L’analyse de sûreté des réacteurs à neutrons rapides refroidis au sodium de Génération IV nécessite l'étude des conséquences d'un accident grave en cas de rejet dans l'environnement du sodium et des radionucléides qu'il transporte (terme source chimique et radiologique). Le terme source global dépend donc à la fois de la spéciation chimique des aérosols de sodium, issus de la combustion du sodium dans l'enceinte, et de leurs interactions avec les radionucléides. Au cours de cette thèse, les interactions entre le carbonate de sodium et les produits de fission gazeux iodés (I2 et HI) ont été étudiées aux échelles atomique et macroscopique, via une double approche théorique et expérimentale. Une expression analytique de l'isotherme d'adsorption a été développée. La stabilité relative des surfaces du carbonate de sodium a été déterminée par des calculs ab initio utilisant la théorie de la densité fonctionnelle. La réactivité de l'iode a été étudiée pour les surfaces les plus stables et les isothermes d'adsorption évaluées. En parallèle, la cinétique de capture de l'iode moléculaire par le carbonate de sodium a été déterminée expérimentalement pour différentes conditions. L'ensemble des résultats montrent une capture efficace de l'iode moléculaire par le carbonate de sodium à 373 K, variant selon la pression partielle d'iode et la surface du carbonate. Pour les conditions représentatives d'un accident grave, les sites d'adsorption de la surface de carbonate de sodium la plus favorable seront majoritairement vides ou doublement occupés selon la pression partielle d'iode moléculaire, conduisant à une pression d'équilibre inférieure à 2x10-4 bar à 373 K. / The safety analysis of Generation IV sodium-cooled fast neutron reactors requires the study of the consequences of a severe accident in case of release into the environment of sodium and the radionuclides it carries (term chemical and radiological source). The global source term therefore depends on both the chemical speciation of sodium aerosols, resulting from the combustion of sodium in the containment, and their interactions with radionuclides. During this thesis, the interactions between sodium carbonate and iodinated gaseous fission products (I2 and HI) were studied at the atomic and macroscopic scales, via a combined theoretical and experimental approach. An analytical expression of the adsorption isotherm has been developed. The relative stability of the sodium carbonate surfaces was determined by ab initio calculations using density functional theory. The reactivity of iodine has been studied for the most stable surfaces and the adsorption isotherms evaluated. In parallel, the kinetics of capture of molecular iodine by sodium carbonate has been determined experimentally for different boundary conditions.The results show an effective capture of the molecular iodine by sodium carbonate at 373 K, varying according to the partial pressure of iodine and the surface of the carbonate sorbent. For the representative conditions of a severe accident, the adsorption sites of the most favorable sodium carbonate surfaces will be mostly bare or doubly occupied depending on the partial pressure of molecular iodine; leading to an equilibrium pressure of less than 2x10-4 bar at 373 K.

Les travaux de thèse ont porté sur la synthèse d’un MIP (polymère à empreintes moléculaires) spécifique d’un fongicide se trouvant dans la majorité des vins français : l’iprodione. Pour extraire l’iprodione à partir du vin, un challenge important se présentait : le milieu hydroalcoolique est un solvant dipolaire alors que l’interaction du MIP avec l’iprodione se base sur des interactions dipôle-dipôle. Les premières études d’extraction de l’iprodione ont été faites sur un MIP obtenu par polymérisation en masse à partir du méthacrylamide et de l'éthylène glycol diméthacrylate (EGDMA). Le MIP était plus efficace que le NIP (polymère non imprimé) dans des solutions hydroalcooliques ce qui vérifie que l’impression moléculaire était réussie. Un plan d’expériences 23 a été appliqué pour étudier l’influence de 3 facteurs de synthèse de MIP (la méthode de polymérisation, la nature de l'agent réticulant et le type de monomère fonctionnel) sur les propriétés de reconnaissance des polymères vis-à-vis de l’iprodione. 8 MIP et 8 NIP ont été ainsi synthétisés. Les isothermes d'adsorption de l'eau et de l’iprodione par les MIPs et les NIPs ont été déterminées. Des différences significatives entre les polymères ont été mises en évidences impliquant une relation entre l’adsorption de l’eau et l’adsorption de l’iprodione. La formation des empreintes moléculaires au sein des MIP a été démontrée par plusieurs techniques comme la calorimétrie différentielle à balayage et la résonance magnétique nucléaire. Les meilleures propriétés de reconnaissance de l’iprodione sont obtenues avec le MIP synthétisé par précipitation à partir du méthacrylamide comme monomère fonctionnel et de l’EGDMA comme réticulant. Ce MIP a été utilisé en extraction en phase solide (SPE) pour la pré-concentration de l’iprodione dans un vin blanc avec un facteur de pré-concentration égal à 6 et sa sélectivité par rapport à deux fongicides : le pyriméthanil et le procymidone a été démontrée. / The aim of this study was the synthesis of a MIP (molecularly imprinted polymer) specific for a fungicide that is found in the majority of the french wine: iprodione. The challenge for extracting iprodione from wine medium was that the hydoralcoholic solution is a dipolar solvent, whereas the interaction between the MIP and iprodione is based on dipolar interactions. The first extraction study of iprodione was made on a MIP synthesized by bulk polymerization using methacrylamide and ethylene glycol dimethacrylate (EGDMA). The MIP was found to be more efficient than the NIP (non-imprinted polymer) in hydroalcoholic solutions which demonstrates that the molecular imprinting was successful. Then we synthesized 8 MIPs and 8 NIPs following an 23 experimental design in order to study the influence of three synthesis factors (the polymerization method, the nature of the crosslinker and the type of the functional monomer) on the iprodione recognition properties of the polymers. The water and the iprodione adsorption isotherms for MIPs and NIPs were determined. The result showed significant differences between the polymers involving a relationship between the water adsorption and the adsorption of iprodione. The molecular imprinting has been demonstrated by several techniques such as the differential scanning calorimetry and the nuclear magnetic resonance. The best recognition properties of iprodione are obtained with the MIP which was synthesized by precipitation polymerization using methacrylamide as functional momonomer and EGDMA as crosslinker. This MIP was used in solid phase extraction (SPE) for pre-concentration of iprodione in a white wine with a pre-concentration factor of 6. Its selectivity versus two fungicides: procymidone and pyrimethanil has been demonstrated.

Les activités humaines ont généré une augmentation importante de la concentration de gaz à effet de serre (GES) au cours des 150 dernières années, ce qui est relié à plusieurs problèmes environnementaux, tels que le réchauffement planétaire et les changements climatiques. Le secteur agricole contribue de 8 à 10% aux émissions totales de GES dans l'atmosphère, et les principaux GES émis sont le dioxyde de carbone (CO2), le méthane (CH4) et l'oxyde nitreux (N2O). Le contrôle et la quantification de ces émissions requièrent des technologies qui permettent de les capturer et ou les dégrader, par exemple par adsorption. L'objectif du présent projet est de caractériser des matériaux qui puissent être utilisés comme adsorbants des GES et de décrire leurs cinétiques d'adsorption afin d'avoir l'information qui permet de sélectionner des adsorbants pour capturer le CH4 et le N2O à des basses concentrations et à température et pression ambiantes. Pour adsorber le CH4, des adsorbants commerciaux et synthétiques ont été utilisés. Les adsorbants choisis ont été des zéolithes, un biocharbon conditionné au laboratoire et un ZIF (« Zeolitic imidazolate framework », ZIF-8) synthétisé au laboratoire. Ce dernier a été employé aussi pour adsorber du N2O. La capacité d'adsorption de CH4 et de N2O a été évaluée pour chaque adsorbant par de tests dynamiques d'adsorption du gaz sous conditions ambiantes. Ces matériaux ont été caractérisés physiquement et chimiquement afin de corréler leurs propriétés avec la capacité d'adsorption de CH4 et/ou de N2O. Des isothermes d'équilibre ont été utilises pour modéliser les donnés expérimentales. Parmi les différents matériaux utilisés lors de l'adsorption du CH4 à 30 ºC et à pressions partielles de CH4 inférieures à 0,40 kPa, les biocharbons présentent la capacité d'adsorption la plus élevée, suivis par le ZIF-8 et les zéolithes commerciales / Human activities contributed with a significant increase in GHG concentrations over the past 150 years and they are related to environmental issues, such as global warming and climate change. The agricultural sector contributes 8 to 10% of total GHG emissions to the atmosphere, being carbon dioxide (CO2), methane (CH4) and nitrous oxide (N2O) the main GHGs emitted. The control and quantification of these emissions requires technologies which can capture and or degrade these GHG, for example by adsorption. The objective of this project is to characterize adsorbents and to describe their adsorption kinetics in order to select the most suitable for the adsorption of CH4 and N2O at low concentration and at ambient temperature. For CH4 adsorption, commercial and synthesized adsorbents were tested. The selected adsorbents were commercial zeolites, laboratory conditioned biochar and synthesized ZIF ("Zeolitic imidazolate framework"). ZIF was also used for N2O adsorption. The adsorption capacity of CH4 and N2O for each adsorbent was evaluated by dynamic adsorption tests of the gas under atmospheric conditions. These materials were physically and chemically characterized in order to correlate its properties with its CH4 and/or N2O adsorption capacity. The experimental data of gas adsorption were fitted by equilibrium isotherms. Among the different materials used for CH4 adsorption at 30 ºC and partial pressures lower than 0.40 kPa, biocharbons presented the highest adsorption capacity, followed by ZIF- 8 and commercial zeolites

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.