Le travail présenté dans cette thèse porte sur la synthèse et les caractérisations thermiques et rhéologiques d’un nouveau type de nanofluide : le système Cu2O/Glycérol. La caractérisation est faite en fonction de la taille des particules mises en suspension, de la température et de la fraction volumique solide. Ce travail a nécessité la synthèse des nanoparticules et des nanofluides par la méthode de décomposition thermique des précuseurs organométalliques, qui présente un bon rendement en quantité de nanoparticules (17%). Et le montage d’un dispositif de caractérisation thermique utilisant la méthode 3ω. Finalement, nous avons passé à la caractérisation rhéologique et thermique de ces échantillons. Les résultats obtenus avec ce nouveau système sont intéressants, car l’augmentation de la conductivité thermique atteint des valeurs importantes : 120% et 35% respectivement pour des fractions volumiques aussi faibles que 0,625% et 0,078% de nanoparticules de 7 nm de diamètre, sans influence notable sur la viscosité du fluide hôte, permettant une bonne amélioration du bilan énergétique total. Nous avons observé que la concentration et la taille (surface) des nanoparticules sont des paramètres clefs du comportement de la conductivité thermique effective du nanofluide Cu2O/Glycérol. Nos mesures nous ont permis de déduire la prédominance des modifications de la surface des nanoparticules (par fonctionnalisation ou par réaction chimique secondaire) sur le mouvement brownien dans les transferts thermiques nanoparticules/ fluide hôte. / The work presented in this thesis involves the synthesis and thermal and rheological characterization of a new type of nanofluid : the Cu2O/glycerol system. The characterization was carried out as a function of the size of the particles in suspension, the temperature and the volume fraction of nanoparticles. The nanoparticles and nanofluids were synthesised by the thermal decomposition method, providing a good yield of nanoparticles (17%). Apparatus for thermal measurements using the 3ω method was constructed, and rheological and thermal characterization was carried out. Significant increases in thermal conductivity were observed : 120% and 35% for volume fractions as low as 0.625% and 0.078%, respectively, of 7-nm-diameter nanoparticles, without noticeable effect on the viscosity of the host fluid, leading to a considerable improvement in the energy content.We found that the concentration and surface area of the nanoparticles are key parameters influencing the behaviour of the effective thermal conductivity of the nanofluid. Surface modification of the nanoparticles by functionalization or secondary chemical reactions has a profound effect on the Brownian motion in the heat transfer between nanoparticles and fluid host.

Le défi de cette thèse est d’utiliser le glycérol, co-produit de la production de biodiesel, pour synthétiser des molécules ayant des propriétés lubrifiantes en restant dans le cadre d’une chimie verte. Cette étude porte sur l’éthérification en deux étapes du glycérol par un alcool par catalyse acide. Les objectifs principaux de ce projet sont donc la synthèse et la purification de mono-, di- et tri-éthers de glycérol (MEG, DEG, TEG), ainsi que l’étude des relations entre leurs structures et leurs propriétés pour des applications lubrifiantes. Les propriétés tribologiques de ces molécules comme modificateurs de frottements pour les lubrifiants ont été évaluées au Centre de Recherches de Solaize (CReS).La formation d’éthers de glycérol par des alcools a déjà été largement étudiée dans la littérature. Pour contourner le problème d’immiscibilité entre le glycérol et les alcools gras, la première éthérification a été réalisée avec un alcool court (6 carbones) et la seconde avec un alcool long (>7 carbones), les mono-éthers de glycérol étant miscibles avec les alcools gras. Ainsi la formation de MEG et DEG avec plus de vingt carbones est rendue possible. Dans ce travail, les paramètres de réaction (ratio entre les réactifs, nature et quantité de catalyseurs, purification) ont été optimisés pour deux réactions modèles. La première réaction est l’éthérification entre le glycérol et le 1-hexanol, et la seconde, l’éthérification entre le mono-hexyl de glycérol obtenu et le 1-hexanol. Une des difficultés principales de ces réactions est la séparation et la purification des différents éthers obtenus, à cause notamment de leurs structures très proches, ainsi que de la présence de sous-produits tels que des oligomères de glycérol. L’optimisation du procédé de purification des produits a donc représenté un des volets importants de cette thèse. Les meilleures conditions de purification déterminées ont permis d’extraire 80% du mono-hexyl éther de glycérol synthétisé du milieu réactionnel brut. L’optimisation des conditions opératoires et de la purification ont permis d’étendre l’éthérification du glycérol à plusieurs autres alcools de structures différentes. Par cette méthode, dix-huit échantillons de mono et/ou di-éthers de glycérol différents ont été obtenus. Chacun de ces échantillons a été testé au Centre de Recherches TOTAL de Solaize en tant qu'additifs modificateurs de frottements pour les lubrifiants. Ces tests ont permis d’établir des corrélations entre la structure chimique des molécules et leurs propriétés tribologiques. / The challenge of this PhD is to use glycerol, by-product of biodiesel production, to generate molecules of interest via green processes. This study is focused on the two step etherification of glycerol with alcohols over acid catalysts. The main prospect of this project is the study of the relationships between the structures of the mono-, di- and tri-ethers (MEG, DEG and TEG) and their properties for lubricant applications. The tribological properties of these products as friction modifiers have been evaluated at the TOTAL Research Center in Solaize. The formation of ethers of glycerol with alcohols has already been widely studied in the literature. To overpass the immiscibility between glycerol and fatty alcohols the first etherification has be performed with a short alcohol as a reactant, while the second has been performed with a fatty alcohol, the previously obtained mono-ethers being miscible with fatty alcohols. Thus, the formation of di- and tri-ethers of glycerol with more than twenty carbons becomes possible. In this work, the reaction parameters (ratio between reactants, the nature and amount of catalyst, and the purification) were optimized for two model reactions. The first reaction was the etherification between glycerol and 1-hexanol and the second was the etherification of the previously obtained MEG with 1-hexanol. One of the main challenges of these reactions is the separation and purification of the ethers, because of their very structures, and the presence of by-products such as oligomers of glycerol or ethers. The optimization of the purification process of the ethers has then been one of the major challenges of this work. The best purification conditions have allowed the extraction of 80% of the synthesized mono-hexyl ether from the reaction medium.The optimization of operating conditions of the various reactions used, as well as the purification of the obtained ethers, allowed the extension of the scope of reaction to several alcohols of different structures. Consequently, eighteen different samples of mono- and/or di-ethers of glycerol have been obtained and tested at the TOTAL Research Center in Solaize as friction modifiers in lubricants. These tests have led to the establishment of relationships between the chemical structure of the molecules and their tribological properties.

Le glycérol est une molécule bio-sourcée, abondamment disponible, issue de la saponification des corps gras et de la transestérification des huiles végétales. Les travaux portent sur l'utilisation du glycérol comme base structurale de cœurs de dendrimère, en particulier par addition d'oxa-Michael sur des dérivés acryliques. La fonctionnalisation en surface de dendrimères par des motifs imidazolium est explorée afin d’obtenir un dendrimère liquide ionique (DLI) aux propriétés thermosensibles. Le chapitre bibliographique est consacré dans une première partie, aux méthodes de synthèse de dendrimère mettant en jeu des dérivés acryliques et à leurs applications et dans une seconde partie, aux travaux consacrés à l'addition oxa-Michael d'alcools sur des dérivés acryliques. Le deuxième chapitre porte sur les synthèses, à partir du glycérol, de la base structurale du cœur de dendrimère. La réaction d’acylation du glycérol par le chlorure d’acryloyle est présentée ainsi que les différentes constructions de dendrimères poly(estersulfure) à partir du triacrylate de glycérol. L’addition nucléophile du glycérol sur l’acroléine, l’acrylamide, des acrylates et l’acrylonitrile a été étudiée. Avec les acrylates, la réaction d'addition nucléophile est en compétition avec la réaction de transestérification, à l’exception de l'acrylate de t-butyle résistant en milieu basique. Avec l’acrylonitrile, la synthèse du 1,2,3-tricyanoéthylglycéryléther a pu être menée sans solvant, en 5 heures à température ambiante, en présence d’un catalyseur peu coûteux (la soude 4 mol %) avec un rendement de 88% et une pureté de 99% sans méthode de purification. Les intermédiaires de réaction mono- et di-cyanoéthylglycéryléther ont été caractérisés et ont permis un suivi cinétique de la réaction. La synthèse de dendrimères poly(amidoamine) à partir du 1,2,3-tricyanoéthylglycéryl éther fait l’objet du troisième chapitre : synthèse des générations G0 à G2,5, caractérisation des dendrimères. Des défauts de structure dus à une cyclisation intramoléculaire ont été mis en évidence par HRMS pour les générations entières et les dendrimères de demi-génération Gn+5 (n entier) sont purifiés par colonne chromatographique. Différentes voies de synthèse pour l’obtention d’un DLI à termini imidazolium sont présentées / Glycerol is a bio-based molecule, abundantly available, from the saponification of triglyceride and the transesterification of vegetable oils. The work described in this PhD thesis concerns the use of glycerol as structural base of dendrimer's core, in particular by oxa-Michael addition on acrylic derivatives. The surface functionalization of dendrimers by imidazolium units is explored in order to obtain an ionic liquid dendrimer (DLI) with thermosensitive properties. In the first part, the bibliographic chapter presents the methods of dendrimers synthesis involving acrylic derivatives and their applications and, in a second part, the work introduces the oxa-Michael addition of alcohols to acrylic derivatives. The second chapter deals with the synthesis of the structural base of the dendrimer core from glycerol. The reaction of acylation of glycerol with acryloyl chloride is presented as well as the various constructions of poly(estersulfide) dendrimers from glycerol triacrylate. The nucleophilic addition of glycerol to acrolein, acrylamide, acrylates and acrylonitrile has been studied. With the acrylates, the nucleophilic addition reaction is in competition with the transesterification reaction, with the exception of t-butyl acrylate, resistant in basic medium. With acrylonitrile, the synthesis of 1,2,3-tricyanoethylglycerylether was carried out without solvent in 5 hours at room temperature in the presence of an inexpensive catalyst (4 mol% sodium hydroxide) in a yield of 88% and purity of 99% without purification method. The mono- and di-cyanoethylglycerylether reaction intermediates were characterized and allowed kinetic monitoring of the reaction. The synthesis of poly(amidoamine) dendrimers from 1,2,3-tricyanoethylglycerylether is the subject of the third chapter: synthesis of generations G0 to G2,5 and characterization of dendrimers. The defects in the structure due to intramolecular cyclization have been demonstrated by HRMS for generations Gn and the half-generation dendrimers Gn+5 (n=0, 1, 2) were purified by chromatographic column. Several routes of synthesis for the synthesis of DLI with imidazolium termini are presented

Des nouveaux procédés éco-efficients basés sur une meilleure utilisation des ressources renouvelables sont nécessaires pour assurer la continuité du développement énergétique. La thèse étudie le procédé de gazéification en eau supercritique (T>374°C et P>22,1 MPa) de la biomasse très humide pour l'obtention de l'hydrogène, molécule ayant un potentiel énergétique très intéressant à valoriser avec un impact environnemental très favorable. L'étude porte sur l'application du procédé à la biomasse modèle (solutions de glucose, glycérol et leur mélange) ainsi qu'au bioglycérol, résidu de la fabrication du biodiesel. Les propriétés du solvant et les mécanismes prépondérants développés par l'eau en phase sous- et supercritique peuvent être contrôlés par les paramètres opératoires imposés au processus : température, pression, concentration en molécules organiques et catalyseur alcalin, temps de réaction... Les études paramétriques des systèmes réactionnels ont été menées dans des réacteurs batch à deux échelles différentes, les phases résultantes étant caractérisées par des protocoles analytiques élaborés et validés dans le cadre de l'étude. Le suivi du milieu réactionnel en batch lors de son déplacement vers l'état supercritique a mis en évidence une conversion avancée des molécules organiques et une identification de certains intermédiaires générés. Parmi les paramètres étudiés, la température et le temps de réaction influent le plus le rendement à l'obtention d'hydrogène en présence de catalyseur (K2CO3) dans les réacteurs batch, rendements de 1,5 et 2 mol d'H2 respectivement par mol de glycérol et de glucose introduites. Les gaz obtenus contiennent des proportions variables d'hydrocarbures légers et du CO2. Environ 75% du carbone est converti en phase gaz et liquide (sous forme de carbone organique et inorganique), le restant étant déposé sous forme solide ou huileuse. L'analyse du solide généré (plus de 90% de C) laisse apparaître différentes phases, y compris la formation de nanoparticules sphériques. Enfin, la gazéification en réacteur continu du glycérol préchauffé a montré de meilleurs rendements en hydrogène que le procédé batch, pendant que celle du bioglycérol demande une évolution du procédé à cause de la précipitation en phase supercritique des sels contenus dans le réactant. En conclusion, la gazéification en eau supercritique de la biomasse peut être considérée comme une alternative intéressante à d'autres procédés physico-chimiques de production de l'hydrogène. L'amélioration du procédé sera possible par son intensification menée en parallèle avec l'utilisation de matériaux plus performants et le contrôle de la salinité de la phase réactante.

Le travail de thèse porte sur la synthèse de nouveaux monomères photopolymérisables issus de la biomasse, l’étude de leur photopolymérisation et la caractérisation des matériaux qui en résultent. Les monomères formulés ont été testés dans un procédé d’impression de caractères Braille.Les monomères ont été élaborés en deux étapes en utilisant un chemin réactionnel simple, économique et respectueux de l’environnement. La première étape a consisté à faire réagir des dérivés du glycérol (carbonate de glycérol ou glycidol) avec des acides gras. Dans un deuxième temps, les [alpha]-monoglycérides obtenus ont été fonctionnalisés en vue de les rendre photopolymérisables. Les différents monomères obtenus porteurs de fonctions (méth)acrylate et/ou époxy ont été photopolymérisés en quelques secondes en présence d’un photoamorceur. Les cinétiques de photopolymérisation ont été suivies par spectrométrie IR-TF en mode ATR et différents paramètres tels que la quantité et la nature du photoamorceur, l’intensité d’irradiation et la température ont été optimisés. Les différents matériaux obtenus après photoréticulation ont été caractérisés afin de mettre en évidence leurs principales physico-chimiques. Des relations structure – propriétés ont ainsi été établies.Enfin, une formulation photopolymérisable présentant une viscosité compatible avec le procédé d’impression Braille a été élaborée par ajout de silice nanométrique. Les points Braille obtenus présentent des caractéristiques proches de ceux réalisés par le partenaire industriel. / The work of the PhD deals with the synthesis of polymerizable monomers derived from biomass, the study of their photopolymerization and the characterization of the resulting materials. The formulated monomers were tested in a printing method of Braille characters.The monomers were prepared in a two-steps reaction that is simple, economic and environmentally friendly. The first step comprised a reaction between glycerol derivatives (glycerol carbonate or glycidol) and fatty acids. In the second step, the obtained [alpha]-monoglycerides were functionalized to obtain photopolymerizable monomers. The different obtained monomers that bear (meth)acrylate and/or epoxy groups were photopolymerized in a few seconds in the presence of photoinitiator.The photopolymerization kinetics were followed by FT-IR spectroscopy in ATR mode, and various parameters such as the amount and the nature of the photoinitiator, the irradiation intensity and the temperature were optimized. The different photocured materials were characterized to highlight their main physicochemical properties. Structure-properties relations were then established.Finally, a photopolymerizable formulation having a viscosity compatible with the printing process of Braille characters was developed by adding nanometric silice. The obtained Braille characters exhibited features close those carried out by the industrial partner.

Rampant increases in oil prices and detrimental effects of fossil fuels on the environment have been the main impetus for the development of environmentally friendly and sustainable energy sources. Amongst the many possibilities, microalgae have been proposed as a new alternative energy source to fossil fuels, as their growth is both sustainable and ecologically safe. By definition, microalgae are unicellular photosynthetic microorganisms containing chlorophyll a. These organisms are capable of producing large quantities of oils, surpassing that of traditional oil-seed crops, which can be transformed, through chemical processes, into biofuels such as biodiesel or bio-gasoline. Thus, recent research has gone into discovering high lipid producing algal strains, optimising growth media for increased lipid production and developing metabolic engineering to make microalgae a source of biofuel that is competitive to more traditional sources of biofuel and even to fossil fuel. In this context, the research reported here focused on using a mixotrophic growth mode as a way to increase lipid production for certain strains of microalgae. In addition, nitrogen starvation combined with mixotrophy was studied to analyse its effects on lipid production. Mixotrophy is the parallel usage of two trophic modes, in our case photoautotrophy and heterotrophy. Consequently, 12 algal strains were screened for mixotrophic growth, using glycerol as a carbon source. Glycerol is a waste product of the current biodiesel industry; it is a cheap and abundant carbon source present in many metabolic pathways. From this initial screening, several strains were chosen for subsequent experiments involving nitrogen starvation. Nitrogen starvation has been shown to induce lipid accumulation. The results obtained show that a mixotrophic growth mode, using glycerol as a carbon source, enhances lipid production for certain strains. Moreover, lipid enhancement was shown for nitrogen starvation combined with mixotrophic growth mode. This was dependant on time spent under nitrogen starvation and on initial concentrations of the nitrogen source. / L’augmentation effrénée des prix du pétrole et les effets néfastes des carburants fossiles sur l’environnement sont les raisons principales pour la recherche et le développement de nouvelles sources d’énergie durables et écologiques. Parmi de grands nombres de possibilités, les micro-algues sont proposées comme une source alternative d’énergie aux carburants fossiles, étant donné que leur croissance est durable et écologique. Les micro-algues sont des organismes unicellulaires et photosynthétiques détenant comme pigment essentiel la chlorophylle a. Ces organismes sont capables de produire de grandes quantités d’huile, parfois excédant celles des cultures agricoles traditionnellement utilisées pour les biocarburants. Ces huiles peuvent être transformées en biocarburants, tel que le biodiésel et le bio-essence, par certains procédés chimiques. La recherche actuelle est basée sur la découverte de souches d’algues capables de produire un haut rendement de lipides, l’optimisation de milieux de croissance pour accroitre la production lipidique et la manipulation génomique afin de créer des souches de micro-algues dont les rendements peuvent rivaliser avec l’agriculture tradionnelle et même les carburants fossiles. Dans ce contexte, notre recherche se concentre sur l’utilisation d’un mode de croissance mixotrophe afin d’induire une augmentation dans la production lipidique de certaines souches de micro-algues. De plus, des études sur la carence en azote combinée à la croissance mixotrophe ont été entreprises pour évaluer l’effet de ces paramètres sur la production lipidique. La mixotrophie est un mode de croissance qui utilise en parallèle deux modes trophiques différents, tel que l’hétérotrophie et l’autotrophie. De ce fait, 12 souches d’algues ont été examinées pour leur capacité à croitre dans un milieu mixotrophe. Le glycérol est un produit secondaire de l’industrie du biodiésel actuelle. Cette substance est à bas prix, abondante et peut être utilisé comme substrat dans plusieurs voies métaboliques. Du criblage initial, plusieurs souches ont été choisies pour des expériences subséquentes impliquant la carence en azote. La carence en azote à été démontrer comme un déclencheur de l’accumulation de lipide chez les micro-algues dans des recherches antérieures. Les résultats obtenus démontrent que la croissance mixotrophe permet d’augmenter la production de lipide chez certaines souches. De plus, la carence en azote combinée à la croissance mixotrophe a permis d’augmenter la production lipidique. Cependant, celle-ci dépendait du temps passer en carence et des concentrations initiales de source d’azote.

Le glycérol est valorisable par déshydratation en acroléine qui est un important intermédiaire chimique et peut être converti en une multitude de produits à valeur ajoutée dont l’acide acrylique qui est la base de nombreux polymères. Cette réaction est réalisée sur des catalyseurs acides comme les zéolithes protoniques qui donnent d’importants rendements initiaux en phase gazeuse (275-325°C) et à pression atmosphérique. Cependant, le principal inconvénient de ces matériaux est la désactivation rapide au cours du temps dû à la formation de dépôts carbonés appelés « coke ». L’ajout du fer sur les zéolithes H-BEA (larges pores) et H-MFI (pores moyens) a montré un effet fortement bénéfique sur cette réaction en présence d’air avec une formation supposée d’espèces actives qui permettraient de réduire de manière importante la désactivation du catalyseur et tout en favorisant la formation directe de l’acide acrylique sur la fonction métallique. Les zéolithes MFI au fer préparées par substitution isomorphe sont les plus performantes avec un rendement maximum en acide acrylique de 40% obtenu sur H-Fe3.8-Z-45 (préparé par synthèse hydrothermale). La zéolithe Np-Fe0.6-MFI-41 (préparé par traitement post-synthèse en milieu fluorure) permet d’obtenir un rendement en acroléine de plus de 80% après 24h de réaction, reproductible après régénération. Ce catalyseur est non seulement très actif, sélectif en acroléine, stable mais aussi régénérable, ce qui le place parmi les meilleurs pour ce procédé. / Glycerol is recoverable by dehydration into acrolein, which is an important chemical intermediate and can be converted into a variety of value-added products including acrylic acid that is the basis of many polymers. This reaction is carried out over acid catalysts, such as protonic zeolites which provide significant initial yields in the gas phase (275-325° C) and at atmospheric pressure. However, the main drawback of these materials is the rapid deactivation over time because of the formation of carbonaceous deposits known as "coke". The addition of iron over H-BEA (large pore) and H-MFI (mean pore) zeolites showed a highly beneficial effect on this reaction in the presence of air with an assumed formation of active species that would reduce significantly catalyst deactivation while promoting the direct formation of the acrylic acid on the metal function. H-MFI iron zeolites prepared by isomorphous substitution are the most efficient with a maximum acrylic acid yield of 40% obtained over H-Fe3.8-Z-45 (prepared by hydrothermal synthesis). Np-Fe0.6-MFI-41 zeolite (prepared by post-synthesis treatment in a fluoride medium) gives an acrolein yield of 80% after 24 hours of reaction, reproducible after regeneration. This catalyst is not only very active, selective to acrolein and stable but also regenerable, which places it among the best for this process.

Ce travail vise à étudier la transestérification de l'huile de tournesol pour la production de biodiesel et le vaporeformage du glycérol pour la production d'hydrogène renouvelable. Les oxydes mixtes Mg-Al prépares par voie hydrotalcite ont été choisis comme supports catalytiques. Pour la production de biodiesel, les effets du traitement thermique et de la méthode de préparation pour l'incorporation de calcium ont été étudiés. Le catalyseur Ca600/Mg₄Al₂HT calciné à 600°C, préparé par imprégnation de 40 wt% de Ca sur le support Mg₄Al₂ non calciné, a montré les meilleures performances catalytiques en raison de ses propriétés basiques améliorées. Pour le vaporeformage catalytique du glycérol, l'activité des oxydes de métaux purs imprégnés par le Ni a d'abord été étudiée, puisque les oxydes de métaux purs sont souvent utilisés comme supports catalytiques. Le catalyseur Ni/ZrO₂ s'est révélé le plus efficace pour la production d'hydrogène. Pour le vaporeformage du glycérol en présence d'oxydes mixtes obtenus par voie hydrotalcite, les catalyseurs au Ru-Mg-Al ont été étudiés. L'effet de la méthode de préparation (imprégnation ou greffage) sur l'activité catalytique a été étudié. Le catalyseur préparé par imprégnation permettait une plus grande accessibilité à la phase active. Pour des catalyseurs Ni-Mg-Al, les supports ont été modifiés par du lanthane. Le catalyseur Ni/Mg₆Al₁.₆La₀.₄ était le plus performant en raison de sa basicité accrue et de son interaction métal-support. Les activités des catalyseurs Ni/ZrO₂ et Ni/Mg₆Al₁.₆La₀.₄ ont été comparées. Les deux catalyseurs ont produit des rendements en hydrogène similaires. Moins de coke a été produit sur le catalyseur préparé par voie hydrotalcite, en raison de sa basicité supérieure. Un test de stabilité à 600°C a montré la désactivation du catalyseur Ni/Mg₆Al₁.₆La₀.₄ après 6 heures. Lors de l'optimisation des conditions de réaction sur le catalyseur Ni/Mg₆Al₁.₆La₀.₄, une amélioration significative de la stabilité a été observée, étendant ainsi sa durée de vie à 24 heures. / This work aims to study the transesterification of sunflower oil for biodesel production and the steam reforming of glycerol for renewable hydrogen production. Mg-Al hydrotalcite derived mixed oxides were chosen as catalytic support materials given their known basicity, thermal stability and low cost. Only one active phase was studied for biodiesel production (Ca) and two different active phases (Ru and Ni) for glycerol steam reforming. The various prepared catalysts were characterized by different techniques such as X-Ray Diffraction (XRD), specific surface area determination by BET method, Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), H₂-Temperature Programmed Reduction (H₂-TPR), CO₂-Temperature Programmed Desorption (CO₂-TPD) and Simultaneous Thermogravimetric-Differential Scanning Calorimetry (TG-DSC). For biodiesel production, the effects of thermal treatment and the preparation method for Ca incorporation were both studied. The catalyst that showed the best catalytic performance was an uncalcined Mg₄Al₂ support impregnated with 40 wt% Ca followed by a calcination at 600°C (Ca/600Mg₄Al₂HT) due to its enhanced basic properties. After several optimization steps over this catalyst, the optimum conditions for biodiesel synthesis were: a methanol to oil molar ratio of 15:1, a catalyst to oil ratio of 2.5 wt% and a reaction time of 6 hours which gave a FAME yield of 95%. The properties of the produced biodiesel were studied and found to be in good agreement with ASTM (American Society for Testing and Materials) requirements. For the catalytic steam reforming of glycerol, the activity of NI-based pure metal oxides (Ni/CeO₂, Ni/Y₂O₃, Ni/ZrO₂) was first studied as pure metal oxides are commonly used as support materials. The effect of the support was evaluated and the Ni/ZrO₂ catalyst was found to be the most efficient for hydrogen production. To study the effect of the zirconia phase, a tetragonal Ni/ZrO₂ was also prepared. The tetragonal catalyst was less active for hydrogen production compared to the monoclinic catalyst. A stability test at 600°C also showed the desactivation of the tetragonal Ni/ZrO₂ after 6 hours on stream. For the catalytic steam reforming of glycerol using Mg-Al hydrotalcite derived mixed oxides, Ru-based Mg-Al catalysts were first studied. The effect of the preparation method (impregnation vs grafting) on the catalytic activity of Ru-Mg-Al catalysts was studied. The catalyst prepared by the impregnation method resulted in a better catalytic activity than the catalyst prepared by the grafting method as it allowed a higher accessibility of the active phase. For the Ni-based Mg-Al catalysts, the hydrotalcite supports were modified with La to study the effects of promoter addition on catalytic properties and activity. The bimetallic effect (1%Ru-5%Ni) and effect of a higher Ni loading (15 wt%) were also studied. The 5 wt% Ni impregnated on a La modified Mg-Al support (Ni/Mg₆Al₁.₆La₀.₄) catalyst was the most efficient for hydrogen production due to its enhanced basicity and metal-support interaction. The activities of the most efficient catalysts, Ni/ZrO₂ and Ni/Mg₆Al₁.₆La₀.₄, were compared. Both catalysts produced similar hydrogen yields. Differences in glycerol conversion to gaseous products were attributed to a higher formation of liquid by-products over the hydrotalcite support compared to the zirconia support. Nevertheless, less coke was produced over the hydrotalcite catalyst given its higher basicity. A stability test at 600°C showed the desactivation of the Ni/Mg₆Al₁.₆La₀.₄ catalyst after 6 hours on stream. Upon optimization of the reaction conditions on Ni/Mg₆Al₁.₆La₀.₄, a significant improvement in the stability was observed as the catalyst lasted for 24 hours on steam.Therefore, Ni/Mg₆Al₁.₆La₀.₄ could be a promising candidate for industrial application.

Les nanoparticules métalliques (MNPs) appliquées en catalyse représentent un domaine attractif en raison de leurs propriétés physiques et chimiques intéressantes. D'autre part, l'ajout d'un autre métal au métal hôte (ici nanoparticules bimétalliques, BMNPs) peut modifier les propriétés électroniques (transfert de charge, hybridation d'orbitales, etc.) et/ou géométriques (alliage, coeurcoquille, hétérodimères, etc.), ce qui peut conduire à améliorer le comportement catalytique, voire envisager une nouvelle réactivité. Le glycérol, quant à lui, possède une structure supramoléculaire complexe qui favorise l'immobilisation des MNPs, et évite leur agglomération, et donc facilite le recyclage de la phase catalytique. Des nanoparticules de Cu(0) (CuNPs) immobilisées dans du glycérol ont été synthétisées en présence de poly(vinylpyrrolidone) (PVP) comme stabilisant sous pression d'hydrogène. Les CuNPs dispersées dans le glycérol se sont avérées être un catalyseur robuste pour diverses réactions : formation de liaison C-N, synthèse d'amines propargyliques di- (via couplage croisé déshydrogénant), tri- (via un couplage aldéhyde-amine-alcyne A3) et tétra-substituées (via un couplage cétone-amine-alcyne KA2) ainsi que pour la synthèse d'hétérocycles: indolizines, benzofuranes et quinolines, par des procédés tandem de cycloisomérisation-couplage A3 en utilisant des benzaldéhydes ortho-fonctionnalisés. La phase catalytique de glycérol peut être recyclée plus de cinq fois (formation de liaisons C-N et pour le couplage A3), sans détecter de traces significatives de cuivre dans les produits organiques extraits. Des nanoparticules bimétalliques de palladium-cuivre (PdCuNPs) immobilisées dans le glycérol ont été synthétisées par des méthodes de co-réduction. Selon les différents rapports métalliques, les PdCuNPs peuvent être considérées comme des petits coeurs de Pd enrobés par du Cu (Pd/Cu = 1/1), des alliages aléatoires (Pd/Cu = 1/2) ou un mélange de nanoparticules monométalliques (Pd/Cu = 2/1). Par une voie de synthèse séquentielle, nous obtenons un mélange de nanoparticules monométalliques. La structure des PdCuNPs a également été confirmée par la réactivité observée pour l'hydrogénation des alcynes, montrant Pd1Cu1 et Pd1Cu2 comme structures bimétalliques. Ainsi, ces catalyseurs ont permis d'ajuster la sélectivité des alcènes. En outre, l'influence de Pd incorporé dans le Cu a également été étudiée dans la cycloaddition d'un azidure avec un alcyne (CuAAC). Plus intéressant, des nanoparticules bimétalliques Pd1Cu1 dans le glycérol, agissant comme système catalytique multitâche, ont été utilisées pour les réactions "onepot", notamment la réaction CuAAC et les réactions de couplage croisé C-C (Sonogashira, Suzuki- Miyaura et Heck) (catalysées au Pd). Grâce à des cinétiques différentes entre les réactions CuAAC et couplages C-C, ces procédés tandem ont permis d'obtenir les produits en rendements élevés. De plus, l'hydroaminométhylation d'oléfines catalysée par des complexes de Rh pour synthétiser les amines peut se dérouler dans le glycérol et a montré de meilleures réactivités que dans les solvants organiques. Ces résultats positifs permettent de concevoir un nouveau système biphasique dans le but de recycler la phase catalytique. / Metal nanoparticles (MNPs) applied in catalysis represent an attractive field due to their interesting physical and chemical properties. Besides, the addition of another metal to the host metal in the same entity (bimetallic nanoparticles, BMNPs) can trigger changes in electronic properties (charge transfer, orbital hybridization, etc.) and/or geometric features (alloy, core-shell, heterodimers, etc.), inducing modifications in their catalytic behavior, in terms of activity, selectivity, robustness, or even leading to new reactivity. Concerning the solvent, glycerol, showing a complex supramolecular structure, favors the dispersion of metal nanoparticles, avoiding their agglomeration and then facilitating the recycling of catalytic phase. Small and spherical zero-valent copper nanoparticles (CuNPs) immobilized in glycerol were synthesized using poly(vinylpyrrolidone) (PVP) as stabilizer under hydrogen pressure. CuNPs dispersed in glycerol proved to be a robust and versatile catalyst for a diversity of C-N bond formation reactions, synthesis of di- (via cross-dehydrogenative coupling), tri- (via aldehydeamine- alkyne A3 coupling) and tetra-substituted propargylic amines (via ketone-amine-alkyne KA2 coupling) as well as different types of heterocycles, in particular indolizines, benzofurans and quinolines, by tandem A3-cycloisomerization processes using ortho-functionalized benzaldehydes as substrates. Interestingly, the catalytic glycerol phase could be recycled more than five times in C-N bond formation and A3 coupling reactions, preserving their reactivity, without detecting a significant copper content in the extracted organic products. Bimetallic palladium-copper nanoparticles (PdCuNPs) dispersed in glycerol were prepared by co-reduction methodology. Depending on the different metal ratios used, Pd nanoparticles coated by Cu (Pd/Cu = 1/1), random alloy (Pd/Cu = 1/2) or mainly mixture of monometallic nanoparticles (Pd/Cu = 2/1) were obtained. By a sequential way of synthesis, a mixture of monometallic nanoparticles was mainly observed. In terms of reactivity, the effect of one metal to other one, on catalytic activity and selectivity was evaluated. The structure of the different PdCuNPs was also confirmed by the observed reactivity in the selective formation of alkenes by hydrogenation of alkynes, proving that Pd1Cu1 and Pd1Cu2 correspond to bimetallic structures. Besides, the influence of Pd incorporated into Cu on azide-alkyne cycloaddition (CuAAC) was also studied. Interestingly, Pd1Cu1 in glycerol were applied in one-pot processes acting as multitask catalytic system, involving CuAAC and Pd-catalyzed C-C cross couplings (Sonogashira, Suzuki-Miyaura and Heck). Thanks to the different rates between CuAAC and C-C couplings, these tandem processes permitted to obtain the desired products in high yields. Furthermore, Rh-catalyzed hydroaminomethylation of olefins, in order to synthesize amines, could be carried out in glycerol, generally showing a better reactivity compared to common organic solvents. These preliminary encouraging results permit to plan the design of a new biphasic system, including the recycling of the catalytic phase.

La biomasse représente l'une des principales alternatives à l'utilisation du pétrole dans la plasturgie. Grâce à leurs propriétés fonctionnelles, les caséinates sont une matière première prometteuse pour la fabrication de films plastiques pour des applications dans l'emballage biodégradable et hydrosoluble. La transformation du caséinate de sodium par les techniques habituellement utilisées dans la plasturgie a été démontrée. Des extrudats de caséinate plastifié au glycérol ont été obtenus au moyen d'une extrudeuse bi-vis corotative. La caractérisation physico-chimique du matériau obtenu a confirmé la thermostabilité de cette protéine et a montré la dépendance du comportement du matériau vis-à-vis de l'humidité ambiante. Pour une variation du taux d'Humidité Relative, de 40 à 90% et une augmentation de la concentration du glycérol, plastifiant hygroscopique, le matériau passe d'un état vitreux (rigide) à un état caoutchouteux (mou). Des films fins ont été ensuite réalisés, à partir des extrudats thermoplastiques, par extrusion gonflage. La perméabilité à la vapeur d'eau des films de caséinate de sodium a été étudiée et a montré que ces matériaux sont de mauvaises barrières à l'humidité. La deuxième partie a été consacré à l'étude de mélanges caséinate de sodium/caséinate de calcium d'un côté et caséinate de sodium/PBAT de l'autre. Le mélange des deux caséinates a permis d'augmenter la tenue mécanique du mélange, à partir de 50% de caséinate de calcium, et de retarder le transfert hydrique à travers le film. Dans le même sens, l'ajout du PBAT, a augmenté jusqu'à deux fois plus, le module d'Young des mélanges mais a baissé la résistance au transfert d'humidité du film à cause de l'incompatibilité des deux polymères.