Deux thématiques sont développées dans la présente thèse. Tout d'abord, des surfaces de molybdène nues et carburées sont étudiées à l'aide de calculs basés sur la théorie de la fonctionnelle de la densité – DFT – appliquée aux systèmes périodiques. Les propriétés électroniques et structurales des surfaces 100, 110 et 111 du molybdène cristallin et p(1x1)-C, c(2x2)-C et c(3√2x√2)R45°-C Mo(100), p(4x4)-C Mo(110) et p(6x1)-C Mo(111) sont déterminées. L'activité de la surface p(4x4)-C Mo(110) vis-à-vis de l'adsorption de CO est abordée par la détermination des modes de vibration du monoxyde de carbone coordiné à divers sites de surface. Le modèle de surface proposé est validé par une comparaison des données expérimentales et théoriques.<br /> L'étude de la fonctionnalisation de surfaces carbonées - graphite et nanotube (8,0) - par un atome de métal de transition est réalisée par des calculs DFT. Il est déterminé que les atomes de Cr, Mn et Cu sont physisorbés alors que les autres atomes de la série 3d sont chimisorbés. L'occupation de l'orbitale 4s pour Cr, Mn et Cu conduit à une répulsion métal-surface, quelque soit la courbure du plan graphitique. Les surfaces d'énergie potentielle sont déterminées pour évaluer les barrières de diffusion. Sc, Ti, Fe et Co sont les métaux susceptibles d'être isolés en surface. Les autres diffusent (formation d'aggrégats). Le magnétisme, l'énergie d'adsorbtion et la structure géométrique sont analysés à l'aide de l'étude des densités d'états, des charges de Bader et de diagrammes orbitalaires de molécules organométalliques modèles. <br /> Finalement, l'activation du dihydrogène par un métal 3d de surface est étudiée. Des complexes dihydrures et d'hydrogène moléculaire sont localisés en surface. La faible élongation de la liaison s HH est observée préférentiellement pour Fe, Co et Ni tandis que la rupture de la liaison apparaît pour Sc, Ti et V. La saturation de certains métaux par adsorption de plusieurs molécules d'hydrogène est entreprise. Il est montré que ces matériaux hypothétiques pourraient stocker l'hydrogène.<br /> La création d'un cluster d'ordinateurs pour le calcul numérique est présentée. L'originalité consiste à utiliser des ordinateurs dédiés à l'enseignement et utilisables en dehors de ces périodes.

L'hydrocondensation des oxydes de carbone sur un catalyseur Fe/Al₂O₃ a été étudiée entre 1 et 30 bars de pression et à des températures de réaction comprises entre 200 et 275°C. L'activité et la sélectivité ont été mesurées en fonction du temps de réaction, conjointement à la caractérisation physico-chimique in situ du fer en volume par spectroscopie Mossbauer et mesures magnétiques, et des espèces superficielles par spectroscopie infra-rouge, thermodésorption programmée et thermoréduction programmée. Les résultats obtenus pour la réaction H₂ + CO ont conduit à l'élaboration d'un mécanisme basé sur la dissociation initiale du monoxyde de carbone, et croissance de chaîne par addition successive d'espèces CH_x (x = 1, 2 ou 3). Le fer est rapidement transformé en carbure de fer Fe_(2+x)C (0 < x < 0,4) dont la teneur en carbone augmente en fonction du temps de réaction. Aucun oxyde de fer ne se forme en quantité décelable. Le vieillissement observé du catalyseur est attribué à la carburation du fer et à l'accumulation de carbone peu réactif. L'étude comparative de la réaction H₂ + CO₂ a mis en évidence l'évolution particulière de l'activité en fonction du temps selon un modèle en trois étapes successives (désactivation, réactivation, nouvelle désactivation) qui ont pu être interprétées à l'aide des études physico-chimiques in situ du catalyseur. L'effet de la pression totale des réactifs de 8 à 30 bars sur l'orientation des sélectivités a été établi. Des alcools homologues sont produits préférentiellement aux hydrocarbures dans certaines conditions de la réaction H₂ + CO, et en particulier : le méthanol à 200-225°C et dès 8 bars de pression. Avec la réaction H₂ + CO₂, les produits prépondérants sont le méthane et le méthanol. L'ensemble des résultats obtenus entre 1 et 30 bars a conduit à l'élaboration d'un schéma réactionnel faisant intervenir le monoxyde de carbone sous forme dissociée pour la production d'hydrocarbures, et simultanément sous forme moléculaire pour la production d'alcools. La nature des sites actifs est discutée.

Les aciers bainitiques sont utilisés industriellement pour leur bon compromis entre résistance, ductilité et ténacité. Cependant, après obtention de sa microstructure d'emploi, l’acier peut subir des maintiens additionnels en température (soit en fin de fabrication et/ou lors de son utilisation), susceptibles de dégrader ses propriétés. Ces travaux de thèse cherchent à comprendre les origines microstructurales de cette dégradation. Pour ce faire, des traitements thermiques contrôlés ont été appliqués à des aciers de nuances modèles FeNiC et FeNiMnC. Une première série de traitements a permis de fabriquer des microstructures bainitiques supérieure, inférieure, martensitique et mixtes. Ces produits de transformation bruts ont été caractérisés et analysés en détail, en particulier par EBSD en résolution angulaire améliorée. Les données ont été exploitées pour reconstruire les ex-grains austénitiques et distinguer les différents produits de transformation par l'organisation spatiale de leurs variants cristallographiques. Une deuxième série de traitements a consisté à soumettre ces microstructures à des maintiens isothermes prolongés. Nous avons montré que ces microstructures bainitiques en lattes ne sont pas stables dans certaines conditions ultérieures de maintien isotherme. Dans les cas les plus sévères, nous avons observé un processus de « granularisation » de la microstructure en lattes avec disparition des variants fortement désorientés et une maturation des carbures. Ces phénomènes sont observés sur nos alliages modèles y compris sur des temps courts (<1h) à basses températures (300°C). Ces évolutions ainsi que leurs cinétiques ont été investiguées à différentes échelles en couplant des observations en MEB, EBSD, MET et aussi in situ par DRX Haute Energie sur grands instruments. La composition chimique et la microstructure initiale affectent sensiblement les cinétiques. Mais nous avons surtout pointé le rôle majeur de la présence (même résiduelle) de bainite dite supérieure dans la microstructure initiale pour amorcer le processus de granularisation, indépendamment de la température de dénaturation. L’ensemble des résultats permet de discuter les possibles mécanismes sous-jacents et leurs forces motrices et ouvre une discussion plus large sur la classification des bainites / Bainitic steels are widely used in industry thanks to their good combinations of strength, toughness and ductility. Meanwhile, after obtaining the targeted microstructure, the steel can undergo additional isothermal holdings (either during manufacturing and/or during usage) prone to degrade its properties. The thesis work aims at understanding the microstructural origins of this degradation. To achieve this, we applied controlled heat treatments on model FeNiC and FeNiMnC steel grades. A first set of heat treatments allowed us to obtain different microstructures; upper and lower bainites, martensite and mixed concepts. These transformation products were characterized and analyzed in detail, particularly by EBSD with improved angular resolution. Data was operated to reconstruct prior austenitic grains and to distinguish the different transformation products according to their crystallographic variant spatial organization. A second set of heat treatments consisted in aging these microstructures by extended isothermal holdings. We show that lath-like bainitic microstructures are not stable under certain isothermal conditions. In the most advanced cases, we observed a « granularization » process of the lath microstructure, associated with high misoriented variant disappearance and carbides ripening. These phenomena were observed for the studied model alloys, even within short holding times (<1h) and at low temperatures (300°C). These highlighted evolutions as well as their kinetics were investigated at different scales, coupling SEM observations, EBSD, TEM and in situ XRD High Energy on large instruments. The initial microstructure and the steel chemical composition affect significantly the « granularization » kinetics. But we have above all put the light on the major role of the presence of an upper bainite fraction (even a residual one) in the initial microstructure, to start the granularization phenomenon, independently of aging temperature. All of these results allow discussing possible mechanisms with their respective driving forces and opening larger discussion about bainite classification

Des carbones dérivés de carbures à porosité monodisperse et nanocentrée autour de 0,6 nm ont été préparés par fluoration de carbures via l’arrachement sélectif de l’élément métallique et le maintien de l’empreinte carbonée initiale. Les carbures précurseurs ont été choisis parmi deux des classes de carbures à savoir interstitiels pour le carbure de titane et de niobium et covalents pour le carbure de silicium. La fluoration directe procédant sous flux d’une atmosphère de fluor pur apparait comme étant la seule méthode de fluoration apte à déstabiliser les poudres cristallisées. Appliquée au carbure de titane, des matériaux à teneur variable en carbone et en trifluorure de titane ont été obtenus et caractérisés structuralement par Diffraction des Rayons X quantitative, spectroscopies IR et Raman et leur texture sondée par Microscopie Electronique à Balayage et à Transmission et isothermes d’adsorption à l’azote à 77K. Ils ont aussi été évalués comme matériau d’électrode de supercondensateurs. La fluoration du carbure de silicium pour la stabilisation d’une phase carbonée est plus difficile et seule l’abaissement de la cristallinité du carbure par l’utilisation d’une mise en forme de type couche mince combinée à une méthode de fluoration alternative par décomposition de l’agent fluorant XeF2 ont permis d’obtenir une couche mince de carbone nanostructurée valorisable comme lubrifiant solide et aux propriétés de mouillabilité modulables. / Carbide-derived Carbons (CDC) with monodisperse ultramicroporosity have been prepared by carbide fluorination thanks to selective etching of metallic element. The chosen carbides precursors were titanium and niobium carbides, and silicon carbides from interstitial and covalent carbide family, respectively. Direct fluorination proceeding by a pure flow of 1 atm. of molecular fluorine is the only fluorination way which leads to the transformation of the powdered and highly crystallized carbide into some carbons. Materials with different ratio of carbon and solid titanium trifluoride were successfully obtained by direct fluorination of titanium carbide, characterized by quantitative XRD, IR and Raman spectroscopies and Scanning and Transmission Electronic Microscopies and used in supercapacitors. The direct fluorination of silicon carbide in order to form carbon is more difficult because of the competition between carbon formation and its degradation into gaseous carbon fluorides. To success in our goal, thin film morphology was used as precursor. However, an accurate fluorination way is needed and decomposition of XeF2 fluorinating agent was chosen. Thin films with variable thickness of nanostructured carbon at the surface were obtained and used as solid lubricant with tunable wettability properties.

En perspective de la prolongation de la durée de vie en service des REPs, il est de plus en plus important d’obtenir une évaluation fiable de l’évolution de la microstructure des aciers constituant la cuve des REPs et de leurs propriétés correspondantes. Un mécanisme de fragilisation non-durcissante, dû à la ségrégation intergranulaire du P qui affaiblirait la cohésion des joints de grains, pourrait contribuer à la fragilisation et doit donc être étudié. Les présents travaux ont pour objectifs d’étudier la ségrégation intergranulaire du P dans un acier de cuve de réacteur afin (i) de connaître l’influence du type de joint de grain sur la ségrégation du P, (ii) de clarifier l’influence des conditions de vieillissement (vieillissement thermique et irradiation ionique) sur la ségrégation du P et (iii) de faire une comparaison avec les modèles disponibles et proposés ici.Pour cela, une méthodologie corrélative -Diffraction des Électrons Rétrodiffusés (EBSD), Diffraction de Kikuchi en Transmission (TKD) et Sonde Atomique Tomographique (APT) -a été adoptée pour étudier la ségrégation intergranulaire. Les informations cristallographiques (5 paramètres) et la composition chimique ont été collectées et systématiquement corrélées. Les aciers ont une microstructure complexe de ferrite aciculaire et de carbures intergranulaires. La ségrégation des solutés aux joints des grains (joints des grains faiblement désorientés (LAGB), joints des grains fortement désorientés généraux (HAGB) et Σ3HAGBs) et aux interfaces (interfaces carbure-ferrite M2.0-3.2C et interfaces cémentite-ferrite) a été quantifiée. Il existe une ségrégation évidente d'un élément ou de plusieurs espèces chimiques (C, P, Mn, Mo, Cr, Si et Ni) pour tous ces types de défauts plans. Tenant compte de la nature des éléments ségrégants et de la cristallographie du joint de grain, les ségrégations interstitielles et substitutionnelles ont été quantifiées et discutées. Sur la base d’un grand nombre de données, il apparaît que les niveaux moyens des segrégations en P sont plus élevés dans les HAGBs généraux ou les LAGBs que les autres types d'interfaces quel que soit le vieillissement envisagé. Par ailleurs, les résultats expérimentaux ont été comparés avec les résultats prévus par des modèles analytiques pour des systèmes binaires, ternaires et multi-composants. Bien qu'ayant un niveau de ségrégation du P prédit plus élevé, le modèle ternaire Fe-P-C se rapproche le plus des résultats expérimentaux. / With expectations for extending the service lifespans of PWRs, it is of great importance to get a reliable evaluation of the microstructural evolution and the corresponding property changes of RPV steels. A non-hardening mechanism, due to intergranular P segregation that impairs the grain boundary (GB) cohesion, may contribute to the embrittlement and thus needs to be studied. The present work aims to investigate the intergranular P segregation behavior in a RPV steel in order to (i) determine the influence of GB type on P segregation behavior, (ii) clarify the influence of ageing conditions (thermal ageing and ion irradiation) on P segregation behavior and (iii) make a comparison with the existing analytical models. To reach these objectives, a correlative - Electron Backscatter Diffraction (EBSD), Transmission Kikuchi Diffraction (TKD) and Atom Probe Tomography (APT) - methodology was adopted to study the GB segregation behavior. The crystallographic information (5 parameters) and chemical composition were collected simultaneously. The steels have a complex microstructure of acicular ferrite and intergranular carbides. The solute segregation at GBs (Low Angle Grain Boundaries (LAGBs), general High Angle Grain Boundaries (HAGBs) and Σ3 HAGBs) and interfaces (M2.0-3.2C carbide-ferrite interfaces and cementite-ferrite interfaces) were quantified. There is an obvious segregation of one element or several chemical species (C, P, Mn, Mo, Cr, Si and Ni) at all boundary types. Taking into account the nature of segregants and the five-parameter GB crystallography, both interstitial and substitutional segregation behaviors were discussed. Based on a large dataset, it appears that the average P segregation levels are higher in general HAGBs or LAGBs than in other boundary types. Besides, the experimental results were compared to the predicted ones from analytical models for binary, ternary and multicomponent systems. Though with a higher predicted P segregation level, the Fe-P-C ternary model seems to better fit the experimental results in all ageing conditions.