Le travail de recherche présenté a pour objet l'évaluation des mesures de promotion du biodiesel envisagées à l'horizon 2010 en France. Cette évaluation repose sur une étude approfondie de la demande de biodiesel française basée sur l'utilisation d'un modèle d'optimisation sous contraintes représentant l'ensemble de l'industrie française du raffinage. La prise en compte des caractéristiques physico-chimiques du biodiesel au moment de la constitution du pool gazole permet au biodiesel d'être incorporé à hauteur de 27% en volume dans le gazole sans problème technique majeur. Une décomposition de la valeur marginale attribuée au biodiesel par les raffineurs en fonction de ses caractéristiques physico-chimiques nous montre que le contenu énergétique du biodiesel est la caractéristique la plus défavorable à l'incorporation de biodiesel et que la densité devient contraignante au-delà de 17% d'incorporation. Le faible contenu en soufre du biodiesel peut néanmoins s'avérer intéressant à l'horizon 2010. A la lumière de cette analyse de la demande, nous procédons à un couplage externe d'un modèle d'offre agro-industriel en biodiesel et du modèle de raffinage français. Ainsi nous étudions l'impact de la réalisation de l'objectif de mise à la consommation du biodiesel pour l'année 2010 sur les surfaces agricoles à mobiliser, la compétitivité du biodiesel, la réduction des émissions de gaz à effet de serre et la balance commerciale des produits pétroliers. A partir des résultats obtenus, nous proposons une analyse critique des mesures de promotion du biodiesel envisagées à l'horizon 2010.

L'objectif de ce travail est d'améliorer l'activation de catalyseurs d'hydrotraitement CoMo/Al2O3 régénérés par l'emploi d'un nouvel additif organique, l'acide maléïque. En effet, le procédé de régénération permet la réutilisation d'un catalyseur d'hydrotraitement ayant subi une désactivation en éliminant les impuretés carbonées et en redispersant la phase active à la surface du catalyseur. Ce procédé ne permet cependant pas de retrouver l'activité initiale d'un catalyseur neuf. L'emploi d'additif organique lors de la préparation de catalyseurs régénérés permet alors d'améliorer l'activité catalytique. Au cours de ce travail, l'influence de l'acide maléïque a été étudiée à chaque étape du processus d'activation d'un catalyseur d'hydrotraitement régénéré. A l'état oxyde, l'acide maléïque n'influence pas la formation d'aluminate de cobalt tandis que cet additif consomme la phase CoMoO4 néfaste à l'activité finale dès maturation à 30°C. Cette consommation de la phase CoMoO4 s'accompagne de la formation de maléate de cobalt. Des études complémentaires menées par extraction des espèces oxydes suite à l'interaction du catalyseur régénéré avec l'acide maléïque en solution aqueuse montrent également une redispersion du molybdène sous forme d'un sel d'Anderson, AlMo6. Cette redispersion permet de sulfurer rapidement le molybdène dès 150°C tandis que le cobalt tend à se sulfurer progressivement avant décomposition du maléate. La décomposition complète du maléate de cobalt à 350°C permet alors de libérer le cobalt afin que celui-ci interagisse efficacement avec le sulfure de molybdène déjà formé conduisant à une proportion élevée en phase promue / The objective of this study is to improve the activation of regenerated CoMo/Al2O3 hydrotreating catalysts through the use of a novel organic additive, maleic acid. The regeneration process allows to re-use hydrotreating catalysts that have been deactivated leading to the removal of carbon impurities and to the redispersion of the active at the catalyst surface. However, using this process, the regenerated catalyst cannot recover completely the activity of a fresh catalyst. The use of organic additives during the preparation of regenerated catalysts can improve the final catalytic activity. In this work, the influence of maleic acid has been studied at each step of the activation procedure of a regenerated hydrotreating catalyst. At the oxide state, maleic acid does not influence the formation of cobalt aluminate while after maturation at 30°C, this additive can consume the CoMoO4 phase known to be detrimental to the activity. This disappearance of the CoMoO4 phase is accompanied by the formation of cobalt maleate. Complementary studies based on the extraction of oxide species through the interaction of the regenerated catalyst with maleic acid in aqueous solution also evidence the redispersion of molybdenum as AlMo6 Anderson salt species. This redispersion allows to rapidly sulphide molybdenum as soon as 150°C while cobalt is progressively sulphided before the maleate decomposition. The complete decomposition of cobalt maleate at 350°C makes cobalt available to interact efficiently with the already formed molybdenum sulphide leading to a high proportion of promoted phase

L'objectif de ce travail était d'étudier de manière approfondie l'effet de l'indium dans des catalyseurs trimétalliques de reformage catalytique à base de platine, étain et indium. Des catalyseurs ont ainsi été synthétisés selon différents protocoles de préparation et de multiples caractérisations (spectroscopies Mössbauer d'étain, XANES, EXAFS, IR-CO, MEBT, chimisportion du CO, TPR et TPD) ont été mises en oeuvre afin d'élucider l'impact de l'indium sur la nature des phases métalliques présentes au sein du catalyseur. Il a ainsi été montré que la nature des sites métalliques dépend de la méthode d'introduction de l'indium. Quand l'indium est précipité avec la source d'alumine des alliages de type PtxSn sont obtenus alors que lorsque les métaux sont imprégnés sur la surface de l'alumine des espèces subsitutionnelles Pt-Sn sont formées. Il a aussi été montré que l'augmentation de la teneur en indium entraine une augmentation de la concentration atomique d'étain dans les alliage PtxSn et un remplacement de l'étain par l'indium dans les espèces substitutionnelles. Nous avons également réussi à préparer des catalyseurs avec des quantités élevées d'alliage Pt3Sn sur la base des connaissances acquises sur l'impact de l'indium et en déposant l'étain par une réaction organométallique contrôlée de surface. D'un point de vue catalytique, les tests de reformage du n-heptane mettent en évidence l'impact positif de l'indium puisque les catalyseurs à base de Pt-Sn-In sont moins sélectifs pour les réactions parasites d'hydrogénolyse et d'hydrocraquage et plus sélectifs pour l'isomérisation que les catalyseurs à base de Pt-Sn. / This work consists of a detailed study on the effect of indium in alumina supported trimetallic PtSnIn-based naphtha reforming catalysts. These catalysts were reproduced using different preparation protocols and the indium effect was investigated using 119Sn Mössbauer spectroscopy, XANES, EXAFS spectroscopies, IR-CO, STEM, CO chemisorption, TPR and TPD. It appears that the nature of the metallic active centres depends on the method with which indium was introduced. When co-precipitating the indium precursor with the Al source, PtxSn alloys were formed, whereas when metals were impregnated on the surface, substitutional Pt-Sn alloys were observed. Increasing the In content in the frst type of catalysts leads to an increase in the Sn concentration in PtxSn alloys, whereas a gradual replacement of Sn by indium in susbstitutinal alloys is observed in the second type of catalysts. These results allowed preparing catalysts with high Pt3Sn alloy contents using the effect of indium in catalysts prepared by Sn organometallic controlled surface reactions (CSR). From a catalytic point of view, n-heptane reforming tests show that trimetallic PtSnIn-based catalysts are less selective to hydrogenolysis and hydrocracking reactions, and highly selective to isomerisation, compared to the bimetallic PtSn-based catalyst.

Les objectifs principaux des travaux de recherche réalisés sont de caractériser, quantifier et corréler les changements induits lors du recyclage sur les fibres, la pâte et le papier. Pour ce faire, des techniques de caractérisation spécifique ont été utilisées telles que la chromatographie inverse d'exclusion stérique (ISEC), l'analyse mécanique dynamique (DMA), la microscopie électronique à balayage environnementale (ESEM), la microscopie à force atomique (AFM) et la tomographie à rayons X. Le racornissement des fibres à elle seule ne peut pas expliquer totalement la perte de résistance des fibres. Lors du recyclage la largeur des fibres, l'épaisseur des parois fibreuses, la courbure, le nombre de coudes et d'irrégularité diminuent. Les points faibles à l'intérieur de la paroi augmentent dans les premiers et les derniers cycles de recyclage. Les fibres deviennent plus dures et cassantes à l'état sec. Les forces capillaires et la friction de surface augmentent à l'état humide. La surface de liaison entre fibres dans le réseau fibreux diminue initialement à cause de la perte de la flexibilité des fibres à l'état humide et des éléments fins alors que l'augmentation qui suit peut être reliée au collapse du lumen. Comme la solidité des fibres de diminue pas, la baisse des caractéristiques mécaniques du papier pourrait être attribuée à la dégradation de la qualité des liaisons et plus particulièrement à une délamination partielle de la couche P/S1.

La méthanisation est un processus biologique de transformation des matières organiques libérant principalement du méthane et du dioxyde de carbone. Cette technologie connaît un essor important pour la production de biométhane, source d'énergie renouvelable. Elle présente cependant des rendements de dégradation faibles lorsque de la biomasse lignocellulosique est utilisée comme matière première. Pour optimiser son rendement, la paille de blé a été sélectionnée comme biomasse représentative et l'impact sur la méthanisation de chacune des fractions (extractibles, hémicelluloses, cellulose et lignine) a été évalué. Une biomasse de synthèse a été construiteà partir des constituants pures de la paille de blé afin d'évaluer l'impact des interactions lignine-holocellulose. Le potentiel de méthanisation de différentes molécules phénoliques,provenant de la dégradation de la lignine, a été déterminé. Elles inhibent la méthanisation à l'exception de trois d'entres elles qui présentent un rendement de méthanisation élevé : les acides vanillique, l'acide férulique et le syringaldéhyde. Différents prétraitements physique (le chauffage par échangeur thermique ou par irradiation aux micro-ondes ainsi que la sonication et le raffinage papetier) et chimique (la soude, l'ammoniaque et l'ozone) ont ensuite été sélectionnés, et leurs impacts sur lacomposition de la paille et sa méthanisation ont été mesurés. Les meilleurs rendements de méthanisation ont été obtenus suite à l'exposition aux micro-ondes en présence de soude.

La méthanisation est un processus biologique de transformation des matières organiques libérant principalement du méthane et du dioxyde de carbone. Cette technologie connaît un essor important pour la production de biométhane, source d’énergie renouvelable. Elle présente cependant des rendements de dégradation faibles lorsque de la biomasse lignocellulosique est utilisée comme matière première. Pour optimiser son rendement, la paille de blé a été sélectionnée comme biomasse représentative et l’impact sur la méthanisation de chacune des fractions (extractibles, hémicelluloses, cellulose et lignine) a été évalué. Une biomasse de synthèse a été construiteà partir des constituants pures de la paille de blé afin d’évaluer l’impact des interactions lignine-holocellulose. Le potentiel de méthanisation de différentes molécules phénoliques,provenant de la dégradation de la lignine, a été déterminé. Elles inhibent la méthanisation à l’exception de trois d’entres elles qui présentent un rendement de méthanisation élevé : les acides vanillique, l’acide férulique et le syringaldéhyde. Différents prétraitements physique (le chauffage par échangeur thermique ou par irradiation aux micro-ondes ainsi que la sonication et le raffinage papetier) et chimique (la soude, l’ammoniaque et l’ozone) ont ensuite été sélectionnés, et leurs impacts sur lacomposition de la paille et sa méthanisation ont été mesurés. Les meilleurs rendements de méthanisation ont été obtenus suite à l’exposition aux micro-ondes en présence de soude. / Methanization or anaerobic digestion is a biological process to transform organicmatter into a gas mixture composed by a majority of methane and carbon dioxide. Thistechnology is developing rapidly for the production of biomethane as renewable energysource. However this biotechnological route has low performances when lignocellulosicbiomass is used as raw material.Wheat straw has been chosen as typical biomass and the role of each lignocellulosicfraction (extractives, cellulose, hemicelluloses and lignin) has been determined on theperformance of anaerobic digestion. A synthetic biomass has been built with different pureconstituents of the wheat straw to assess the impact of holocellulose-lignin interactions onmethanization. Then methane potential of various lignin degradation products (phenolicmolecules) has been studied. Majority of them have been shown an inhibitory effect butthree of them have been converted to methane: ferulic and vanillic acids andsyringaldehyde.Various physical pretreatments (heating, microwave irradiation, sonication andrefining) and chemical pretreatments (sodium hydroxide, ammonia and ozone) have beenselected to prepare the biomass to anaerobic digestion and their impacts on wheat strawcomposition have been evaluated. The best methanization yield has been obtained afterpretreatments by sodium hydroxide heating by microwave irradiation.

La distillation fractionnée des coupes pétrolières brutes se révèle insuffisante, pour répondre seule aux besoins en carburants et génère de fortes quantités de distillats à longue chaîne carbonée (C20-C50). Cette coupe d’hydrocarbures peu valorisable est ainsi transformée en molécules hydrocarbonées plus légères, par le biais de deux procédés : le craquage catalytique en lit fluidisé ou l’hydrocraquage. Ce dernier permet le craquage sélectif des hydrocarbures essentiellement en gazole et kérosène. Les catalyseurs acides utilisés sont « bifonctionnels » : une matrice zéolithique USY (zéolithe Y ultra-stabilisée) favorise le craquage des hydrocarbures, pendant qu’un sulfure mixte ou un métal noble greffé catalyse les réactions d’hydrogénation et de déshydrogénation. L’objectif de ce travail de thèse consiste à maximiser la sélectivité en distillats moyens, en diminuant le temps de séjour des molécules d’hydrocarbures dans la structure zéolithique, afin de réduire les réactions de surcraquage. Pour cela, il a été choisi de synthétiser directement des nanocristaux de zéolithe Y sans agent organique structurant, avec un rapport Si/Al le plus élevé possible. Cette propriété leur confère une meilleure stabilité lors des post-traitements, indispensables pour atteindre le rapport Si/Al des zéolithes USY actuellement utilisées. Grâce à l’élaboration d’une nouvelle stratégie de synthèse, des nanocristaux compris entre 20 et 90 nm avec un rapport Si/Al variant de 2,2 à 2,6 ont été obtenus. Puis, l’obtention de la forme protonée de ces nanocristaux (90 nm) a été étudiée et des mesures d’acidité ont également été effectuées. / The fractionated distillation of crude oil is not sufficient to cover all the fuel needs and produces large amounts of long chain carbon distillates (C20-C50). Thus, these hydrocarbons are transformed into lighter hydrocarbon molecules by two processes: fluid catalytic cracking or hydrocracking. The latter allows the selective cracking of hydrocarbons essentially in gas oil and kerosene. The acid catalysts used are “bifunctional”: a zeolite matrix USY (ultra-stabilized zeolite Y) performs the hydrocarbons cracking, at the same time a sulfide or a noble metal catalyzes hydrogenation and dehydrogenation reactions. The aim of this work is to maximize the selectivity to middle distillates by decreasing the residence time of hydrocarbon molecules in the zeolite framework. For this, it was chosen to directly synthesize zeolite Y nanocrystals with the highest possible Si/Al ratio, in a SDA-free medium. This property gives them a better stability during the post-treatments essential to reach the Si/Al ratio of the currently used USY zeolite. Thanks to a new synthesis strategy, nanocrystals between 20 and 90 nm with a Si/Al ratio varying from 2.2 to 2.6 were obtained. Then, the protonated form of these nanocrystals (90 nm) was studied and acidity measurements were also carried out.

Les objectifs principaux des travaux de recherche réalisés sont de caractériser, quantifier et corréler les changements induits lors du recyclage sur les fibres, la pâte et le papier. Pour ce faire, des techniques de caractérisation spécifique ont été utilisées telles que la chromatographie inverse d'exclusion stérique (ISEC), l'analyse mécanique dynamique (DMA), la microscopie électronique à balayage environnementale (ESEM), la microscopie à force atomique (AFM) et la tomographie à rayons X. Le racornissement des fibres à elle seule ne peut pas expliquer totalement la perte de résistance des fibres. Lors du recyclage la largeur des fibres, l'épaisseur des parois fibreuses, la courbure, le nombre de coudes et d'irrégularité diminuent. Les points faibles à l'intérieur de la paroi augmentent dans les premiers et les derniers cycles de recyclage. Les fibres deviennent plus dures et cassantes à l'état sec. Les forces capillaires et la friction de surface augmentent à l'état humide. La surface de liaison entre fibres dans le réseau fibreux diminue initialement à cause de la perte de la flexibilité des fibres à l'état humide et des éléments fins alors que l'augmentation qui suit peut être reliée au collapse du lumen. Comme la solidité des fibres de diminue pas, la baisse des caractéristiques mécaniques du papier pourrait être attribuée à la dégradation de la qualité des liaisons et plus particulièrement à une délamination partielle de la couche P/S1. / Incorporation of recycled fibres in high value paper products can reduce costand environmental loads. Papermaking potential of cellulosic fibres decreaseswith recycling. The phenomenon of fibre hornification during pressing anddrying is normally held responsible for the loss in strength. To study the impactsof recycling on pulp, fibre and paper properties some non conventionalcharacterisation techniques like fibre saturation point, X-rays microtomography,environmental scanning electron microscopic observations, atomic forcemicroscope (PeakForce QNM mode) and inverse size exclusion chromatography(ISEC) were used. In order to achieve good reproducibility of ISEC measurements,a semi-automatic column fabrication pilot system was built. Thetechniques were first validated on refining process before being applied to therecycling process. In this study, it was found that fibre hornification alone cannot fully explain loss in strength during recycling. The loss in strength is muchmore complex and it is required to understand the morphological and ultrastructural changes associated with recycling. Fibre width, cell wall thickness,curl, kink, irregularities decreased during recycling. Fibre became hard andbrittle in dry state. Number of weak points in the fibre wall were increasedinitially and in the later recyclings. The increase in wet breaking length indicatesincreased surface friction and capillary forces with recycling. Decreasein bonded area during first recycle may be caused by the loss of fines and fibreflexibility whereas the increase afterwards may be linked to the lumen collapse.The strength of fibres did not decrease with recycling as shown by zero-spanbreaking lengths therefore the quality of bond may be deteriorated. It wasthought that the partially delaminated P/S1 layers may be responsible for theloss of paper strength. It is suggested since the significant change is associatedwith the pressing and drying of never dried pulp therefore the drying processneeds to be revisited. The delaminated layer should be restored so as to increasethe recyclability of the recovered fibres for high value paper. Influenceof recycled pulp blends on physical properties of paper was also studied. It wasrevealed that small quantity of recycled pulp can be used without significantlyaffecting the mechanical strength properties.

Les apiaceae peuvent être définies en tant qu' Aroma-Tincto-Oleo-Crop (ATOC), plantes qui contiennent à la fois une huile végétale et une huile essentielle. Appliquer le concept d'agroraffinage aux ATOC revient à proposer un procédé séquentiel alliant une co-extraction huile végétale et huile essentielle à une valorisation des résidus en tant que source de molécules biosourcées et de susbtrat pour la formulation d'agromatériaux . Les objectifs de cette thèse seront donc d'étudier la faisabilité biologique et technologique d'application du concept d'ATOC-raffinage à la coriandre (Coriandrum sativum L.). Le chapitre I présente l'état de l'art bibliographique sur l'extraction et l'analyse des huiles végétales et huiles essentielles de coriandre tandis que dans le chapitre II sont décrits les matériels et méthodes mis en oeuvre au cours de la thèse tant au niveau échantillonnage, extraction, analyse que traitement des données. Le chapitre III est centré sur l'étude des différents paramètres biologiques pouvant influencer la bioaccumulation des huiles végétales et huiles essentielles dans la coriandre (différentes variétés, différents organes de la plante, différents stades de développement biologique) et leur impact sur l'activité anti-oxydante des extraits obtenus à partir des résidus d'extraction. Dans le chapitre IV, la technologie d'extrusion (mono-vis et bi-vis) a été appliquée aux graines de coriandre dans le but d’évaluer la faisabilité du pressage mécanique du fruit de la coriandre pour l’extraction d'une huile végétale aromatisée. L’influence des conditions expérimentales sur le rendement d'extraction en huile végétale (diamètre de buse et distance buse-vis (extrudeur mono-vis) ou configuration de vis, coefficient de remplissage et température de pressage (extrudeur bi-vis)) a été étudiée tandis que la faisabilité de la valorisation du résidu solide d'extraction en agromatériaux (thermo-pressage) a été montrée. / Apiaceae could be defined as Aroma Tincto Oleo Crops (ATOC), e.g. plants containing both vegetable oil and essential oil. Applying agroreffinery concept to ATOC led to propose a sequential fractionation process coupling co-extraction of vegetal oil and essential oil to a valorization of by-product residues as biosourced active molecules and substrates for designing agromaterials. The aim of this thesis is to determine the biological and technological feasability of application of the ATOC-refinery concept to coriander (Coriandrum sativum L.) Chapter I reports a bibliographic state of the art study on extraction and characterisation of coriander vegetal oil and essential oil while chapter II describes materials and methods setting up during the thesis for sampling, extraction, analysis and data processing. Chapter III focus on the study of major various biological parameters influencing bioaccumulation of vegetal oil and essential oil in coriander (different plant varieties, different plant organs, different biological stages) and their impact on anti-oxidant activity of extracts obtained from extraction residues. In chapter IV, coriander fruits are processed by extrusion technology (mono screw and twin-screw extruder) in order to evaluate the feasability of mechanical pressing for extracting a flavored vegetal oil. Influence of operating parameters on vegetal oil extraction yields (nozzle diameter and nozzle/screw distance (single-screw extruder) or screw configuration, device’s filling coefficient and pressing temperature (twin-screw extruder)) is studied while the feasability of valorization of extraction cake as agromaterial (thermopressing) was stated.

Dans le domaine du génie chimique, les ingénieurs tracent des courbes pour analyser les données recueillies. Une fois validée, cette connaissance est exploitée, en combinaison avec d'autres savoirs, sous forme de tâches. Cette thèse présente une architecture capable d'enchaîner n'importe quel type de tâches et de visualiser des courbes, appliquée à un problème d'aide à la conception de procédé de raffinage. L'architecture proposée repose sur une analyse objets des raisonnements, où figurent les notions de relations (inversibles ou non) et de flux du point de vue statique, de problèmes et de tâches du point de vue dynamique. Le module de visualisation exploite toutes les sortes de relations entre les variables et s'appuie sur des méthodes élaborées de tracé, dont deux sont nouvelles : la première s'inspire d'exemples a priori comme dans le raisonnement à base de cas, la seconde utilise les notions de monotonie et de concavité pour déduire des lignes dans un ensemble de points. L'application est exposée dans le détail et conduit à une analyse des problèmes de conception, et nous avons développé notamment une nouvelle classification de ces systèmes.