Ce travail présente l’étude d’un procédé de production de 5-hydroxymethylfurfural (HMF), une molécule plateforme prometteuse pour la production de carburants et de polymères biosourcés. La première partie de ce travail a consisté à développer la synthèse du HMF à partir d’hexoses lignocellulosiques dérivés de la biomasse, plus particulièrement du fructose, en milieu diphasique CO2-H2O haute pression, une technologie efficace et respectueuse de l’environnement pour le traitement de la biomasse. À partir d'expériences cinétiques et de leur modélisation, l'effet du CO2 comme catalyseur acide réversible a été évalué. Par ailleurs, le rendement en HMF s'est avéré limité en raison de réactions de dégradation. Un moyen pertinent d’augmenter le rendement en HMF en empêchant sa dégradation a consisté à coupler sa synthèse avec son extraction simultanée par le CO2 supercritique, ce qui a conduit à un procédé de réaction extractive. Dans ce contexte, des coefficients de partage de HMF entre le CO2 supercritique et l’eau ont été évalués expérimentalement, en supposant que l'équilibre soit atteint à tout moment dans le dispositif d'extraction. Les données expérimentales ont permis l’application de modèles thermodynamiques pour décrire le système ternaire CO2-HMF-H2O afin de trouver des conditions de fonctionnement favorables au procédé. Le couplage de la modélisation cinétique et du procédé d'extraction par le CO2, basé sur l'équilibre thermodynamique du mélange, a rendu possible la prédiction des meilleures conditions de fonctionnement du procédé de réaction extractive du HMF à partir de sucres issus de biomasse lignocellulosique. Ce mode de fonctionnement a permis d'exploiter tous les avantages de l'utilisation du CO2 pour les réactions de conversion de la biomasse : catalyseur acide réversible et solvant d'extraction

L'estérification de la cellulose a été réalisée dans deux milieux non-conventionnels. D'un coté, Le CO2 supercritique a permis l'obtention d'esters de cellulose à très faible degré de substitution (DS) en milieu hétérogène. D'un autre coté, les liquides ioniques utilisés ont permis de réaliser l'estérification de la cellulose en milieu homogène et d'obtenir des composés avec un large choix de DS. Parmi ces liquides ioniques, le BMIMCl a conduit à la formation d'ester gras de cellulose à faible DS et avec un caractère thermoplastique innovant. Le deuxième liquide ionique utilisé, découvert grâce à une étude turbidimétrique mise au point lors de ce travail de thèse, a permis d'obtenir des esters gras de cellulose à fort DS dans des conditions opératoires douces. / The esterification of cellulose was performed in two non-conventional media. In one hand, cellulose esters with very low substitution degrees (DS) were synthesized in heterogeneous conditions (supercritical CO2). In an other hand, esterification of cellulose was performed in homogeneous conditions (ionic liquids). In these conditions we obtained cellulose esters with a large range of DS. Among all the ionic liquids used, BMIMCl enable us to synthesize fatty cellulose esters with low DS and with an innovating thermoplastic behavior. Using the second ionic liquid, discovered by a turbiditric study used in this PhD, cellulose esters with high DS were obtained in mild conditions

Pour l’industrie pharmaceutique, la conception de cocristaux permet de moduler les propriétés physico-chimiques de composés d’intérêt sans en altérer l’activité thérapeutique.Ces solides monophasés sont définis comme étant des structures comportant plusieurs espèces reliées entre elles par des liaisons faibles et neutres. Alors que la majorité des études de cocristallisation sont centrées sur la génération et la caractérisation de nouvelles phases, ce travail a eu pour objectif d’explorer une nouvelle méthode de fabrication de cocristaux, en utilisant des procédés assistés au CO2 supercritique. La possibilité de formerdes interactions entre composés de différentes natures par recristallisation au CO2antisolvant a été étudiée avec les versions discontinue GAS (Gaseous Anti-Solvent) et semicontinue SAS (Supercritical Anti-Solvent) sur deux systèmes: naproxène-nicotinamide et acétazolamide-théophylline. Le naproxène étant chiral, la cocristallisation à partir du mélange naproxène racémique-nicotinamide a également été abordée. Un cocristal connu etdeux phases cocristallines jamais observées, dont une racémique, ont pu être synthétisés.L’étude de l’influence de divers paramètres opératoires des procédés GAS et SAS, tels que la concentration de la solution initiale, le ratio des espèces ou le débit d’ajout de l’antisolvant,a permis une meilleure compréhension de la cocristallisation induite par CO2 supercritique.Les résultats ont montré que la pureté en cocristaux des poudres obtenues était influencée à la fois par la proportion de CO2 dans le mélange solution/CO2 et les concentrations des espèces en solution (contribution des équilibres thermodynamiques) mais également par l’homogénéité du réacteur de précipitation. / For the pharmaceutical industry, cocrystal design allows tuning physicochemical propertiesof an active compound without altering its therapeutic activity. These monophasic solidscontain two or more different species interacting by weak and neutral bonds. Whereas themajority of cocrystallization studies pertain to generation and characterization of newcocrystalline phases, this work was aiming at exploring a new way of cocrystal fabrication,using supercritical CO2-assisted processes. The possibility of interaction formation betweendifferent types of compounds when these are precipitated by antisolvent CO2 has beenstudied by the batch GAS (Gaseous Anti-Solvent) and the semi-continuous SAS(Supercritical Anti-Solvent) versions of the antisolvent method on two different molecularsystems: naproxen-nicotinamide and acetazolamide-theophylline. Naproxen being a chiralcompound, its cocrystallization with nicotinamide from a racemic mixture has also beenaddressed. A known naproxen-based cocrystal and a new racemic cocrystalline phase havebeen obtained thanks to the antisolvent precipitation. A new acetazolamide-theophyllinecocrystal has also been produced for the first time with the GAS process. The influence ofGAS and SAS operational parameters such as CO2 feed rate, species molar ratio andconcentrations in the initial solution, has been investigated to allow a better understanding ofthe mechanisms involved in supercritical CO2-induced cocrystallization. Results have shownthat purity in cocrystal of the produced powders is influenced by the CO2 composition of thesolution/antisolvent mixture and by the ratio and concentrations of the solutes(thermodynamic equilibria), but also by the homogeneity of the mixture in the precipitationchamber of the process.

La synthèse de carbonates de dialkyle est réalisée industriellement par phosgénation d'alcool ou par carbonylation oxydante d'alcool ou de nitrite de méthyle. Depuis une dizaine d'années, de nouvelles voies de synthèse plus respectueuses de l'environnement et moins dangereuses sont proposées : elles mettent en jeu le dioxyde de carbone, notamment dans des conditions supercritiques, comme réactif de carbonatation d'un alcool. La première étude nous a permis de synthétiser le carbonate de diéthyle en utilisant des oxydes métalliques comme catalyseurs dans une installation équipée d'un système de re-circulation afin d'éliminer l'eau produite au cours de la réaction pour déplacer l'équilibre de la réaction et surtout éviter la dégradation du catalyseur. Dans un second temps, l'étude de la réaction en présence d'un co-réactif, l'iodure d'éthyle, et d'une base, la carbonate de potassium, selon un procédé« one pot » et un procédé en 2 étapes, a permis, d'une part de déterminer les conditions favorables pour la synthèse du carbonate de diéthyle, et d'autre part de caractériser l'intermédiaire réactionnel (sel de carbonate d'éthyle) formé à l'issue de la première étape. / Phosgenation of alcohols, oxidative carbonylation of alcohol or methyl nitrite, are industrial processes used to produce dialkyl carbonates. Since 10 years, news synthetics ways more environmentally friendly and less dangerous are proposed: carbon dioxide, notably in supercritical conditions, is used as reactant for alcohols carbonation. In the first study, diethyl carbonate was synthesized with metallic oxides as catalysts in an experimental setup equipped with a re-circulation pump allowing the elimination of water to shift the reaction equilibrium and especially to avoid catalyst degradation. Secondly, the reaction was studied in the presence of a co-reactant, ethyl iodide, and a base, potassium carbonate, in a one-pot process and in a two steps reaction. This study allows the determination of the experimental conditions for the synthesis of DEC and the characterization of an organic-inorganic carbonate hybrid, potassium ethyl carbonate (PEC) generated at the end of the first step.

Nous avons modélisé numériquement la stabilité d'un système de deux couches d'un même fluide pur supercritique soumis à une différence de température initiale à l'interface. La grande compressibilité et la faible diffusivité thermique des fluides critiques entraînent une instabilité gravitationnelle de type Rayleigh-Taylor de la couche de diffusion. Cette instabilité est similaire à celle que l'on retrouve dans le cas de deux fluides miscibles à condition de remplacer le coefficient de diffusion moléculaire par celui de la diffusion thermique. Nos résultats numériques semblent être consistants, d'un point de vue de la relation de dispersion dans le cas linéaire, avec ceux de Duff et al. [Duf62] considérés dans le cas de deux fluides miscibles. Nous avons aussi montré que, lorsque l'épaisseur de la couche inférieure devient plus petite que l'épaisseur de la couche de diffusion thermique basée sur le taux de croissance maximal alors le système devenait stable. Un diagramme de stabilité a été établi en fonction de trois paramètres: l'épaisseur de la couche inférieure, la différence de densité entre les deux couches et la distance au point critique. Lorsque l'on s'approche du point critique, la stratification devient de plus importante (à cause de la forte compressibilité) et tend à stabiliser la configuration. Par ailleurs, le filtrage acoustique initialement utilisé afin de réduire les coûts de calcul, ne s'est pas avéré nécessaire puisque la méthode des volumes finis est naturellement filtrante (formulation intégrale ou variationnelle des équations).

Les solvants actuellement utilisés dans l'industrie du nettoyage et du dégraissage génèrent des problèmes d'impacts environnementaux et sanitaires. Le contexte actuel lié aux réglementations européennes relatives à la qualité de l'air et à l'hygiène et sécurité conduit les industriels à envisager la substitution des solvants traditionnels d'origine pétrochimique par de nouveaux solvants d'origine naturelle. Ces biosolvants doivent répondre à différentes exigences concernant les procédés de production et les impacts liés à leur utilisation (émissions de COV, toxicité...). Afin d'optimiser correctement le choix d'un biosolvant en fonction des contraintes de l'application, une approche scientifique s'avérait nécessaire. Les travaux ont porté sur la caractérisation des propriétés des esters méthyliques d'acide gras en tant que solvants de substitution. Les phénomènes de solubilisation ont été étudiés à travers le cas du nettoyage de pré-polymères de résine époxy par les esters méthyliques issus de l'huile de colza, de coprah et de tournesol. Pour cela, différents paramètres physico-chimiques ont été étudiés (paramètres de Hansen, coefficients de diffusion, viscosités, tensions surperficielle et interfaciale, énergies de cohésion, courbes de miscibilité…). Les méthodes associées à ces investigations ont permis de déterminer les mécanismes clés qui gouvernent la solubilisation des pré-polymères par les esters d'acides gras. Les expériences en modélisation moléculaire (mécanique moléculaire et calculs ab initio) ont précisé l'organisation du milieu et les interactions solvant/soluté, ce qui a facilité l'interprétation des résultats expérimentaux. Les corrélations établies entre paramètres mettent en évidence la possibilité de prédire les propriétés de solubilité pour la famille des esters étudiés. L'utilisation du CO2 supercritique associé aux esters en tant que co-solvant a permis d'accroître l'efficacité du pouvoir solubilisant et de proposer une technologie innovante. Des essais de nettoyage ont été réalisés avec différentes molécules afin de valider la faisabilité technique de la substitution en vue d'un transfert de technologie. En dernier lieu, nous nous sommes intéressés au recyclage du solvant par un procédé de filtration tangentielle.

L’utilisation d’outils microfluidiques pour la mise en œuvre de procédés sous-pression tels que des réactions chimiques, des synthèses de matériaux nano-structurés, ou en tant qu’outils de détermination de grandeurs physico-chimiques est une thématique de recherche récente. Quelques travaux précédents ont démontré l'intérêt des procédés supercritiques en microcanal pour la chimie organique et la synthèse de nanocristaux. Le développement de ces procédés est concomitant à la mise au point de dispositifs capables de résister à des conditions de pression et température élevées tout en étant compatibles avec l’utilisation de fluides supercritiques. Les avantages de ces fluides pour ce type de procédé sont une faible viscosité et une diffusivité élevée, ce qui offre des conditions de mélange favorables. Cependant, dans le même temps, les propriétés de transport – comme la masse volumique – sont très sensibles aux variations de température et de pression, qui ne peuvent être évités dans ces systèmes où les fluides sont en écoulement. Dans des systèmes diphasiques où le CO2 supercritique (PC = 74 bar) est utilisé en tant que solvant, les transferts thermique et de matière sont fortement influencés par la nature des écoulements. Dans un souci de maîtrise de ces procédés, la compréhension du comportement hydrodynamique, à la fois locale et globale, des fluides supercritiques en microcanal devient fondamentale. Dans cet objectif, un dispositif de microfluidique transparent et résistant à des pressions supérieures à la pression critique du CO2 a été développé. En adaptant une méthodologie propre à la lithographie molle, permettant la fabrication de puces microfluidiques pour des applications à pression atmosphérique, nous sommes parvenus à établir un protocole de fabrication de puces en verre et résine photosensible, viables pour une utilisation à plus de 100 bar en conditions CO2 supercritique. Grâce à ces dispositifs, des expérimentations d’ombroscopie ont pu être réalisées pour observer des écoulements composés de CO2 et d’éthanol dans le microcanal de section carrée de 200 x 200 µm à des pressions comprises entre 40 et 90 bar. Pour identifier et comprendre les phénomènes qui entrent en jeu lors de la création de l’écoulement à haute pression, une approche thermodynamique relative aux équilibres de phase est indispensable. En effet, la connaissance du diagramme de phase permet d’ores et déjà de représenter les zones d’équilibres thermodynamiques (pression, température et composition) pour lesquelles le mélange créé est monophasique liquide ou diphasique liquide-vapeur. L’illustration expérimentale par les séquences d’écoulement obtenues justifie la modélisation thermodynamique du diagramme de phase du binaire d’étude. Le régime d’écoulement de Taylor, obtenu spécifiquement à l’intérieur de la zone d’équilibre diphasique liquide-vapeur, est étudié. Ce régime est caractérisé par des bulles allongées entourées par un film liquide et séparées les unes des autres par une poche liquide. L’évolution des caractéristiques hydrodynamiques de ce régime – longueur de bulle, longueur de slug et vitesse de bulle – est étudiée en fonction des conditions opératoires, des débits et propriétés des fluides. L’objectif étant de repérer les similitudes avec les caractérisations à pression ambiante de la littérature et les particularités résultantes d’une manipulation à haute pression. Ce travail a été à l’origine de plusieurs avancées pour les communautés microfluidique et supercritique. Un nouveau protocole de fabrication à moindre coût de puces microfluidiques compatibles avec l’utilisation de CO2 supercritique et des méthodes de visualisation avancées est présenté. Une modélisation thermodynamique et une étude hydrodynamique expérimentale permettent de construire une carte d’écoulement des régimes biphasiques observés à haute pression ainsi qu’une caractérisation hydrodynamique du régime de Taylor à haute pression en microcanal. / The use of microdevices to run high pressure processes for chemical reaction, nanomaterial synthesis, or as analysis tools for determining physical properties have become of increasing interest in recent years. Several works in the literature have demonstrated the advantages of supercritical microfluidics for organic chemistry and complex nanomaterial synthesis. The development of pressure-resistant microfluidic chips, which also are compatible with the properties of supercritical fluids, is a key step in order to increase knowledge about these processes. Supercritical fluids have low viscosity and high diffusivity, which are advantageous for microprocesses since they facilitate mixing between species. However, the properties of these fluids are also very sensitive with small changes in pressure, temperature and composition. In twophase applications where supercritical CO2 may be used as solvent or reactant, these varying properties can result in very different flow patterns and hydrodynamics with pressure change. Since the hydrodynamics of such systems largely influence heat and mass transfer, the study of flow behavior under supercritical conditions in microchannel is fundamental. In pursuit of this objective, a transparent microdevice, which is suitable for experiments at pressures higher than critical pressure of CO2 (PC = 74 bar), has been developed in this thesis. Using a soft lithography method that is currently used to fabricate microfluidic chips for applications under ambient pressure, a methodology for fabricating a highly resistant chip made from glass and UV-curable polymer was developed. These chips can resist more than 100 bar in supercritical CO2 conditions. The microchips were then used to observe the flow behavior of a CO2-ethanol mixture created in a T junction microchannel (cross section: 200 x 200 µm) for pressures ranging from 40 to 90 bar using high-speed imaging. To identify and interpret phenomena that occur during the flow formation at high pressure, a thermodynamic approach was essential. Depending on the pressure, temperature and composition of the CO2-ethanol mixture, the flow at equilibrium can either be in the single phase liquid domain or in the two-phase liquid vapor domain, according to the phase diagram. Imaging experiments were conducted over the boundaries between the two-phase liquid vapor domain and the single phase liquid and the observed two-phase flow patterns and transitions confirm the predictions of the phase diagram. High-pressure CO2-ethanol Taylor flow, which was obtained in the twophase domain, was then studied. This flow pattern, which is characterized by elongated bubbles surrounded by a liquid film and separated from each other by liquid slugs, is well-known at low pressure and has been widely described in the literature. The objective here was therefore to compare the flow characteristics such as bubble length, slug length and bubble velocity obtained under high pressure operation with the behavior at low pressure. Differences coming from fluid characteristics or operating at high pressure were pointed . This work provides a variety of new results on high pressure microfluidics that will be of interest to both the microfluidics and the supercritical fluids communities. It presents a new protocol to fabricate low cost pressure-resistant microfluidic chips suitable for supercritical CO2 and advanced visualization methods. It also presents new findings obtained with this technology on map flow pattern at high pressure in correlation with thermodynamics approach and characterization of Taylor flow hydrodynamics under high pressure in microchannel.

Un système d'échangeur à contre-courant, utilisant un carburant –endothermique-, est envisagé pour répondre au refroidissement d’un super statoréacteur. La mesure du débit de carburant décomposé et chauffé ainsi que celle de la composition chimique est nécessaire. Ceci permettra de contrôler et optimiser le fonctionnement d’un tel moteur, puisque sa poussée est principalement déterminée par la nature et le débit des espèces brûlées. La mise en place d’une méthode de caractérisation du fluide fait l’objet de cette étude. L’utilisation d’un spectromètre infrarouge à transformée de Fourier permet une analyse non intrusive des produits de pyrolyse. Cette technique est associée à un banc expérimental permettant la dégradation thermique d’un hydrocarbure en condition supercritique (jusque 60 bar, de 550°C à 900°C). Une méthode est réalisée pour obtenir une mesure quantitative et en ligne des produits majoritaires de la phase gazeuse. Celle-ci est basée sur un étalonnage avec les gaz majoritaires (méthane, éthylène, éthane, propylène et propane) et un traitement quantitatif de type CLS (Classical Least Square). La méthode est ensuite appliquée à l’étude de la pyrolyse en condition supercritique de différents hydrocarbures (alcanes linéaires purs et kérosènes du commerce). Les résultats de cette méthode sont comparés à ceux donnés par une technique chromatographique, et présentent de bonnes concordances (généralement moins de 5 % d'écart). Une approche en transitoire de la décomposition du n-dodécane par spectroscopie infrarouge a permis de suivre qualitativement l’évolution des produits de pyrolyse. / A system of heat hexchanger against the current, using an endothermic fuel, is considered to answer the cooling of a SCRAMJET engine. The measure of the mass flow rate of pyrolysed and heated fuel as well as the chemical composition is necessary. This will allow to control and to optimize the functioning of such engine, as his thrust is in most cases determined by the nature and the flow rate of burned species. This study bears on the development of a method of characterization of fluid. The use of a Fourier transformed infrared spectrometer allows a not interfering analysis of the products of pyrolysis. This technology is linked to an experimental bench allowing the thermal degradation of a hydrocarbon in supercritical condition (to 60 bar, from 550°C to 900°C). A method is accomplished to acquire a quantitative and online measure of the majority products of gaseous phase. This one is based on a calibration with majority gases (methane, ethylene, ethane, propylene and propane) and a quantitative treatment of CLS type (Classical Least Square). Method is then applied to study pyrolysis in supercritical condition of different hydrocarbons (linear alkanes and kerosenes of trade). The results of this method are compared with those given by a chromatographic technique, and introduce good agreement (less than 5 % of distance). An approach in transitional of the decomposition of the n-dodécane by infrared spectroscopy allowed to follow qualitatively the evolution of the pyrolysis products.

La séparation de deux énantiomères est un procédé d’intérêt pour l’industrie pharmaceutique. En effet, souvent un seul des énantiomères exerce l'activité biologique requise. Cette problématique est abordée ici par l'utilisation d'enzymes énantiosélectives qui est une alternative intéressante aux méthodes conventionnelles (chromatographie chirale, synthèse asymétrique ou cristallisation). Cette approche a été mise en oeuvre pour les molécules de la famille des profènes (l’Ibuprofène, le Kétoprofène ou le Naproxène par exemple) qui sont des acides 2- arylpropioniques et constituent une classe importante de médicaments anti-inflammatoires non stéroïdiens. Tout d’abord, un travail de recherche dans le domaine de la catalyse enzymatique et de l’ingénierie d’enzymes a été effectué. Des enzymes aux potentialités prometteuses, issues de la levure Yarrowia lipolytica, pour la résolution de ces trois anti-inflammatoires ont été identifiées. S’appuyant sur la modélisation moléculaire, l’ingénierie moléculaire a été utilisée pour accéder à des enzymes performantes tant du point de vue de la sélectivité que de l’activité. Les réactions ont été réalisées conventionnellement dans un système diphasique phase aqueuse/décane car les profènes et les esters associés sont des substrats hydrophobes et très faiblement solubles dans l'eau, la réaction doit donc être effectuée dans un solvant apolaire en contact avec une phase aqueuse où l'enzyme libre est dissoute. Ce mode opératoire permet d'éviter une immobilisation de l'enzyme. Une enzyme pour chaque substrat avec une énantiosélectivité suffisante a pu être développée, à savoir Lip2p V232A pour l’ibuprofène, V235S pour le naproxène et V232F pour le kétoprofène. Les lipases de Candida rugosa se sont également avérées intéressantes pour la résolution des profènes mais moins que les lipases précédemment évoquées. Le deuxième aspect de cette thèse s’est intéressé à la mise oeuvre de cette technique de résolution enzymatique dans un procédé innovant de Chimie Verte où le dioxyde de carbone supercritique (CO2SC) remplace le décane. En effet, les solvants organiques tels que le décane peuvent être toxiques mais aussi difficiles à éliminer, à la fin du processus, ce qui conduit à des étapes fastidieuses et coûteuses de purification. Dans un premier temps l’étude a porté sur la résolution de l’acide 2-bromo phényl acétique par l’hydrolyse de son ester octylique (ester + eau <=> acide (profène) + alcool). L'acidification de la phase aqueuse en contact avec CO2SC (formation d'acide carbonique) s’est montrée préjudiciable pour obtenir des conversions élevées. Cet inconvénient a été atténué en utilisant des concentrations assez élevées de sels (Na2HPO4 et KH2PO4) pour tamponner la phase aqueuse. Une étude spécifique en cellule haute pression utilisant des sondes solvatochromiques a permis d’établir que l’utilisation de concentrations élevées de sels (de l’ordre de 1000 mmol/L) permettait de maintenir un pH de l‘ordre de 6. Dans ces conditions, des conversions élevées ont pu être obtenues pour des temps de réactions de l’ordre de 100 h. Cependant la cinétique s’est avérée plus lente par rapport à celle observée avec le décane. L’explication de cette différence n’est pas encore totalement élucidée mais deux pistes ont été privilégiées : la formation de carbamates dues aux interactions entre le CO2SC et les acides aminés composant l’enzyme ou une mauvaise ouverture du volet moléculaire qui recouvre le site actif de l’enzyme liée à la moindre hydrophobicité du CO2SC hydraté. Cette résolution énantiomérique a également été mise en oeuvre dans un système sans phase aqueuse en utilisant l‘enzyme sous sa forme immobilisée sur support solide en utilisant la réaction réverse, l’estérification. Utilisant les mêmes approches, la résolution énantiomérique de l’ibuprofène a également été réalisée. Les meilleurs résultats obtenus en système diphasique phase aqueuse/CO2SC permettent en 75 heures une résolution quasi-totale.

Le stockage géologique de CO2 est une des solutions techniques envisagées pour faire face aux émissions de gaz à effet de serre dans l'atmosphère. Déjà mis en oeuvre aujourd'hui dans quelques sites pilotes, son acceptabilité à grande échelle requiert la démonstration de la tenue à long terme des propriétés de confinement des couvertures sus-jacentes aux réservoirs, et des ouvrages en ciment, particulièrement sensibles, qui constituent notamment les scellements de fond de puits. Pendant la phase d'injection, une bulle de CO2 supercritique se forme, migre vers le sommet du réservoir sous l'effet de la poussée d'Archimède et se solubilise lentement (plusieurs dizaines d'années pour que la solubilisation soit complète). Alors que les réactions de dissolution et de carbonatation en présence d'eau liquide sont largement étudiées et commencent à être bien connues, la réactivité de la bulle de CO2 en phase supercritique ou vapeur est encore mal appréhendée. C'est face à ces incertitudes que nous avons mené une série d'expériences visant à décrire, à comprendre et à quantifier la réactivité d'un matériel minéral en présence d'une phase vapeur riche en CO2. Un minéral a été particulièrement étudié : la portlandite. Il s'agit d'un constituant clef des ciments riches en calcium, et à ce titre, peut, en première approche, être considéré comme un analogue des ciments de scellements de fond de puits. La cinétique de carbonatation de la portlandite a été déterminée à 80, 120 et 200°C, sous une pression de 160 bar et au contact de CO2 initialement anhydre, ou d'un mélange CO2-H2O. Un protocole original a été élaboré : il associe mesures de l'avancement de la réaction (principalement, analyses par DRX du taux de carbonatation de la fraction solide et enregistrement de la consommation de CO2 au cours de la réaction) et modélisation de l'évolution des équilibres de phases et des propriétés volumétriques du fluide réactionnel. D'un point de vue phénoménologique, nous avons montré que l'état de phase du système (vapeur ou biphasique liquide-vapeur) est déterminant. Il contrôle en grande partie le mode de réactivité et l'évolution cinétique de la réaction. Un modèle géochimique prenant en compte les spécificités de notre système réactionnel pauvre en eau a alors été développé pour simuler la carbonatation de la portlandite et à terme celle d'un ciment complet de type "fond de puits".