est constitué de La partiellement substitué par du Mg, qui est beaucoup plus léger et diminue la masse molaire de l’alliage, et le groupe B contenant du Ni partiellement substitué par d’autres éléments de transition. Après une étude bibliographique approfondie, le travail de cette thèse consiste à rechercher tout d’abord les conditions optimales d’élaboration d’intermétalliques de composition La1-yMgyNix (0<y<1 ; 3<x<4). Puis ces composés sont caractérisés du point de vue structural et physico chimique (diffraction des rayons X et microsonde électronique), et leurs propriétés vis-à-vis de l’hydrogène (réaction solide-gaz et électrochimique) sont étudiées / Mobile and stationary applications for Ni-MH batteries require continuously more and more energy density. This increased autonomy can be obtained by developing new hydride-forming compounds of ABx-type (3<x<4) with larger weight capacities. The A element of these compounds is constituted of La partially substituted by light Mg, allowing a reduced molar weight. The B element is made of Ni that can be partially substituted by other transition metals. After an extensive bibliographic study, this thesis presents the research work to find optimum conditions for the synthesis of Mg-containing intermetallic compounds La1-yMgyNix (0<y<1; 3<x<4). These compounds are then characterized from the structural and chemical point of views (X-ray diffraction and microprobe analysis) and their hydrogen-related properties are studied and compared (solid-gas and electrochemical reactions)

En agriculture de conservation (AC), les résidus de cultures sous forme de paillis à la surface du sol associés à la suppression du travail du sol sont une composante intrinsèque des systèmes de culture. L'objectif principal de ce travail était de comprendre les effets de la nature et de la décomposition de mulch de résidus s sur les services d'approvisionnement et de régulation fournis par les sols dans les agrosystèmes en AC de régions tempérées (France) et tropicales (Madagascar et le Brésil). Des études expérimentales ont été réalisées pour obtenir des paramètres de décomposition pour une large gamme représentative de la qualité des résidus végétaux des agrosystèmes étudiés et pour tester et améliorer un modèle de décomposition des mulchs. Ensuite nous avons utilisé le modèle PASTIS_MULCH qui simule les biotransformations C et N et le transport de solutés dans les sols lors de la décomposition des mulchs.Pour la gamme de résidus de tiges testées, la rétention d'eau maximale a varié considérablement et ceci a été expliqué par les caractéristiques physiques du résidu. Avec les données obtenues par une série d'incubations de décomposition de résidus, nous avons proposé un ensemble de paramètres biologiques unique pour le module de décomposition CANTIS, simulant une large gamme de qualité des résidus de culture. L'étude expérimentale dans les colonnes de sol a montré que le mulch de maïs + dolique se décompose plus rapidement que mulch de blé + luzerne. Un régime de pluies fines et fréquentes augmente la décomposition du mulch par rapport à des pluies plus rares et plus fortes et cela est dû au maintien de l'humidité du mulch.Les simulations de scénarios avec PASTIS_MULCH ont montré que la pluie et les conditions d'évaporation classent les résidus de culture vis-à-vis de la décomposition lorsque ceux-ci sont placés en mulch à la surface des sols, tandis que les caractéristiques chimiques des résidus classent ceux-ci vis-à-vis de la décomposition lorsqu'ils sont incorporés. Aucune des situations étudiées pourrait être définie au vu des résultats de simulation comme étant adaptée à toutes les conditions pédo-climatiques et agricoles. / In conservation agriculture (CA), crop residues mulches are associated to reduction or suppression of soil tillage and are an intrinsic component of CA. The objective of this work was to understand the effects of nature and decomposition of crop residue mulches on the provisioning and regulating services of agrosystems provided by soils under temperate (France) and tropical (Madagascar and Brazil) conditions. Experimental studies were realized to get decomposition parameters for a large range of residue quality representative of the agrosystems studied and to test and improve a MULCH model. Then we used PASTIS_MULCH model which simulates the C and N biotransformations and solutes transport in soils during mulch decomposition.For a range of plant-stem residues tested, the maximal water retention varied greatly and was only explained by the physical features of the residue. With a series of decomposition incubations, we proposed a single set of biological parameters for CANTIS decomposition module, simulating a large range of crop residue quality. Experimental study in soil columns showed that maize+dolichos mulch decomposed faster than wheat+alfalfa mulch. Frequent and light rain enhanced mulch decomposition compared to infrequent and heavy rain and this was due to the mulch remaining wetter with frequent rain.The simulations of scenarios with PASTIS showed that rain and evaporation conditions ranked crop residues decomposition when placed as mulches while the residue chemical characteristics ranked crop residues decomposition when incorporated. None of the situations studied would be defined as suitable in all pedo-climatic and agricultural conditions.

Les matériaux nanocomposites poreux organisés présentent de nombreuses propriétés dans le domaine de l’adsorption. Cette étude est portée sur la synthèse de matériaux poreux de grande aire spécifique fonctionnalisés par des nanoparticules métalliques en visant des applications dans le domaine de l’adsorption: en phase liquide et en phase gazeuse.La première application concerne la détection en phase liquide de molécules à de faibles concentrations. Des nanocomposites composés d’une matrice poreuse de silice dans laquelle sont insérées des nanoparticules de métaux nobles (i.e. Ag@SiO2 et Au@SiO2) sont étudiés comme substrats SERS en couplant thermodynamique et spectroscopie Raman. Ce couplage de l’étude de la réponse Raman et de l’étude thermodynamique de l’adsorption a conduit à une meilleure compréhension de l’influence des particules sur le seuil de détection de la molécule. L’influence de plusieurs paramètres sur la réponse Raman de la molécule sonde et sur ses propriétés d’adsorption a aussi été étudiée (la taille des particules, la nature chimique du métal, etc.).La seconde application concerne le stockage d’hydrogène. Des nanocomposites composés de matrices poreuses de silice ou de carbone dans lesquelles sont incorporées des nanoparticules d’un métal de transition (i.e. Ni@SiO2 et Ni@Carbone) sont étudiés comme matériaux de stockage en couplant manométrie et microcalorimétrie d’adsorption. La mise en place d’une méthode de réduction adaptée a constitué une étape importante de ce travail. Ce couplage d’études thermodynamiques de l’adsorption a permis de déterminer les propriétés d’adsorption de l’hydrogène à basse température et basses pressions de ces matériaux. / Nanocomposite organized porous materials present many properties in particular in the field of adsorption. This study was based on the synthesis of porous materials of high specific surface area functionalized with metal nanoparticles focusing in particular on two applications in the field of adsorption: one in the liquid phase and the other one in the gas phase.The first application is the detection of molecules in the liquid phase at low concentrations. Nanocomposites composed of a porous silica matrix in which are inserted noble metal nanoparticles (i.e. Ag@SiO2 and Au@SiO2) are studied as SERS (Surface Enhanced Raman Scattering) substrates by coupling thermodynamics and Raman spectroscopy. The coupling of the Raman response study and the thermodynamics of adsorption study leads to a better understanding of the influence of the particles on the molecule detection threshold. The influence of various parameters on the Raman response of the probe molecule and its adsorption properties were also studied (the particle size, the chemical nature of the metal, etc.)The second application relates to the storage of hydrogen since Nanocomposites composed of porous silica or carbon matrices in which are incorporated transition metal nanoparticles (i.e. Ni@SiO2 and Ni@Carbon) were studied as storage materials by coupling the adsorption manometry and microcalorimetry. The establishment of a suitable reduction method was an important step in this work. This coupling of thermodynamic studies of the adsorption was used to determine the adsorption properties of hydrogen at low temperature and low pressures of these materials.