Cet exposé présente des résultats expérimentaux et numériques sur les écoulements denses de matériaux granulaires secs dans un canal. Nous détaillons la méthode de dynamique moléculaire de sphère molles et les techniques expérimentales de suivi des particules et de densimétrie-gamma. Les résultats expérimentaux issus d'un système bidimensionnel sont ensuite présentés. Nous étudions en particulier la cristallisation d'une assemblée monodisperse au sein de l'écoulement, les profils de vitesse et compacité ainsi que la structure du front d'avalanche. Les empilements à stabilité dynamique (ou Super Stable Heaps) sont ensuite étudiés aussi bien expérimentalement que numériquement. Le rôle prépondérant du frottement aux parois latérales est mis en évidence. Nous nous intéressons également à la croissance d'un tel empilement, c'est-à-dire aux problématiques d'érosion et d'accrétion. Les profils de vitesse, compacité, vitesse de rotation etc sont étudiés par simulations numériques. Les simulations confirment également l'influence majeure du frottement aux parois latérales sur les propriétés de l'écoulement. Enfin nous étudions un régime d'écoulement rapide dans lequel une zone dense s'écoule en bloc sur une couche basale cisaillée, diluée et agitée. Nous montrons que ce régime d'écoulement ne semble pas expliquer les avalanches dites "à longue portée". De plus, nos simulation reproduisent l'apparente lubrification des écoulements géophysiques très volumineux pour des écoulements granulaires secs et partout denses.

Les réactions pallado-catalysées permettant la formation de liaisons carbone-carbone trouvent de nombreuses applications en synthèse organique et constituent l'étape clé de la synthèse d'un grand nombre de molécules. La première partie de cette thèse décrit la préparation et l'étude de catalyseurs hétérogènes et réutilisables comportant du palladium supporté sur un polymère portant des groupements phosphinés, polymère dérivé soit d'une résine de Merrifield soit d'une résine Rasta. De très bons résultats ont été obtenus pour leur utilisation dans les couplages croisés de Hiyama, Heck et Suzuki et dans chaque cas la possibilité de réutilisation jusqu'à 4 fois du catalyseur a été vérifiée. Notre travail constitue une des premières utilisations d'un catalyseur réutilisable dans le couplage de Hiyama. Nous avons aussi mis au point des conditions permettant d'effectuer le couplage de Heck en présence d'une quantité infime de palladium. Notre étude sur les résines Rasta constitue la première application de ces supports en pallado-catalyse. La deuxième partie de la thèse décrit l'étude de la préparation de catalyseurs où le palladium serait supporté sur des nanoparticules superparamagnétiques et qui pourraient donc être récupérés de tout milieu réactionnel grâce à un champ magnétique externe. Des nanoparticules de cobalt ont été préparées puis recouvertes de pyrocarbone par dépôt chimique en phase vapeur. Des groupements organiques ont été fixés sur la coque de carbone, ce qui permet l'introduction de ligands phosphinés. La structure de ces particules a été étudiée par microscopie électronique en transmission et leur préparation optimisée en fonction des résultats structuraux.

L'imprégnation, étape cruciale de la préparation de catalyseurs supportés pour l’hydrotraitement de coupes pétrolières (CoMo / y-Al2O3) , a été étudiée dans ce travail. L'objectif principal a été de déterminer les phénomènes physico-chimiques et les interactions entre la surface du support et les espèces en solution se produisant pendant cette étape puis faire le lien avec l'activité du catalyseur final.La formation directe et la stabilité de la solution (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) ont été étudiées de manière poussée en fonction du pH, de la concentration, du rapport Co/Mo. Cela a nécessité le développement de méthodes analytiques quantitatives (spectrométries Raman et UV-visible), réalisées via SIMPLISMA, un algorithme de traitement des données par analyses factorielles. L'étude de l'imprégnation de la solution (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) sur y-Al2O3 a mené à une meilleure compréhension de cette étape. Il a été montré que la conservation de cette espèce sur le support dépend principalement de la densité en atomes de Mo / nm², mais également du rapport Co/Mo et du pH initial de la solution d’imprégnation, tous ces paramètres étant liés entre eux. Cette étude a mis en évidence le rôle majeur du support, via ses propriétés surfaciques.L’intérêt d’utiliser (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) pour préparer de tels catalyseurs réside dans la proximité du cobalt et du molybdène. La phase active résultante est très bien dispersée et hautement promue, et ce même si le précurseur est décomposé sur le support lors de l’imprégnation. Enfin, la méthodologie développée au cours de ce travail est transposable à la préparation de tout type de catalyseur supporté. / Impregnation, crucial step of the preparation of supported catalysts used for hydrotreatment of petroleum fractions (CoMo / gamma-alumina), has been studied in this work. The main aim has consisted in determining the physico-chemical phenomena and the interactions between the support surface and the aqueous species during this step, and then linking these results to the activity of the final catalyst.The direct formation and stability of the (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) solution have been studied as a function of pH, concentration and Co/Mo ratio. This has required the developement of analytical quantitative methods (Raman and UV-visible spectroscopies) carried out thanks to SIMPLISMA, an algorithm of data treatment by factorial analysis. The study of impregnating (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) solutions onto gamma alumina has led to a best understanding of this step. It was showed that the conservation of these species on the support mainly depends on the surface density of molybdenum atoms per square nanometer, but also on the Co/Mo ratio and the initial pH of impregnating solutions, all these parameters being linked together. This study has underlined the major role of the surface properties of the support. The interest of using (3 Co2+ ; H4Co2Mo10O386-) solutions to prepare such catalysts lies in the proximity of cobalt and molybdenum. The resulting active phase is very well dispersed and highly promoted, even if the precursor is decomposed on the support during impregnation. Finally, the methodology developed in this work is transferable to the preparation of any supported catalyst.

Une démarche de type génie de la réaction chimique est appliquée à l'hydroformylation modèle d'oct-1-ène par des complexes lipophobes du rhodium préparés à partir de Rh(CO)2(acac) en phase liquide ionique ([Bmim][PF6]) ou en phase liquide ionique supportée sur silice. La réaction étant contrôlée par la concentration des réactifs dans la phase liquide ionique catalytique, une première étape a consisté à mesurer ces concentrations tant pour les deux gaz (H2 et CO) que pour l'oct-1-ène à différentes températures et pressions. Diverses méthodes de mesures sont utilisées pour la solubilité de l'oléfine : thermogravimétrie et chromatographie gazeuse après extraction multiple d’espace de tête, en présence de solvant (décane) et du produit de la réaction (nonanal). Le transfert gaz-liquide, qui peut conditionner la vitesse de réaction dans ces milieux visqueux, est également mesuré par une technique dynamique de variation de pression, en liquide ionique pur et en mélange biphasique liquide ionique-phase organique, dans un réacteur autoclave à autoaspiration de gaz par arbre creux. Une corrélation générale est proposée montrant une forte influence de la vitesse d'agitation.Une étude cinétique est réalisée en conditions de transferts non limitants en gaz-liquide organique-liquide ionique avec la TPPTS comme ligand. Les comportements habituels de l’hydroformylation  en  phase organique ou en phase aqueuse sont retrouvés : ordre voisin de 1 pour H2, inhibition par CO à forte concentration, énergie d'activation élevée. Si le turnover est convenable (70 h-1), le rapport n/iso est par contre très bas ce qui n'est pas en faveur de ce système catalytique. Quelques résultats permettent aussi une première analyse de la catalyse biphasique avec le ligand sulfoxantphos et de la catalyse en phase liquide ionique supportée sur silice avec la TPPTS. / A chemical reaction engineering approach is applied to the hydroformylation of 1-octene using lipophobic complexes of rhodium prepared from Rh(CO)2(acac) in ionic liquid phase ([Bmim] [PF6]) or in the ionic liquid phase supported on silica. As the reaction is controlled by the concentration of the reagents in the catalytic ionic liquid phase, the concentrations of both gases (H2 and CO) and also of 1-octene are measured at various temperatures and pressures as an initial step. Different methods are used for the measurement of the olefin solubility inside the ionic liquid: thermogravimetry and multiple headspace chromatography, in the presence of solvent (decane) and reaction product (nonanal). The gas-liquid mass transfer, which can be a rate controlling step in these viscous media, is also measured by a dynamic technique of pressure variation, both in case of pure ionic liquid and biphasic mixture of ionic liquid and organic phase, in an autoclave reactor with self induced stirrer. A general correlation is proposed showing the strong influence of the agitation speed. A kinetic study is realized in no gas–liquid nor organic–ionic liquid mass transfer limiting conditions (chemical regime) with TPPTS as ligand. The usual hydroformylation behaviour is observed, as already found in organic phase or in aqueous phase: order close to 1 for H2, inhibition by CO at large concentration, and high activation energy. If the turnover frequency is suitable (70 h-1), the n/iso ratio is very low which is not favourable to this catalytic system. Some experimental results also allow a first analysis of biphasic catalysis with sulfoxantphos ligand and of ionic liquid phase supported catalysis with TPPTS ligand.

Le travail présenté dans ce mémoire concerne la fixation d'un catalyseur métallocène sur un film de polyéthylène haute densité (PEhd) exposé à un plasma froid de dioxyde de carbone. Il s'inscrit dans le cadre de recherches menées au sein du Laboratoire depuis plusieurs années et qui visent à élaborer des matériaux polymères présentant des propriétés superficielles spécifiques. Pour atteindre ce but, notre démarche a consisté d'une part, en l'étude des modifications superficielles ainsi que des mécanismes réactionnels se produisant à l'interface plasma-polymère et d'autre part, en l'exploitation des sites carboxyliques superficiels engendrés par le traitement plasma en vue de la fixation du catalyseur de 4ème génération.<br />Les espèces réactives du plasma de dioxyde de carbone (ions, métastables,...) induisent une modification des propriétés physico-chimiques superficielles du polymère se traduisant principalement par une fonctionnalisation sous forme de groupements oxygénés. Une dégradation superficielle ainsi qu'une cristallisation et une réticulation sont également observées. La fonctionnalisation superficielle sous forme d'acides carboxyliques se produit suivant un mécanisme faisant intervenir les espèces actives CO2 du plasma. L'oxygène atomique (O3P et/ou O1D) créé lors de la décharge plasma apparaît largement responsable du processus de dégradation se caractérisant par l'apparition d'une faible rugosité en surface du matériau ainsi que par la formation de produits de faible masse.<br />La fixation du catalyseur métallocène (Ind2MCl2) a été réalisée par étapes successives sur le support de polyéthylène traité. L'existence d'une seule espèce catalytique liée à la surface de façon covalente permet la synthèse de polymères de distribution en masse étroite. La réutilisation du catalyseur supporté, sans perte notable d'activité, ni modification des caractéristiques du polymère synthétisé, est également montrée. Une modélisation moléculaire permet de définir la conformation méso comme étant d'un point de vue énergétique la plus stable et ce, de façon d'autant plus marquée que les interactions entre ligands aromatiques augmentent. La nature de la tacticité du polystyrène synthétisé est expliquée par la conformation du catalyseur supporté.

L’objectif de ce travail est d’évaluer l’effet de la nature du support et l’effet de promotion sur les propriétés catalytiques des catalyseurs d’HDS à base de Mo. Pour obtenir les systèmes catalytiques adéquats, nous avons appliqué la préparation par « voie acac », qui consiste à faire réagir le promoteur sous forme de complexe acétylacétonate (de Co, Ni ou Fe) sur le sulfure de molybdène supporté (sur γ-Al2O3, SiO2, TiO2 ou ZrO2). Les différents solides obtenus ont été caractérisés par MET, IR(CO) et SPX notamment pour tenter de quantifier les phases actives, puis ils ont été testés dans les réactions d’HDS du thiophène et du 4,6-DMDBT. L’activité catalytique a pu être corrélée aux résultats de caractérisation par une nouvelle approche qui consiste à calculer l’activité apparente par site NiMoS ou CoMoS. Cette approche montre que la qualité des sites actifs CoMoS et NiMoS est la meilleure sur SiO2 et comparable sur les supports γ-Al2O3, TiO2 et ZrO2. Par la même méthode nous avons préparé de nouveaux catalyseurs de type CoNiMoS supportés, en ajoutant les promoteurs Co et Ni soit simultanément soit successivement au MoS2. Cette étude permet un fort apport expérimental aux études théoriques qui avancent l’hypothèse de différentes affinités du Co et du Ni pour les deux type de bords S-edge et Mo-edge sur γ-Al2O3 et TiO2. / The main objective of this work was to evaluate the support and the promoting effect on the catalytic properties of HDS catalysts. In order to obtain appropriate catalytic systems, we applied the “acac method” which consists to add the promoter as an acetylacetonate complex (of Co, Ni or Fe) onto the supported molybdenum sulfide (on γ-Al2O3, SiO2, TiO2 and ZrO2). The various solids obtained were characterized by TEM, IR(CO) and XPS in particular to quantify the active phases, and then they have been tested in the HDS reactions of thiophene and 4,6-DMDBT. The catalytic activity has been correlated to the characterization datas by a new approach which consists in calculating the apparent catalytic activity by NiMoS or CoMoS site. This approach showed that the quality of the active sites is the best on SiO2 and comparable on γ-Al2O3, TiO2 and ZrO2. Moreover, this “acac method” allowed us to study supported CoNiMoS catalysts synthesized by adding Co and Ni either simultaneously or successively to MoS2. This study represents an important experimental contribution which allow to discuss the hypothesis developped in theoretical studies about the different affinities of Co and Ni for the S-edge and Mo-edge on γ-Al2O3 and TiO2.

Les réactions pallado-catalysées permettant la formation de liaisons carbone-carbone trouvent de nombreuses applications en synthèse organique et constituent l’étape clé de la synthèse d’un grand nombre de molécules. La première partie de cette thèse décrit la préparation et l’étude de catalyseurs hétérogènes et réutilisables comportant du palladium supporté sur un polymère portant des groupements phosphinés, polymère dérivé soit d'une résine de Merrifield soit d’une résine Rasta. De très bons résultats ont été obtenus pour leur utilisation dans les couplages croisés de Hiyama, Heck et Suzuki et dans chaque cas la possibilité de réutilisation jusqu’à 4 fois du catalyseur a été vérifiée. Notre travail constitue une des premières utilisations d’un catalyseur réutilisable dans le couplage de Hiyama. Nous avons aussi mis au point des conditions permettant d’effectuer le couplage de Heck en présence d’une quantité infime de palladium. Notre étude sur les résines Rasta constitue la première application de ces supports en pallado-catalyse. La deuxième partie de la thèse décrit l’étude de la préparation de catalyseurs où le palladium serait supporté sur des nanoparticules superparamagnétiques et qui pourraient donc être récupérés de tout milieu réactionnel grâce à un champ magnétique externe. Des nanoparticules de cobalt ont été préparées puis recouvertes de pyrocarbone par dépôt chimique en phase vapeur. Des groupements organiques ont été fixés sur la coque de carbone, ce qui permet l’introduction de ligands phosphinés. La structure de ces particules a été étudiée par microscopie électronique en transmission et leur préparation optimisée en fonction des résultats structuraux. / Palladium-catalyzed reactions forming carbon-carbon bonds have found widespread applications in organic synthesis as they represent the key step of many important syntheses in various domains. The first part of this work describes the preparation and study of heterogeneous, reusable, catalysts containing palladium supported on a polymer bearing phosphino groups derived from either a Merrifield resin or a Rasta resin. Very good results have been obtained for the use of these catalysts in Hiyama, Heck and Suzuki cross-couplings and, in each case, the possibility of reuse of the catalyst at least 4 times has been verified. Our work constitutes one of the first use of a reusable catalyst in a Hiyama coupling. We have also found experimental conditions allowing to run the Heck coupling in the presence of only a minimal amount of palladium. Our work constitutes the first use of Rasta resins to prepare heterogeneous palladium catalysts. The second part of the thesis describes the study of the preparation of catalysts where palladium would be supported on superparamagnetic nanoparticles and which could therefore be recovered from any reaction medium by using a magnetic field. Cobalt nanoparticles were prepared and then covered by pyrocarbon by Chemical Vapor Deposition. Organic groups, allowing the subsequent introduction of phosphino ligands, were then grafted on the carbon shells. The structure of the particles was determined by Transmission Electron Microscopy and their preparation optimized according to these structural results.

L’étude présentée dans ce mémoire s’inscrit dans le cadre de la réutilisation des eaux usées traitées par un procédé d’oxydation avancée (AOP), la photocatalyse hétérogène. Ce procédé, couplant le rayonnement UV et l’utilisation d’un photocatalyseur (TiO2) au sein d’un réacteur, est envisagé comme procédé de traitement tertiaire pour la désinfection des effluents dis secondaires. Les expérimentations photocatalytiques ont été réalisées sur une bactérie cible, E.coli. Elles ont été conduites en mode batch puis en mode continu. Les expérimentations en mode batch ont été réalisées sous irradiation contrôlée puis solaire. Les données expérimentales acquises sous irradiation contrôlée ont permis la comparaison des performances bactéricides de différents catalyseurs. Elles ont conduit en parallèle à la définition d’un modèle cinétique représentatif de la capacité bactéricide de chaque média. Les expérimentations solaires ont permis de valider le modèle cinétique sous irradiation solaire puis, d’étudier l’inactivation bactérienne dans un effluent réel. Par ailleurs, le potentiel bactéricide du traitement photocatalytique en régime permanent a été évalué. Le fonctionnement du procédé continu a été parfaitement décrit par un modèle cinétique se basant sur la loi cinétique initialement définie en mode batch. Finalement, l’inactivation d’E.coli a été évaluée par différentes techniques de quantification bactérienne. Cela a permit de mettre en évidence le mécanisme principal d’inactivation par voie photocatalytique, la lyse membranaire et d’apporter des informations sur l’état de viabilité « réel » des bactéries au cours du traitement photocatalytique. / The study presented in this paper is part of the reuse of treated wastewater by advanced oxidation process (AOP), the heterogeneous photocatalysis. This process, coupling the UV radiation and the use of a photocatalyst (TiO2) in a reactor, is envisaged as tertiary treatment process for disinfection of said secondary effluent. Photocatalytic experiments were performed on a target bacterium, E. coli. They were conducted in batch and continuous mode. The experiments in batch mode were performed under controlled irradiation and sunlight. The experimental data obtained under controlled irradiation allowed the comparison of the bactericidal performance of different catalysts. They led in parallel to the definition of a representative kinetic model of the bactericidal capacity of each medium. Solar experiments were used to validate the kinetic model under solar irradiation and then to study the bacterial inactivation in a real effluent. Furthermore, the potential of the photocatalytic bactericidal treatment at steady state was evaluated. The operation of the continuous process has been thoroughly described by a kinetic model based on the kinetic law originally defined in batch mode. Finally, inactivation of E. coli was evaluated by different bacterial quantification techniques. This has made it possible to highlight the main mechanism of the photocatalytic bacterial inactivation, the membrane lysis. It provided information about the "real" state of the bacteria viability during the photocatalytic treatment.