Les émissions de gaz toxiques provenant de sources mobiles, tels que les oxydes d’azote (NOx) sont aujourd’hui soumises à réglementation celles-ci devenant de plus en plus strictes notamment dans le cadre de la norme Euro 6 qui sera en vigueur à l’échelle européenne à partir de 2014. Dans le cas de véhicules Diesel, de nombreux verrous scientifiques subsistent notamment pour éliminer simultanément les suies et les NOx en milieu globalement oxydant. Ce travail est consacré à la conversion sélective des NOx en N2 dans des compositions de mélanges gazeux représentatives des effluents gazeux en sortie de moteurs Diesel. Parmi les technologies envisagées, la réduction sélective des NOx en N2 par les hydrocarbures se singularise par sa simplicité à mettre en œuvre. De nouvelles familles de catalyseurs à base d’or dispersé sur l’alumine ont été mises en œuvre en remplacement du platine et palladium. L’étude de leur stabilité en milieu réactionnel à 500°C a permis de sélectionner différente méthodes de préparation par dépôt-précipitation (DP) et par échange ionique (AE). Typiquement, cette dernière méthode de préparation conduit à un domaine de conversion beaucoup plus étendu notamment après vieillissement à 500°C. Par ailleurs, la réduction des NOx est sensible aux tailles des particules les plus grosses semblant plus actives que les plus petites thermodynamiquement plus instables. Dans le contexte du post-traitement, où une recristallisation est souvent observée à haute température, ce dernier paramètre confère aux catalyseurs Au/Al2O3 un certain attrait pour un développement ultérieur. La seconde partie est consacré à la modification des catalyseurs Au/Al2O3 par ajout d’argent. Les méthodes co-précipitation et greffage montrent que les particules bimétalliques obtenues après activation thermique sous hydrogène sont peu actives. L’or et l’argent métalliques en interaction voient leurs propriétés électroniques perturbées ce qui a pour conséquence d’orienter la sélectivité en faveur des réactions d’oxydation des réducteurs par l’oxygène présent en grand excès. En revanche, l’imprégnation successive permet d’obtenir un gain substantiel en conversion des NOx lorsque Au et Ag préservent leur propriétés intrinsèques. Différents paramètres opératoires ont été examinés montrant l’intérêt de déposer Ag avant Au de façon à maintenir en surface un rapport atomique Au/Ag optimal. / Nowadays, emissions of atmospheric pollutants from mobile sources such as nitric oxides (NOx) are submitted to more stringent regulations especially within the next Euro 6 which will be implemented in Europe at the beginning of 2014. Up to now commercialized technologies available for the abatement of NOx from lean burn engine (running with a large excess of oxygen) are not capable to remove simultaneously NOx and particulates in lean atmosphere. This study is essentially focused on the NOx conversion to nitrogen via the Selective Catalytic Reduction by using hydrocarbons (HC-SCR) in representative Diesel exhaust gas conditions. This technology is more feasible than the Lean-NOx trap and Urea-SCR systems. Supported gold catalysts on alumina have been developped for the replacement of Pt and Pd less selective. Particular attention was paid to the thermal stability under reaction conditions at 500°C. Among the different synthesis protocols investigated (Deposition-precipitation, Anionic exchange), it was found that the anionic exchange method leads to the best compromise with a larger operating window after ageing. In addition, the reduction of NOx to nitrogen seems structure sensitive, the largest particles being more active than the smallest ones usually thermodynamically instable at high temperature. In this context, such behavior should be profitably used for further practical developments since post-combustion catalysts essentially run at rather high temperature. The second part of this study was dedicated to the modification of Au/Al2O3 catalysts after silver incorporation. Different strategies implemented for Ag incorporation have been examined. Coprecipitation and grafting lead to the formation of bimetallic particles with homogeneous distribution of gold and silver especially via the coprecipitation method. Strong interaction between Au and Ag with further modification of their electronic and adsorptive properties leads to strong deactivation. On the other hand, the segregation of both metals on alumina preserving their intrinsic properties improves the catalytic performances especially after ageing. The influence of different operating condition has been examined showing the best compromise when gold is successively impregnated on Ag/Al2O3.

Les sources d'approvisionnement en énergie proviennent essentiellement des matières fossiles, qui se raréfient et dont la combustion relargue dans l'atmosphère des polluants et gaz à effet de serre.Un vecteur d'énergie apparaît comme l'avenir pour subvenir aux besoins énergétiques de la planète : l'hydrogène ; cependant, son coût de production reste très élevé.Dans la nature, des enzymes, les hydrogénases, sont capables de produire et d'oxyder l'hydrogène de manière très efficace. Les scientifiques se sont alors inspirés de ces enzymes afin de concevoir des complexes qui seraient des catalyseurs bien plus robustes pour produire de l'hydrogène.Au cours de cette thèse, nous avons pris comme source d'inspiration les hydrogénases [NiFe], dont le site actif est composé d'un coeur bimétallique Ni-Fe coordiné par quatres ligands thiolates.Nous avons synthétisé divers ligands en vue d'obtenir des complexes polymétalliques de Ni, Fe ou Ru, rassemblant ce qui semble être quelques unes des propriétés clés de l'activité des hydrogénases [NiFe] : ligands thiolate sur le nickel, dont deux pontants avec le second métal, géométrie tétraédrique du nickel. Pour cela, de nouvelles familles de ligands polythiolates ont été conçues et préparées.Les complexes ainsi préparés ont été caractérisés et leur activité évaluée par différentes techniques, dont la voltammétrie cyclique et l'électrolyse couplé à une GC, qui nous ont permis d'évaluer l'activité de nos catalyseurs (TON, TOF, surtension). Un des catalyseurs actifs a été utilisé comme support pour des simulations en DFT qui nous ont aidés à mieux comprendre le mécanisme catalytique de production d'hydrogène. / The energy supply sources are mainly based on fossil materials which are growing scarce and release pollutants and greenhouse gases.In this context, an energy vector appears as the future to feed the energetic needs of the planet: the Hydrogen; but its current production costs remain very high.Nature has deviced enzymes, hydrogenases, able to produce and oxidize hydrogen very efficiently. Nevertheless, the manipulation of these organisms is not easy, notably because of their susceptibility (oxygen inhibition, organic solvents, high temperatures), and their production costs are high.So, scientists have taken this inspiration source in order to design biomimetic and bioinspired models, which would much more robust and cheap catalysts to produce hydrogen.During this thesis, we have drawn our inspiration from [NiFe] hydrogenases, where the active site is a Ni-Fe core coordinated by four thiolate ligands. Our goal has been to design new polythiolate ligands, that gather some of the key hydrogenases [NiFe] properties responsible for their activity: thiolate ligands on the nickel, among them two brinding with the second metal, nickel tetraedric geometry.The synthesised complexes have been characterized and their activity tested (TON, TOF, overvoltage) by different techniques, among them cyclic voltammetry and electrolysis coupled to a GC.Finally, the bests have been tested further, thank to bulk electrolysis, which, coupled to a GC system, has enabled us to qualify and quantify the hydrogen production.One of our most active catalysts has been used as a support for DFT calculations, helping us to better undersand the catalytic hydrogen evolving mechanism.

Les nanoparticules bimétalliques supportées sont des catalyseurs particulièrement attractifs en raison d’une activité et d’une stabilité accrues par rapport à leurs homologues monométalliques. Dans cette thèse des solides à base d'or ont été étudiés en tant que catalyseurs de l'oxydation sélective du glucose en absence de base. Il a été mis en évidence que la variation du ratio molaire entre l’or et le second métal (Pd, Pt, or Cu) a un impact différent sur les performances catalytiques en fonction de la nature du second métal, du support et de la méthode de préparation. Les séries Au-Pd supportés sur TiO2 et préparés par la méthode de sol-immobilisation et Au-Cu supportés sur TiO2 et préparés par la méthode de précipitation-réduction ont montré un effet synergique important, en particulier lorsque le rapport entre les deux métaux était de 1. Ces catalyseurs convertissent sélectivement le glucose en acide gluconique et leur activité a été trouvée supérieure à celle des contreparties monométalliques. L'analyse XPS a démontré que les espèces Au+δ, Pd+2 et CuOH jouent alors un rôle important dans la réaction étudiée en absence de base. Le bismuth en tant que second métal n'a montré aucun effet bénéfique, au contraire du palladium et du cuivre. Les catalyseurs à base d’Au et de Pt supportés sur ZrO2 se sont avérés quant à eux très stables lorsque la teneur en or était inférieure à 0,3% en masse. La nature du support a un impact très important sur le mécanisme de la réaction conduite en absence base sur des catalyseurs à base d’or. La raison réside dans les interactions que ce support développe avec la phase bimétallique favorisant ainsi la formation des espèces actives / The supported bimetallic nanoparticles are particularly attractive catalysts due to the increased activity and stability over their monometallic counterparts. In this thesis, gold-based solids have been studied as catalysts for the selective base-free oxidation of glucose. It has been demonstrated that the variation of the molar ratio between gold and the second metal (Pd, Pt, or Cu) has a different impact on the catalytic performances depending on the nature of the second metal, the support and the method of preparation. TiO2 supported Au-Pd series prepared by the sol-immobilization method and Au-Cu series prepared by the precipitation-reduction method showed a significant synergistic effect, particularly when the ratio of the two metals was 1. Under the reaction conditions used (T = 60 °C or 80 °C, P = 5 bar air, t = 5 h), these catalysts selectivity to gluconic acid and their activity was found to be greater than that of monometallic counterparts, especially when the catalyst is supported on TiO2. XPS analysis showed that the Au+δ, Pd+2 and CuOH species played an important role in the base-free reaction. Bismuth as the second metal showed no beneficial effect, unlike palladium and copper. The Au-Pt catalysts supported on ZrO2 proved to be still active when the gold content was less than 0.3 wt.%. Ultimately, the nature of the support has a very important impact on the mechanism of the base-free reaction conducted on gold-based catalysts (formation of H2O2 in situ). The reason lies in the interactions of the support with the bimetallic phase thus favoring the formation of the active species

La microanalyse quantitative par sonde électronique est fréquemment utilisée pour mesurer la teneur locale en éléments actifs des catalyseurs hétérogènes. Toutefois, en utilisant les procédures habituelles, un déficit significatif dans le bilan local et le bilan moyen des concentrations est observé. Un programme Monte Carlo simulant les intensités mesurées en microanalyse X (raies caractéristiques et fond continu) a été écrit à l'aide des routines de PENELOPE. Nous avons inclus dans ce programme des modèles prenant en compte les différents phénomènes physiques susceptibles d'expliquer le déficit observé (caractère isolant de l'échantillon, rugosité, porosité, pertes d'énergie spécifiques aux interfaces). Les résultats de simulation ont montré que seule une rugosité importante (Ra>200 nm) pouvait conduire à un déficit de signal global significatif. Ceci nous a amené à rechercher une autre cause pour expliquer le déficit observé sur les catalyseurs mésoporeux. Des mesures sur une alumine mésoporeuse ont confirmé qu'en dosant l'aluminium, l'oxygène et le carbone un bilan des concentrations correct était obtenu. Le déficit est alors expliqué par la contamination importante de l'échantillon durant sa préparation, les composants des résines d'enrobage diffusant dans la porosité et réagissant avec la surface très réactive des supports de catalyseurs. Dans le cas de catalyseurs macroporeux, l'effet local de la rugosité est très important. Les simulations ont montré l'efficacité de la méthode Pic/Fond pour corriger ces effets locaux de rugosité. Les mesures réalisées sur des catalyseurs de reformage et d'hydrotraitement ont conduit à un bilan des concentrations correct et confirmé l'apport de la méthode Pic/Fond pour tendre vers une mesure quantitative locale.

L'objectif de cette étude portait sur la mise en œuvre de réacteur catalytique membranaire pour une application dans le traitement d'effluents liquides contaminés par des polluants organiques. Des phases catalytiques ont été déposées au sein des structures poreuses par différentes techniques afin de bien maîtriser la localisation des phases actives. L'optimisation des conditions opératoires a ensuite été réalisée. Ces matériaux sont actifs pour l'oxydation de polluants présents dans les effluents liquides et la configuration en mode contacteur a permis d'accroître l'efficacité et la stabilité des phases catalytiques pour ces réactions de dégradation grâce à un meilleur contact entre les réactifs et les sites actifs.

Ce travail porte sur la compréhension du phénomène d'instabilité qui se produit dans le procédé d'hydroconversion des résidus sous vide (RSV). Au delà de 60% de conversion du RSV, l'instabilité se manifeste par un dépôt solide d'hydrocarbures lourds dans les unités industrielles de conversion des résidus, ce qui empêche d'atteindre un niveau de conversion du RSV plus élevé. L'objectif de cette thèse consiste à mieux comprendre l'influence du catalyseur utilisé dans le procédé d'hydroconversion sur l'apparition du phénomène d'instabilité. Des catalyseurs dopés au fluor et sodium ont été préparés par ajout de dopants à la surface d'un catalyseur NiMo/Al2O3 de référence. Après leur caractérisation, les catalyseurs ont été testés sur charge réelle RSV en réacteur autoclave. Les tests catalytiques ont été réalisés à haute température dans les conditions industrielles (430°C) et à plus basse température (390°C), afin de favoriser les réactions catalytiques par rapport aux réactions thermiques. Les tests catalytiques réalisés à 390 et 430°C montrent une teneur en sédiments deux fois moins importante avec le catalyseur F-NiMo, ce qui est expliqué par une amélioration de la conversion des asphaltènes. Celle-ci est expliquée par l'amélioration des réactions d'hydrogénation et de l'acidité, et par une meilleure résistance au cokage à 390°C. L'effet de la température sur la stabilité a également été étudié. Les résultats démontrent que la teneur en sédiments des effluents est deux fois supérieure pour les tests réalisés à 430°C par rapport aux tests réalisés à 390°C. Cet accroissement de l'instabilité est attribué à un caractère plus aromatique et condensé des molécules qui précipitent (asphaltènes), qui ont en conséquence une tendance accrue à s'agréger, et par la désalkylation des molécules qui stabilisent (résines).

L'oxydation du phénol et des crésols en milieu aqueux par le procédé électro-Fenton en utilisant une cathode en feutre de carbone a été étudiée. Les constantes absolues de dégradation du phénol et de l'o-crésol par les radicaux hydroxyles ont été obtenues en milieu acide (2,5 < pH < 3,0), étant respectivement égales à (2.62  0.23) x 109 M-1 s-1 et (3.70  0.19) x 109 M-1 s-1. Les sels de fer, cobalt, manganèse et cuivre ont été utilisés pour fournir les cations métalliques comme catalyseurs de la réaction de Fenton pour produire des radicaux hydroxyles. 10-4 M de sulfate de fer (II) a été la concentration optimale de catalyseur, permettant d'éliminer 100% du Carbone Organique Total (COT) de solutions aqueuses de phénol. Les principaux intermédiaires formés au cours de la destruction du phénol par le traitement électro-Fenton ont été identifiés comme l'hydroquinone, p-benzoquinone et le catéchol. Des acides carboxyliques tels que les acides maléique, fumarique, succinique, glyoxilique, oxalique et formique sont identifiés comme produits finis, avant la minéralisation complète. Au cours de l'électrolyse de l'o-crésol, les principales réactions initiales (environ 58%) ont été des additions électrophiles de radicaux hydroxyles sur le cycle aromatique, conduisant à la formation de 3-méthyl-catechol et méthyl-hydroquinone. Les acides fumarique et succinique étaient présents en phase initiale, mais il y avait également des traces d'acides pyruvique et maléique. Les acides oxalique, acétique et glyoxylique étaient prédominants en phase finale. Les expériences complémentaires avec l'électrolyse de la plupart des intermédiaires identifiés ont permis de proposer un mécanisme complet de minéralisation pour le phénol et l'o-crésol. Les principaux acides formés au début de la dégradation de m-crésol par le procédé électro-Fenton ont été les acides glycolique, succinique, malonique et pyruvique. Ces acides ont été rapidement convertis en acides glyoxilique, acétique, formique et oxalique. Après 450 minutes, de fortes concentrations d'acides acétique et oxalique ont persisté. Pendant l'électrolyse du p-crésol, les principaux acides identifiés en première phase ont été les acides glycolique, malonique, pyruvique et formique. Après 125 minutes, l'acide acétique a été prédominant, étant complètement dégradé après 550 minutes. Au cours du traitement d'effluent réel, le remplacement des anodes de Pt par BDD, dans les mêmes conditions expérimentales, a augmenté de manière significative l'efficacité du procédé électro-Fenton, en supprimant environ 98% de TOC en 20 heures de réaction. La présence de chrome n'a pas nui à l'efficacité du procédé. Des taux élevés de minéralisation ont prouvé l'efficacité de l'électro-Fenton comme un procédé d'oxydation avancée pour le traitement des rejets de décapage d'avions.

Au cours de ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés à l'arylation directe d'hétéroaromatiques par des halogénures d'aryle catalysée par des complexes du palladium. Comparativement aux autres types de couplages croisés tels que les réactions de Suzuki, Negishi ou Stille, l'arylation directe est plus attractive d'un point de vue économique et écologique puisqu'elle nécessite moins d'étapes et produit moins de déchets. Nous avons démontré que des bromures d'aryle ortho- et di-ortho-substitués pouvaient donner accès aux produits de couplages avec de très bons rendements même avec des charges très faibles en catalyseur, de l'ordre de 0,05 mol%. De nombreux composés impossibles à former auparavant ont pu être synthétisés. Nous avons ensuite démontré que des chlorures d'aryle pouvaient réagir en positions C2 ou C5 de furanes, thiophènes, pyrroles et thiazoles, par l'utilisation de seulement 0,5 mol% de Pd(OAc)2 associé à un ligand ferrocénique. Enfin, nous avons démontré qu'en présence d'un autre type de catalyseur Pd-ligand ferrocénique, dans des conditions similaires, des chlorures d'aryle pouvaient aussi être couplés en positions C3 ou C4 d'isoxazoles, d'indoles, de benzofuranes ou de pyrazoles.

Ce travail porte sur l'étude de systèmes époxy-amine complexes contenant une faible teneur (<1%) de bisphénol A. L'activité catalytique du bisphénol A a été étudiée par analyse calorimétrique différentielle (DSC) en conditions isotherme et non-isotherme. Un nouveau mécanisme prenant en compte la présence du bisphénol A a été proposé. Malgré sa simplicité, des valeurs pertinentes des paramètres cinétiques et thermodynamiques de chacun des actes élémentaires du mécanisme ont été obtenues. Ce mécanisme permet également de prévoir les cinétiques de réticulation de systèmes présentant des teneurs en catalyseur différentes. Le comportement en immersion dans l'eau des réseaux époxyde - aminé a été étudié par différentes techniques : suivis gravimétriques, mesure de taux de gonflements et analyse mécanique dynamique. Une reprise de réticulation dans les réseaux sous réticulés a été observée lors de l'immersion dans l'eau à 20°C. Cela a été attribué à un effet plastifiant et catalytique des molécules d'eau. Par ailleurs, les résultats obtenus suggèrent que, dans le cas de réseaux à degré d'avancement élevé, la cinétique de sorption est contrôlée par la distance entre les sites polaires de la structure. Ce constat ne peut être généralisé à l'ensemble des réseaux époxyde-aminé. Il est en effet supposé découler du caractère moyennement polaire des réseaux de cette étude.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie organique et macromoléculaire : Lille 1 : 2005. / N° d'ordre (Lille 1) : 3769. Titre provenant de la page de titre du document numérisé. Bibliogr. p. 195-203. Notes bibliogr.