L’utilisation des portiques métalliques est très courante dans le génie civil. Au cours du processus de conception les ingénieurs cherchent à réduire les coûts de la construction, en diminuant ainsi le coût total de l’investissement. La complexité du problème et l’absence des outils assistant le processus d’optimisation rendent difficile l’usage efficace de matériau. Dans la thèse, les algorithmes génétiques ont été appliqués afin de résoudre les problèmes d’optimisation des portiques métalliques. La première partie concerne l’analyse de la problématique de conception des portiques et la définition du cahier de charges. Les normes européennes et polonaises de conception des structures métalliques et de chargement ont été comparées. Les procédures de dimensionnement des sections et d’éléments ont été développées, en respectant toutes les contraintes imposées par des structures réelles. Ensuite, une version d’algorithme génétique adapté à l’optimisation des portiques a été présentée. Un logiciel complet, comportant des modules d’analyse statique, decalcul de stabilité, de dimensionnement et d’optimisation a été développé. Le logiciel crée a été appliqué aux problèmes d’optimisation des portiques métalliques. Les solutions ont été calculées d’abord en accord avec les normes de conception européennes et ensuite polonaises. L’optimisation des 96 exemples des portiques de géométrie et chargement différentes a été effectuée. L’analyse des solutions a permis de formuler la conclusion ainsi que lesrecommandations concernant la conception optimale des portiques. Les résultats obtenus peuvent être utiles dans les problèmes réels de conception. / The use of portal frames in building engineering is very common. Engineers, during the design process, aim to reduce the cost of the structure and, consequently, the whole investment. The complexity of the problem and lack of proper tools assisting the optimisation process, hamper the effective use of material. In the thesis, the genetic algorithms were used to solve the problem of optimization of steel portal frames. In the first part of dissertation, the problems of steel portal frames design were analysed and design assumptions were done. European and Polish codes for steel structures design andstandards for loads got acquainted. Procedures for section and element dimensioning were built taking into account all essential applied to real structures. Next, a version of the genetic algorithm adapted for the optimization of frame structureswas presented. A complete computer program containing modules of static analysis, stability analysis, dimensioning and optimization has been created. The developed software was applied to the problem of optimization of steel portalframes. The solutions were calculated according to European standards, and afterwards Polish standards. The optimization of 96 frame examples of different geometry and loading was carried out. The analysis of solutions enabled us to formulate conclusion and recommendations concerning optimal design of portal frames. The obtained results can be useful in real design problems

L’hydrogénation du monoxyde et du dioxyde de de carbone permet la valorisation du gaz de synthèse issu des ressources fossiles et renouvelables. Cette thèse porte sur la conception de nouveaux catalyseurs pour la synthèse d’alcools et d’oléfines à partir du monoxyde et du dioxyde de carbone. Les caractérisations ont démontré la formation de particules bimétalliques CoCu dans les catalyseurs mixtes à base de cobalt et de cuivre réduits et l’enrichissement de la surface externe par le cuivre. Ces particules bimétalliques contiennent probablement les sites actifs pour la synthèse d’alcools à partir du gaz de synthèse. Les supports (SiO2, Al2O3 et nanotubes de carbone), ainsi que certains promoteurs, le fer en particulier, ont aussi une très forte influence sur les performances des catalyseurs. La promotion avec le fer permet aussi d’augmenter la productivité des catalyseurs à base de Rh pour la synthèse d’éthanol. La formation d’interfaces entre le fer et le rhodium améliore la sélectivité de cette réaction en éthanol. La conversion du monoxyde de carbone dépend principalement de la dispersion du rhodium. Les catalyseurs Fe/ZrO2 promus par le potassium ont montré une sélectivité très importante pour la synthèse d’oléfines à partir du dioxyde de carbone. Cette augmentation de la sélectivité a été attribuée à la synergie entre le fer oxydé et les espèces Fe0/χFe5C2 qui interviennent dans cette réaction. / Catalytic hydrogenation of carbon monoxide and carbon dioxide leads to valorisation of syngas which can be produced from fossil and renewable resources. This thesis addresses design of new catalysts for synthesis of alcohols and olefins from syngas containing carbon monoxide and carbon dioxide. Catalyst characterization has demonstrated formation of bimetallic particles in copper-cobalt mixed supported catalysts and enrichment of metallic particles with copper on the outer surface in the reduced catalysts. Comparison with catalytic data suggests that these bimetallic particles probably contain the active sites for the synthesis of alcohols from syngas. The supports (SiO2, Al2O3 and carbon nanotubes), and some promoters, especially iron, also have a very strong influence on the catalyst performance. Promotion with iron also increases productivity of Rh catalysts in the synthesis of ethanol from syngas. The formation of interfaces between the iron and rhodium seems to improve the selectivity of this reaction to ethanol, while carbon monoxide conversion principally depends on rhodium dispersion. The Fe/ZrO2 catalysts promoted with potassium showed a very important selectivity for the synthesis of olefins from carbon dioxide. This increase in selectivity was attributed to the synergy between iron and oxidized species Fe0/χ-Fe5C2 which are involved in this reaction.

Ce travail s’inscrit dans le cadre du programme Seine-Aval IV projet TOXSEINE et porte sur l’étude de la dynamique, le comportement et la toxicité des éléments traces métalliques à l’interface eau-sédiment dans l’estuaire de la Seine. Notre étude a été menée sur différents sites de Poses à l’amont jusqu’à l’embouchure (Vasière Nord). Cette étude nous a permis de mettre en évidence une contamination relativement importante des sédiments par des composés métalliques principalement le mercure, le cuivre, le plomb, le cadmium, le zinc et le nickel, en particulier l’amont de l’estuaire. Une autre partie du travail a été consacré à l’étude de la disponibilité et la toxicité de ces métaux, en utilisant des bioessais (test microtox) et par la détermination des indices de toxicité et. Toutefois ces éléments traces métalliques accumulés au niveau des sédiments représentent une source de contamination et une menace potentielle pour l’écosystème aquatique, en particulier en cas de remise en suspension lors de leur relargage et leur désorption suite à l’effet de marée, le trafic maritime ou aux activités de dragage. Pour ces raisons la mobilité des ETM a été étudiée tenant en compte les phénomènes d’adsorption, de résorption et la cinétique de relargage des métaux. Les résultats indiquent une labilité importante des métaux (Cd, Pb, Cu) et une bonne corrélation entre contamination chimique et réponse biologique. / The present work is a part of TOXSEINE project included in “Seine-aval IV Program”. The main focal points of the research are: study of the behavior and the toxicity of trace metals at water-sediment interface of the Seine estuary. Our work is conducted on different sites along the estuary reaching the mudflat of the river. The following study has revealed high levels of metal contamination in Seine sediment especially with Hg, Cd, Cu, Pb, Zn particularly in the upstream river. Other part of the work is devoted for the study of the disponibility and toxicity of metals by calculation of toxicity index and the use of bioessay (Microtox test). The accumulated trace metals in sediment represent a source of pollution and a potential threat to aquatic ecosystem especially during their release due to sediment resuspension caused by tide effect, traffic boat and dredging activities. For these reasons, the mobility of ETM is studied taking into consideration: adsorption phenomena, desorption, kinetics of metal release. The results have indicated an important lability of metals (Cd, Pb, Cu) and positive correlation between the chemical contamination and the biological response.

L’augmentation de l’exploitation minières, le développement d’une agriculture intensive et la consommation croissante de médicaments ont conduit à une pollution des écosystèmes aquatiques. Les polluants organiques et métalliques sont susceptibles de développer une toxicité non négligeable pour la santé humaine et le bon fonctionnement des écosystèmes. Cette pollution des milieux aquatiques menace la ressource en eau avec des conséquences grave pour l'approvisionnement en eau potable. Dans le présent travail, on s’intéresse à la bioremédiation des polluants par les algues. Les algues ont des capacités d'absorption particulièrement intéressantes pour la décontamination de milieux pollués et lutter contre les phénomènes d'eutrophisation. Grâce à leurs taux de croissance élevés associés à leurs capacités d'absorption, les algues sont mises à profit pour le traitement des eaux usées. La première partie de notre étude est consacrée à la caractérisation des souches algales utilisées par un suivi des méthodes d’élevage en laboratoire pour la production d’une biomasse à moindre coût pour étudier les processus de bioremédiation. L’élevage des algues sur milieux de cultures provenant des stations de traitement des eaux offre un avantage intéressant dans le traitement tertiaire des effluents à moindre coût. Une seconde partie du travail est consacrée à l’étude de bioaccumulation des polluants organiques et minéraux sur la phase solide algale en dispersion libre et immobilisé dans l’eau. Nos résultats montrent que certaines espèces d’algues comme la Spirulina platensis a un grand potentiel pour éliminer les micropolluants organiques. / The development of intensive agriculture and the increase use of chemicals (Persistent Organic Pollutant, drug residues, hormones and bisphenols) have led to a pollution of the aquatic ecosystems. Organic and metallic pollutants are likely to develop significant toxicity to human health and the functioning of ecosystems. This pollution of the aquatic environment menaces the water resource with serious consequences for drinking water supply. In this work, we are interested to the bioremediation of pollutants by algae. Algae have particularly good absorption capacities for decontamination of polluted environments and to decrease the eutrophication. Their high growth rates combined with their absorption capacity, algae are used for the treatment of wastewater. The first part of our study is devoted to the characterization of the algal strains used by a development of laboratory methods for production of a biomass at least cost for the study of bioremediation processes. Algae breeding on crop media from water treatment plants offer an interesting advantage in the tertiary effluents treatment at lower cost. A second part of the work is devoted to the bioaccumulation study of organic and mineral pollutants on the algal solid phase in free dispersion or immobilized on a support. Our results show that some algal species such as Spirulina platensis have great potential for removing organic pollutants.

L’objectif est d’étudier par la méthode d’échange ionique à l’argent de verres silicatés la coloration induite etla réalisation de guides d’ondes planaires. Deux méthodes de modélisation de l’échange ionique sont présentées pour évaluer les paramètres de l’échange qui sont le coefficient de diffusion, la forme du profil et la mobilité des ions. Cette technique purement thermique permet la réalisation de guides d’onde à gradient d’indice, l’ajout d’un champ électrique permet d’obtenir un profil à saut d’indice. Différentes compositions de verre sont étudiées dans le but de déterminer la variation d’indice induite par la polarisabilité de l’ion argent plus forte que les ions sodium ou lithium initialement présents dans les verres. A la suite de l’échange ionique, un recuit peut être effectué dans le but de précipiter l’argent en nanoparticules métalliques qui possèdent des propriétés d’absorption intéressantes permettant de colorer les verres : la résonance plasmon de surface (RPS). Le mécanisme de formation de ces nanoparticules dépend de la température et de l’effet redox de l’environnement. L’irradiation effectuée par un laser pulsé nanoseconde des verres échangés permet la précipitation locale des nanoagrégats d’argent à la surface des verres. L’irradiation pulsée en régime femtoseconde permet une interaction dans le volume du verre, soit avec des nanoparticules déjà présentes dans le but de modifier la couleur localement, soit avec des verres échangés dans lequel des défauts sont générés pour ensuite favoriser la formation de nanoparticules par recuit. La modélisation de la résonance plasmon de surface effectuée permet d’évaluer le mécanisme de croissance des nanoparticules dans les verres. Les méthodes de caractérisation utilisées sont la microscopie électronique à balayage, la microscopie électronique en transmission, la spectrophotométrie UV/Visible, la photoluminescence et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. / The main purpose is to study by the method of silver ionic exchange of silicate glasses the induced coloring and the realization of planar waveguides.Two methods of modelization of Ionic exchange are presented to estimate the exchange parameters which are diffusion coefficient, profile’s shape and ions mobility. This purely thermal method allows the realization of graded index waveguide, the addition of an electric field allows to obtain a step index profile. Various glass compositions are studied with the aim of determining the index variation induced by a polarizability of silver ions stronger than those of sodium/lithium ions initially contained in glasses. Following the Ionic exchange, an annealing can be made with the aim of precipitating silver in metallic nanoparticles which possess interesting properties of absorption allowing to color glasses : the Surface Plasmon Resonance (SPR). The nanoparticles formation mechanism depends on temperature and on redox effect of the medium. The irradiation made with a pulsed laser in nanosecond regime of exchanged glasses allows the local formation of silver nanoaggregates onto the glass surface. The pulsed irradiation in femtosecond regime allows an interaction into the glass volume, either with already present nanoparticles with the aim of modifying the color locally, or with exchanged glasses in which the defects are generated to favor then the formation of nanoparticles by annealing. The modelization of Surface Plasmon Resonance allows the evaluation of the nanoparticles growth mechanism in glasses. The used methods of characterization are Scanning Electron microscopy, Transmission Electron Microscopy, UV/Visible Spectroscopy, Photoluminescence and Fourier Transform Infrared Spectroscopy.

Le contrôle des propriétés physico-chimiques de surfaces des matériaux à base de titane est souvent requis pour améliorer leurs performances, leur activité biologique ou encore pour concevoir de nouveaux matériaux intelligents. Dans ce contexte, le greffage de (macro)molécules à propriétés spécifiques est une solution pertinente pour élaborer des matériaux stimulables aux propriétés physico-chimiques modulables. Dans ce travail de thèse, nous avons conçu plusieurs plateformes de fonctionnalisation du titane en exploitant les propriétés adhésives du motif catéchol combinées au concept de chimie « click » afin d’immobiliser des polymères fonctionnels préparés par polymérisation radicalaire contrôlée. Ainsi, des surfaces de titane recyclables à la mouillabilité programmable sur demande et des matériaux stimulables par la température ou par rayonnement ultra-violet ont pu être élaborés. Enfin, les propriétés adhésives de la polydopamine ont été exploitées pour concevoir une nouvelle génération de stent « actif » utilisé en chirurgie cardiovasculaire pour lutter contre le phénomène de resténose intra-stent. / The control of physico-chemical properties of titanium based materials is frequently needed with the aim of enhancing their capabilities, their biological activity or to design new « smart » materials. In this context, tethering of specific (macro)molecules seems to be a relevant method to develop stimuli responsive materials with predictable or commutable physico-chemical properties. In this work, we have elaborated numerous platforms for the functionalization of titanium surfaces by a combination of catechol adhesives properties and very efficient coupling reactions in order to graft functional polymers prepared by controlled radical polymerization. This approach allowed us to create reusable titanium surfaces with programmable wettability and materials capable of responding to external stimuli such as temperature or UV light. Finally, versatile polydopamine coating has been used to design a new generation of drug eluting stent which might be employed in cardiovascular surgery to struggle against in-stent restenosis.

L'augmentation du prix des métaux associé au coût de l’enfouissement des déchets font que les industries se tournent de plus en plus vers la valorisation de leurs déchets. Le Laboratoire d’Electrochimie des Matériaux a démontré la possibilité de précipiter sélectivement les métaux contenus dans les effluents industriels liquides en utilisant des carboxylates de sodium préparés à partir d’acides carboxyliques d’origine naturelle (huiles végétales, graisses animales...). Afin de pouvoir utiliser les différents carboxylates de manière judicieuse, il est nécessaire de caractériser les produits obtenus. En effet, peu de données thermodynamiques sont disponibles dans la littérature. Pour envisager la séparation sélective de métaux par ces composés, il est nécessaire de déterminer la solubilité et le comportement thermique de chaque carboxylate métallique. Ainsi ce mémoire recense les résultats obtenus sur des carboxylates métalliques di- et trivalents mettant en jeu 11 cations métalliques (Ca2+, Cd2+, Co2+, Cr3+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Ni2+, Pb2+ et Zn2+) et 4 carboxylates de sodium (heptanoate, octanoate, nonanoate et décanoate) après vérification de la nature du solide par analyse chimique et DRX. L’obtention des valeurs de solubilité des décanoates métalliques a permis d’obtenir un diagramme de prévision de la faisabilité d’une séparation entre deux cations divalents. La séparation a ensuite été appliquée à un mélange Ni/Cd synthétique représentatif d’une problématique industrielle (lixiviat des batteries nickel – cadmium) puis sur lixiviat réel. La possibilité de remplacer le décanoate de sodium (en solution) par du décanoate de calcium (solide) a également été étudiée / Industrial wastes were more and more recycled because of the increase of metals prices associated to the cost of waste burying. The laboratoire d’Electrochimie des Matériaux showed the feasibility of selective precipitation using sodium carboxylates. Sodium carboxylates came from linear and saturated carboxylic acid product of natural origin (vegetable oil and animal fats). In order to use sodium carboxylates for selective precipitation, it was necessary to characterize metallic carboxylates. Few thermodynamic data are in the literature. The most important constants are solubility and thermal comportment: the first was used for the selective separation itself and the second for the valorisation of some precipitate. This work gathered obtained results for metallic carboxylates resulting from the precipitation of 11 cations (Ca2+, Cd2+, Co2+, Cr3+, Cu2+, Fe2+, Fe3+, Mn2+, Ni2+, Pb2+ and Zn2+) with 4 sodium carboxylates (heptanoate, octanoate, nonanoate and decanoate). Before characterization, a chemical analyse and XRD were performed on each solid to determine their natures. The superimposing of solubility curves gives a tool allowing predicting the feasibility of a separation from a theoretical point of view. We studied the possibility to separate nickel and cadmium using sodium decanoate. This mixture corresponds to a real industrial problem (leaching of nickel/cadmium batteries). Precipitation was performed on synthetics solutions then on a real leaching. Another reagent was also studied: calcium décanoate which are solid at room temperature

Ce travail s’inscrit dans le cadre d’une problématique liée à la contamination des sols par les éléments traces métalliques (ETM) et à la nécessité de développer des outils d’indication permettant le diagnostic et le suivi de la qualité des milieux terrestres. L’objectif de ce travail de thèse a été de rechercher chez deux modèles biologiques, Oniscus asellus et Porcellio scaber (Crustacea, Isopoda), des paramètres indicateurs de la contamination des sols par des ETM, et spécifiquement des litières, dans le but de contribuer à la mise au point d’un outil écotoxicologique de terrain à destination des gestionnaires de l’environnement et visant à renseigner sur l’état de fonctionnement des écosystèmes et particulièrement des habitats ligneux. Ce travail a portée d’une part, sur des études menées in situ qui ont concerné la caractérisation de populations d’isopodes (abondance, structuration par âge, paramètres liés à la reproduction, paramètres biométriques, bioaccumulation) en lien avec les paramètres physico-chimiques des sols (pH, teneurs en CaCO3 total et en MO, ratio C/N, concentrations en Cd, Pb, Zn et Cu). D’autre part, en parallèle des études de terrain, des études ex situ menées au laboratoire en conditions contrôlées ont été réalisées, dans lesquelles des paramètres tels que la croissance, la bioaccumulation, le comportement d’évitement ou encore la dynamique de population ont été étudiées chez P. scaber exposé à des litières de peuplier collectées sur le terrain et présentant un gradient de contamination en Cd, Pb et Zn. Les études in situ n’ont pas mis en évidence de différence entre des populations issues d’environnement massivement contaminés par des ETM ou non. Bien que les individus issus de sites massivement contaminés soient fortement imprégnés par des ETM, il semblerait que les populations soient physiologiquement adaptées pour tolérer ces éléments. En revanche, les expérimentations menées en conditions contrôlées ont montré l’intérêt de l’utilisation de P. scaber dans des tests d’écotoxicité pour l’évaluation de la qualité des litières, et ceci au travers de la mesure de la croissance ou de tests comportementaux d’évitement. / Soil pollution by metals traces elements (MTE) is a worldwide concern in industrialized countries. For biomonitoring, it is necessary to develop indicator tools to evaluate the quality of terrestrial medias. The aim of this thesis was to research in Oniscus asellus and Porcellio scaber (Crustacea, Isopoda), indicator parameters of soil contamination by MTE, and especially of litter, to contribute to the development of ecotoxicological field tool to assess soil quality and terrestrial ecosystems. First, studies performed in situ, have concerned characterisation of woodlouse populations from ligneous habitats (abundance, age structure, reproduction, biometrical parameters, bioaccumulation) with the regard to physicochemical parameters of soil (pH, CaCO3 and MO contents, ratio C/N, Cd, Pb, Zn and Cu concentrations). Secondly, studies ex situ were also performed in controlled conditions in laboratory. Parameters have concerned growth rate, bioaccumulation, behavioural avoidance or population dynamics in P. scaber exposed to field litter contaminated by Cd, Pb and Zn. Field studies didn’t show any difference between woodlouse populations from contaminated sites or not. Actually, although MTE body burdens in woodlice from massively contaminated sites were high, it seemed that field populations were physiologically adapted to contaminants. In other hand, laboratory investigations were shown the interest of the use of P. scaber in ecotoxicity tests to assess litter quality. These studies have notably shown the sensitivity of growth rate and behavioural avoidance of P. scaber as endpoints in ecotoxicity tests.

Titre de l'écran-titre (visionné le 16 avril 2024) / Lorsque les nanoparticules d'or s'assemblent en formant des anneaux, des modes plasmoniques couplés apparaissent à des longueurs d'onde plus élevées, non observés pour les particules isolées. Cet assemblage structurel amplifie les résonances localisées des plasmons de surface, ce qui entraîne une intensification du champ électromagnétique, et facilite les interactions lumière-matière efficaces. Cette amélioration s'avère essentielle pour des applications telles que la biodétection et l'optoélectronique. Cette étude porte sur la synthèse efficace de ces nanostructures, ce qui est fondamental pour des diverses applications. Notre recherche se centre sur la synthèse des nanoanneaux d'or en utilisant une méthode d'autoassemblage dans un gabarit de copolymère bloc. Le défi principal rencontré est d'obtenir une structure homogène, en particulier lors de l'étape de recroissance des particules. Cette recherche fait partie d'une initiative plus vaste visant à construire un dispositif optique pour détecter des ions spécifiques en solution, exploitant les déplacements plasmoniques sensibles des nanoanneaux en réponse aux changements d'indice de réfraction. La stratégie de synthèse adoptée est un processus en trois étapes. Initialement, une suspension colloïdale de nanoparticules d'or est formée. Par la suite, ces particules ont été mélangées avec une solution de PS-b-P2VP dans du chloroforme, entraînant la formation de nanoanneaux par autoassemblage à l'aide de la technique Langmuir-Blodgett. Dans l'étape finale, ces nanoparticules ont subi une croissance, visant une dimension des particules de 10 nm. Un meilleur contrôle des caractéristiques finales du système a été obtenu en optimisant indépendamment chaque étape. La synthèse a commencé par l'amélioration de la monodispersité des particules, indispensable pour les étapes suivantes. Des variations de la méthode de Brust ont été explorées pour trouver des conditions de système optimales. L'étape d'étalement à l'interface air-eau s'est avérée essentielle dans l'organisation des particules pour former les nanoanneaux. L'étape de recroissance finale visait une croissance uniforme des particules pour obtenir les structures de nanoanneaux homogènes souhaitées. / When gold nanoparticles assemble into ring configurations, coupled plasmonic modes appear at higher wavelengths, not present in isolated particles. This structural assembly amplifies localized surface plasmon resonances, resulting in intensified electromagnetic fields, which further facilitate efficient light-matter interactions. This enhancement proves essential for applications like biosensing and optoelectronics. The aim of this study is to identify an efficient synthetic route to nanoring assemblies, which is fundamental for their application in high-sensitivity optical sensors. Our research focuses on a method to produce gold nanorings using a self-assembly method within a block copolymer template. The primary challenge encountered was achieving a homogeneous nanoring structure, especially during the particle regrowth stage. This research is integral to a larger initiative aiming at constructing an optical device to detect specific ions in solution, exploiting the sensitive plasmonic shifts of the nanorings in response to refractive index changes. The synthetic strategy adopted was a three-step process. Initially, a colloidal suspension of gold nanoparticles was formed. Subsequently, these particles were mixed with a PS-b-P2VP solution in chloroform, driving the formation of nanorings through self-assembly using the Langmuir-Blodgett technique. In the final stage, these nanoparticles underwent growth, aiming for a particle dimension of 10 nm. Enhanced control over the system's final characteristics was achieved by independently optimizing each step. The synthesis began by improving particle monodispersity, vital for the subsequent stages. Variations to Brust's method were explored to identify optimal synthesis conditions. The spreading conditions at the air-water interface proved to be essential for the organization of the particles to form the nanorings. The final regrowth phase targeted uniform particle growth to achieve the desired homogeneous nanoring structures.

Les crises liées à la dégradation de l'environnement et à la diminution des ressources naturelles renforcent la nécessité de prolonger la durée de vie de tout matériau résiduel ou sous-produit indésirable dans les systèmes de production et de consommation. Dans ce contexte, l'idée de développer de nouveaux catalyseurs en utilisant des déchets solides industriels est un sujet émergent, qui s'inscrit bien dans le concept de développement durable. D'autre part, en raison des progrès rapides de la technologie, de l'industrie et de l'information, l'offre en énergie sera difficilement capable de répondre à la demande mondiale croissante. L'importance de fournir cette énergie de manière durable afin de rencontrer les objectifs des efforts mondiaux de lutte contre les changements climatiques a renforcé l'intérêt pour le développement de biocarburants hydrocarbonés renouvelables tels que le biodiesel. Au cours des dernières décennies, avec la croissance de la production de biodiesel, le monde a été confronté à un excédent de glycérol comme sous-produit résiduel provenant du processus de production commun de transestérification. Afin de réduire l'impact environnemental négatif de cet excédent de glycérol et d'accroître la rentabilité de l'industrie du biodiesel, ce déchet devrait être impliqué dans une économie circulaire environnementale et durable. De récentes recherches ont démontré qu'il existe un grand potentiel pour l'utilisation du glycérol résiduel du biodiesel dans le secteur des énergies renouvelables. Il est possible d'y parvenir par divers procédés, notamment la gazéification, la pyrolyse, la combustion, la liquéfaction et le reformage à la vapeur. Parmi ceux-ci, le reformage à la vapeur est considéré comme l'une des méthodes les plus prometteuses pour convertir le glycérol en hydrogène (en tant que vecteur d'énergie verte et matière première essentielle dans les raffineries et les industries chimiques), car sa mise à l'échelle industrielle ne nécessiterait pas de modifications importantes des infrastructures de reformage du gaz naturel existantes. Compte tenu de l'importance de ces enjeux, cette thèse se penche sur le développement de nouveaux catalyseurs par la valorisation d'un résidu solide métallurgique (UGSO) pour la production d'hydrogène (syngas) via le reformage à la vapeur de glycérol (GSR). Plus précisément, les trois principaux objectifs de cette étude sont les suivants: (i) l'étude du potentiel de l'UGSO comme support/promoteur pour catalyseurs à base de Ni (Ni-UGSO), (ii) l'analyse approfondie de l'effet des paramètres de synthèse du catalyseur (charge de métal actif et méthode de préparation) sur les propriétés physico-chimiques et la performance du catalyseur, ainsi que l'étude de l'effet de la température de réaction en examinant le rôle des principales réactions secondaires dans le réseau réactionnel du procédé reformage (y compris les réactions de water-gas shift (WGS), de Boudouard, de méthanisation du CO et du CO₂, et la réaction inverse de WGS), et (iii) la comparaison des caractéristiques structurelles et de la performance catalytique du Ni-UGSO avec celles des catalyseurs à base de métaux nobles(Ru-UGSO et Rh-UGSO) reconnus comme hautement efficaces dans les procédés de reformage à la vapeur. (i) Le catalyseur préparé par l'incorporation de 12,5 % massique de Ni dans l'UGSO a été évalué pour l'application dans le procédé de GSR dans des conditions opératoires spécifiques suggérées comme optimales par l'analyse thermodynamique (T=580 °C, P=1 bar, et S/C=3). En comparant avec un catalyseur commercial de reformage à la vapeur à base de Ni, les résultats furent prometteurs, notamment en termes de formation de coke. Les principales propriétés intéressantes du catalyseur Ni-UGSO ont été suggérées comme étant : (i) la dispersion et l'ancrage des particules de Ni par la formation d'oxydes mixtes nickel-fer ainsi que nickel-magnésium, (ii) l'absence de phases métalliques libres par la formation d'alliages Ni-Fe après un prétraitement de réduction, et (iii) le caractère basique de l'UGSO dû à la présence d'oxydes tels que MgO, CaO, K₂O et MnO, qui pourrait favoriser l'adsorption dissociative de l'eau et la réaction de WGS. Ces résultats ont prouvé la capacité de l'UGSO promu par le Ni à agir comme un puissant catalyseur dans le procédé de GSR. (ii) Les résultats d'une étude détaillée sur les effets des paramètres de synthèse sur la performance du catalyseur Ni-UGSO ont révélé que la meilleure performance catalytique GSR a été obtenue en incorporant 5 % massique de Ni par la méthode d'imprégnation à l'état solide (SSI-5%Ni-UGSO), où des oxydes mixtes nickel-fer avec un rapport Ni/Fe optimal (comme NiFe₂O₄) et des oxydes mixtes nickel-magnésium riches en Mg (comme 3MgO.NiO) ont été formés. La performance supérieure du catalyseur SSI-5%Ni-UGSO optimisé est principalement due à (i) l'effet synergique entre le Ni et les espèces d'oxyde de fer partiellement réduites sur les sites actifs Ni-Fe[indice x]O[indice y] (plutôt que les alliages métalliques Ni et/ou NiFe) où le glycérol est activé sur les espèces Ni et les atomes d'oxygène sont fournis à l'intermédiaire carboné à partir du Fe[indice x]O[indice y] voisin, et (ii) aux propriétés fondamentales du MgO en contact étroit avec le Ni, qui favorise la dissociation de l'eau en groupes hydroxyle et aide à gazéifier les précurseurs de coke déposés sur la surface du catalyseur. Pour des températures supérieures à 580 °C, des conversions presque complètes du glycérol en produits gazeux ont été obtenues avec le catalyseur SSI-5%Ni-UGSO dans les conditions opératoires choisies (S/C=3, FI=1.1, GHSV=10,966 cm³ (STP) gcat⁻¹ h⁻¹). Un rendement en H₂ plus élevé (80.7 %) et une très faible formation de coke (0.59 mg[indice coke] h⁻¹(m²/g[indice cat])⁻¹) sont des avantages de l'opération à 580 °C en favorisant la réaction WGS, tandis que l'augmentation de la température à 730 °C permet de supprimer presque entièrement la formation de coke (0.18 mg[indice coke] h⁻¹(m²/g[indice cat])⁻¹) principalement en limitant la réaction de Boudouard, avec l'inconvénient d'un rendement en hydrogène plus faible (59.4 %). (iii) Les résultats d'une étude exhaustive sur la performance des catalyseurs UGSO promus au M (M= 1%Ru, 1%Rh, 5%Ni) ont révélé que la tendance du métal incorporé à interagir avec les oxydes contenant du Mg/Fe déjà existants dans l'UGSO joue un rôle crucial (i) dans la disponibilité de surface du métal correspondant, (ii) les changements structurels après réduction et (iii) la stabilité du catalyseur. En plus d'offrir une meilleure stabilité, le catalyseur 5% Ni-UGSO a montré une performance (conversion du glycérol en produits gazeux de 100% et rendement en H₂ de 74%) comparable à celle de 1% Rh-UGSO (100% et 78%, respectivement) ou même dépassant celle de 1% Ru-UGSO (94% et 71%, respectivement), en tant que catalyseurs à base de métaux nobles. Une coopération synergique entre les métaux incorporés (M) et les espèces contenant du Fe/Mg au sein de l'UGSO a permis d'améliorer l'activation du glycérol et de l'eau. Les résultats plus faibles observés pour Ru-UGSO pourraient s'expliquer par un manque de propension à l'interaction MgO-RuO₂ sur la surface de l'UGSO. Compte tenu du prix nettement inférieur du Ni par rapport au Rh (1/5526 du prix moyen du Rh en 2018), un rendement en hydrogène légèrement supérieur (78 contre 74 %) et une différence insignifiante dans la formation de coke (0 contre 0,01 g[indice coke] h⁻¹ gcat⁻¹) ne justifient pas économiquement l'utilisation du catalyseur 1 % Rh-UGSO à la place de 5 % Ni-UGSO. En conclusion, les résultats présentés dans cette thèse prouvent la capacité de l'UGSO comme support/promoteur prometteur dans la formulation de catalyseurs actifs, sélectifs, stables et rentables pour la production d'hydrogène via le procédé de GSR, spécialement en raison de(i) la présence d'oxydes (principalement des oxydes de magnésium et de fer) reconnus pour leur capacité à éviter la formation de carbone (la principale cause de désactivation du catalyseur dans le reformage à la vapeur des hydrocarbures oxygénés) et (ii) sa structure cristalline de type spinelle avec des cations métalliques échangeables distribués de manière homogène, qui peut fournir une bonne matrice pour la dispersion de métaux actifs conduisant à une coopération synergique entre les particules de métaux actifs incorporées (en particulier le Ni, très accessible et bon marché) et les autres constituants déjà présents dans l'UGSO. De telles approches, dans lesquelles les déchets industriels issus de divers procédés sont utilisés ensemble pour des applications environnementales, sont non seulement cohérentes avec les concepts d'écologie industrielle et de développement durable, mais sont également classées comme le niveau le plus sophistiqué de valorisation des déchets. / The crises related to the environmental degradation and shrinking natural resources reinforces the necessity of extending the life of any residual material or unwanted by-product in the production and consumption systems. In this context, the idea of developing new catalysts using industrial solid wastes is an emerging topic, which aligns well with the concept of sustainable development. On the other hand, due to the rapid technological, industrial, and informational advancements, the energy supply will not be able to keep up with the growing demand. The importance of supplying this energy in a sustainable manner in order to meet the goals of global efforts to combat climate change has heightened interest in the development of renewable hydrocarbon biofuels such as biodiesel. Over the last few decades, with the growth in biodiesel production, the world has faced a surplus of glycerol as a waste by-product of its common production process through transesterification. To reduce the negative environmental impact of this excess glycerol and to make the biodiesel industry profitable, this waste should contribute to a sustainable environmental circular economy. Recent research has indicated that there is a great potential for the use of biodiesel waste glycerol in the renewable energy sector. This can be achieved through a variety of processes including gasification, pyrolysis, combustion, liquefaction, and steam reforming. Among them, catalytic steam reforming is considered as one of the most promising methods for converting glycerol into hydrogen (as a green energy carrier and a critical feedstock in refineries and chemical industries), since its industrial scale-up would not necessitate significant changes to existing natural gas reforming infrastructure. Given the importance of these issues, this thesis focuses on the development of new catalysts through valorization of a metallurgical solid residue (UGSO) for hydrogen (syngas) production via steam reforming of biodiesel waste glycerol (GSR). More specifically, the three main objectives of our work include:(i) investigating the potential of UGSO as a support/promoter for Ni-based catalysts, (ii) performing a thorough investigation on the effect of catalyst synthesis parameters (active metal loading and catalyst preparation method) on both physicochemical properties and catalyst performance, as well as studying the effect of operating temperature by examining the role of the main side reactions in the reaction network (including water gas shift (WGS), Boudouard, CO and CO₂ methanation, and reverse WGS reactions), and finally (iii) comparing the structural characteristic and catalytic performance of the optimized Ni-UGSO with noble metal based catalysts (Ru-UGSO and Rh-UGSO) with well-known high efficiency for steam reforming process. (i) The catalyst prepared by the incorporation of 12.5 wt % Ni into UGSO was evaluated for application in GSR process at specific operating conditions suggested as optimum by thermodynamic analysis (T=580 °C, P=1 bar, and S/C=3). By comparing with a Ni-based commercial steam reforming catalyst, the results were very promising especially in terms of coke formation. The main reasons for the interesting properties of Ni-UGSO catalyst were suggested to be: (i) the dispersion and anchoring of Ni particles by formation of nickel-iron as well as nickel-magnesium mixed oxides, (ii) the lack of free metallic phases through the formation of Ni-Fe alloys after reduction pre-treatment, and (iii) the basic characteristic of UGSO due to the presence of oxides such as MgO, CaO, K₂O and MnO, which could promote dissociative adsorption of water and boost WGS reaction. These results proved the capability of Ni promoted UGSO to act as a powerful GSR catalyst. (ii) The results of a detailed study on the effects of synthesis parameters on the performance of Ni-UGSO catalyst revealed that the best GSR performance was achieved by incorporating 5 wt % Ni via solid-state impregnation method (SSI-5%Ni-UGSO), where nickel-iron mixed oxides with an optimum Ni/Fe ratio (such as NiFe₂O₄) and Mg-rich nickel-magnesium mixed oxides (such as 3MgO.NiO) were formed. The superior performance of the optimized SSI-5%Ni-UGSO catalyst is mainly due to (i) the synergic effect between Ni and partially reduced iron oxide species on the Ni-Fe[indice x]O[indice y] active sites (rather than metallic Ni and/or NiFe alloys) where glycerol is activated on the Ni species and the oxygen atoms are provided to the carbonaceous intermediate from the neighboring Fe[indice x]O[indice y], and (ii) the basic properties of MgO in close contact with Ni, which promotes the dissociation of water into hydroxyl groups and helps to gasify the coke precursors deposited on the catalyst surface. For temperatures above 580 °C, almost complete glycerol conversions to gaseous products were obtained over SSI-5%Ni-UGSO catalyst in the selected operating conditions (S/C=3, FI=1.1, GHSV=10,966 cm³ (STP) gcat⁻¹ h⁻¹). Higher H₂ yield (80.7%) and very low coke formation (0.59 mg[indice coke] h⁻¹(m²/g[indice cat)⁻¹) are the advantages of working at 580 °C by favoring the WGS reaction, whereas increasing temperature to 730 °C allows to almost suppress coke formation (0.18 mg[indice coke] h⁻¹(m²/g[indice cat])⁻¹) mainly by limiting the Boudouard reaction, with the drawback of a lower hydrogen yield (59.4%). (iii) The results of a comprehensive study on the performance of M-promoted (M=1%Ru, 1%Rh, 5%Ni) UGSO catalysts (M-UGSO) for GSR process revealed that the tendency of incorporated metal to interact with Mg/Fe containing oxides already exist in UGSO, plays a crucial role in the surface availability of the corresponding metal, structural changes after reduction, and catalyst stability. Aside its best stability, 5% Ni-UGSO showed a performance (glycerol conversion to gaseous products of 100% and H₂ yield of 74%) comparable with 1% Rh-UGSO (100% and 78%, respectively) or even surpassing that of 1% Ru-UGSO (94% and 71%, respectively), as noble metal-based catalysts. Synergistic cooperation was achieved by incorporated metals(M) and Fe/Mg containing species within UGSO, resulting in enhanced glycerol and water activation. The weakest results of Ru-UGSO could be explained by a lack of proclivity for MgO-RuO₂ interaction on UGSO surface. Regarding the significantly lower price of Ni compared to Rh (1/5526 of the average price of Rh in 2018), as lightly higher hydrogen yield (78 vs. 74%) and trivial difference in coke formation (0 vs. 0.01 g[indice coke] h⁻¹ g[indice cat]⁻¹) does not economically justify the use of 1% Rh-UGSO instead of the affordable 5% Ni-UGSO. In conclusion, the results presented in this thesis proved the capability of UGSO as a promising support/promoter in the formulation of active, selective, stable, and cost-effective catalysts for hydrogen production via GSR process, owing to (i) the presence of oxides (mainly magnesium and iron oxides) recognized for their ability to avoid carbon formation(the main cause of catalyst deactivation in the steam reforming of oxygenated hydrocarbons), and (ii) the spinel crystalline structure with homogeneously distributed exchangeable metal cations that can provide a good pattern for active metal dispersion, leading to a synergic cooperation between the incorporated active metal particles (especially Ni with high availability and low price) and the other constituents of UGSO. Such approaches, in which industrial wastes from various processes are used together for environmental applications, are not only consistent with the concepts of industrial ecology and sustainable development but are also classified as the most sophisticated level of waste valorization.