Cette thèse porte sur l’étude de catalyseurs promus à base de sulfure de molybdène supporté sur alumine ou nanotubes de carbone pour la synthèse d’oléfines à partir du gaz de synthèse issu de la biomasse. Les catalyseurs ont été étudiés à chaque étape de leur préparation par différentes techniques physico-chimiques et spectroscopiques et testés dans un réacteur à lit fixe. Les résultats ont montré que deux types de sites sont présents sur les catalyseurs K-MoS2 : MoS2, qui conduit à la production de méthane et une phase mixte K-Mo-S qui conduit à la synthèse d’oléfines. La baisse d’activité observée avec les catalyseurs supportés sur nanotubes de carbone a été attribuée au plus faible taux de sulfuration. La basicité des promoteurs et la taille des cristallites sont des paramètres importants qui influencent la synthèse d’oléfines. Une basicité modérée ainsi qu’une taille plus grande des cristallites de molybdène sont favorables à la synthèse d’oléfines légères. / This thesis focuses on the study of promoted molybdenum catalysts supported on alumina or carbon nanotubes for the synthesis of olefins from synthesis gas obtained from biomass. The catalysts were studied at every stage of their preparation by different characterization techniques and tested in fixed bed reactor. The results showed that both types of sites are present on the K-MoS2 catalysts: MoS2, which leads to the production of methane and a mixed K-Mo-S phase which leads to the synthesis of olefins. The decrease in activity observed with catalysts supported on carbon nanotubes was attributed to the low rate of sulphidation. The basicity of the promoters and the size of the molybdenum sulphide crystallites are important parameters influencing the olefins synthesis. A moderate basicity as well as large size of molybdenum crystallites are favorable to the synthesis of light olefins.

La combinaison de la spectroscopie RMN de l'état solide avec des calculs DFT du type GIAO/GIPAW constitue, de nos jours, une nouvelle approche afin de caractériser la structure de systèmes moléculaires ou cristallisés simples. Ce travail de thèse est consacré à l'application de cette méthodologie à des matériaux plus complexes, en particulier à des systèmes présentant un désordre local. Ainsi, ce manuscrit traite, dans un premier temps, de la caractérisation structurale de composés cristallins à base de niobiophosphate par l'association de résultats issue de la RMN du 31P/93Nb et de calculs DFT-GIPAW. Ainsi, le désordre cationique d'une structure particulière a pu être parfaitement identifié et caractérisé par l'utilisation d'une approche combinatoire associant RMN du 31P et des calculs DFT-GIPAW. Parallèlement, une nouvelle méthodologie combinant la RMN des solides en 17O et calculs DFT-GIAO a été développée en vue de caractériser la structure d'un précatalyseur organométallique à base d'oxo-tungstène supporté sur de la silice amorphe. Cette approche a été validée dans un premier temps par l'étude de composés moléculaires de structure proche. La réponse RMN en 17O des groupements oxo présents sur ces espèces est en effet spécifique du complexe étudié et les calculs GIAO réalisés ont permis de reproduire avec une grande précision les paramètres RMN anisotropes associés à ces groupements. Grâce à cette méthodologie, nous avons pu vérifier la nature et la structure de l'espèce greffée, tout en confirmant de façon non ambiguë le mode de greffage en surface de la silice. / The combination of solid-state NMR spectroscopy with GIAO/GIPAW-DFT calculations is nowadays a well-established method to characterize the atomic structure of simple molecular and crystalline compounds. The present work is dedicated to the application of this methodology to more complex systems, in particular those with local disorder. In a first part, this manuscript is dedicated to the structural characterization of niobiophosphate based materials by 31P/93Nb solid-state NMR and DFT-GIPAW calculations. The cationic disorder of one of these phases has been identified and characterized by the use of a combinatory approach associating 31P solid-state NMR and DFT-GIPAW calculations. In parallel, a new methodology combining 17O solid-state NMR and DFT-GIAO calculations has been proposed in order to characterize the structure of one oxo-tungsten based precatalyst supported on amorphous silica. This approach was initially validated by studying molecular oxo-tungsten based molecular compounds. The 17O-NMR response of each oxo group is, in fact, specific to the studied compound and the related anisotropic NMR parameters can be reproduced with high accuracy by DFT-GIAO calculation. Finally, this methodology allowed us to verify the nature and structure of the supported species by taking into account different grafting pathways.

Nous avons choisi d’étudier la conversion catalytique des nitrates dissous qui sont une cause majeure de contamination des eaux. C’est un procédé complexe en plusieurs étapes qui suit la réaction : NO3- → NO2- → [NO] → N2 + NH4+ + OH-Le but scientifique de cette thèse a été de déterminer une relation entre la structure physico-chimique des catalyseurs supportés et leur activité et leur sélectivité dans la réduction des nitrates. Les cinétiques de réaction ont également été étudiées en relation avec la structure des catalyseurs supportés Les travaux réalisés ont été axés autour des points suivants : 1. Elaboration des supports de catalyseurs : Deux groupes principaux de matériaux ont été étudiés : des matériaux carbonés et des matériaux inorganiques qui ont été modifiés par un traitement acide ou basique ou par dépôt des oxydes (Al2O3, ZrO2 seuls ou en mélange). 2. Synthèse du catalyseur : Les oxydes de métaux nobles et de transition ont été fixés sur les supports. Des systèmes monométalliques avec Pt et Pd et bimétalliques Pd-Cu ont été étudiés puis caractérisés par de nombreuses techniques. L’efficacité des ces supports a été déterminée en fonction de leur activité catalytique. 3. Détermination des propriétés catalytiques : Le rôle et l’effet des paramètres tels que nature du support, composition de la phase active, présence de sels inorganiques dans le milieu réactionnel, nature du réducteur sur la vitesse de réduction des nitrates et sélectivité des réactions ont été largement étudiés La discussion générale fait ressortir les combinaisons support/catalyseur les plus efficaces pour la dénitrification des eaux de consommation / We chose to study the catalytic conversion of dissolved nitrate, which are a major cause of water contamination. It is a complex process into several steps following the reaction: NO3- → NO2-→ [NO] → N2 + NH4+ + + OH- The scientific goal of this thesis was to determine a relationship between the physico-chemical structure of catalysts and their activity and selectivity in the reduction of nitrates. The reaction kinetics were also studied in relation to the structure of catalysts. The work focused around the following points: 1. Preparation of catalyst supports: Two main groups of materials were studied: carbon materials and inorganic materials that have been modified by acid or base treatment or by deposit oxides (Al2O3, ZrO2 alone or in mixture). 2. Synthesis of catalyst: oxides of noble and transition metals have been established on the supports. Systems with monometallic Pt and Pd and bimetallic Pd-Cu have been studied and characterized by many techniques. The effectiveness of these materials was determined depending on their catalytic activity. 3. Determination of the catalytic properties: The role and effect of parameters such as support, type of medium, active phase composition, the presence of inorganic salts in the reaction medium, nature of reducing on the rate of nitrate reduction and selectivity of the reactions were widely studied. The debate highlights the combination support / most effective catalyst for denitrification of drinking water

L'objectif de cette étude portait sur la mise en œuvre de réacteur catalytique membranaire pour une application dans le traitement d'effluents liquides contaminés par des polluants organiques. Des phases catalytiques ont été déposées au sein des structures poreuses par différentes techniques afin de bien maîtriser la localisation des phases actives. L'optimisation des conditions opératoires a ensuite été réalisée. Ces matériaux sont actifs pour l'oxydation de polluants présents dans les effluents liquides et la configuration en mode contacteur a permis d'accroître l'efficacité et la stabilité des phases catalytiques pour ces réactions de dégradation grâce à un meilleur contact entre les réactifs et les sites actifs.

L’objectif de cette étude portait sur la mise en œuvre de réacteur catalytique membranaire pour une application dans le traitement d’effluents liquides contaminés par des polluants organiques. Des phases catalytiques ont été déposées au sein des structures poreuses par différentes techniques afin de bien maîtriser la localisation des phases actives. L’optimisation des conditions opératoires a ensuite été réalisée. Ces matériaux sont actifs pour l’oxydation de polluants présents dans les effluents liquides et la configuration en mode contacteur a permis d’accroître l’efficacité et la stabilité des phases catalytiques pour ces réactions de dégradation grâce à un meilleur contact entre les réactifs et les sites actifs. / The aim of this study was to evaluate catalytic membrane reactor for wet oxidation efficiencies of pollutants in waste water. In a first part, we have prepared catalytic membrane using several techniques of deposition in order to well control the position of the active phase in the porous structure. After optimisation of the experimental parameters, the study of pollutant degradation has showed that catalytic membrane reactor, in contactor configuration present highest efficiency than conventional reactor due to optimized contacts between reactants and active sites.

Cette thèse s’inscrit dans le cadre des études portant sur la toxicité des nanoparticules (NPs). Leurs propriétés physico-chimiques confèrent aux NPs la capacité de pénétrer dans les cellules en traversant la membrane plasmique. La compréhension de l’interaction NPs-membrane est donc cruciale. La structure complexe des membranes nous a imposé d’étudier l’interaction NPs-membrane à l’aide de films lipidiques plans (monocouches et bicouches) utilisés comme modèles membranaires simplifiés, déposés sur des surfaces nanostructurées par le dépôt préalable de NPs de silice (4 à 100 nm de diamètre) ou transférés à partir de monocouches étalées sur une suspension de NPs. Deux méthodes complémentaires ont été utilisées, la microscopie de force atomique (AFM) et la microscopie de fluorescence. Après une première phase d’optimisation des protocoles expérimentaux (choix des lipides, conditions de préparation des surfaces nanostructurées et des films), l’AFM a d’abord révélé l’oxydation des films monocouches constitués de lipides insaturés, se traduisant par la formation de domaines surélevés par rapport à la phase lipidique intacte. Dans le cas des films de lipides présentant une transition de phase de type liquide expansé/liquide condensé, la présence des NPs (le plus souvent sous forme d’agrégats) semble favoriser la transition vers la phase condensée, les NPs étant situés soit au coeur soit en lisière des domaines condensés.Dans le cas des bicouches, l’étude par AFM en milieu liquide montre des comportements tribologiques différents des agrégats de NPs, suggérant deux organisations possibles de la bicouche lipidique, recouvrant les NPs ou formant des pores autour d’elles. / The subject of this thesis fits into the large field of the toxicity of nanoparticles (NPs). Thanks to their physico-chemical properties, NPs are able to enter cells through the plasma membrane. Understanding the NPs-membrane interaction is thus very important. Membranes being complex structures, we chose to study this interaction using planar lipid films (monolayers and bilayers) as simplified membrane models, either deposited on nanostructured surfaces prepared by the prior deposition of silica NPs or transferred from monolayers spread on a subphase containing NPs (4-100 nm in diameter). Two complementary methods were used, atomic force microscopy (AFM) and fluorescence microscopy.After a first part devoted to the optimization of the experimental procedure (choice of lipids, design of nanostructured surfaces and films), AFM first revealed the oxidation of transferred monolayers made of unsaturated lipids, leading to the formation of domains raised above the intact lipid phase. In the case of films made of lipids characterized by a liquid expanded/liquid condensed phase transition, the presence of NPs (usually organized in aggregates) seems to favor the transition to the condensed phase, NPs being either embedded in condensed domains or at their edges.The final phase of this work was devoted to the study of NPs / bilayer interaction by AFM in liquid medium. The study shows different tribological behavior of NPs aggregates, suggesting two possible organizations of the lipid bilayer, covering the NPs or forming holes around them.

Au cours de ce travail, nous avons effectué une étude méthodologique pour la préparation de banques de triazoles, en utilisant la réaction de la chimie " clic ". Ces études ont démontré que la réaction entre un alcyne vrai activé et un azoture est possible dans les conditions sans solvant et sans catalyseur pour conduire un mélange d'isomères 1,4 et 1,5 avec un rendement moyen de 76%. Nous avons remarqué que l'addition des métaux (SiO2, MgCl2, Al2O3, FeCl3 et CuCl2) permettait d'améliorer les rendements des réactions, et on a observé que la silice est la meilleur catalyseur, alors que la catalyse au cuivre (I) donne une sélectivité complète pour l'isomère 1,4. Ce résultat est bien confirmé par l'étude de la régiosélectivité qui montre que les molécules contenant deux types d'alcynes (activé et non activé) peuvent êtres fonctionnalisés séquentiellement et sélectivement. Nous avons aussi préparé les bis-triazoles en deux étapes : la première sur l'alcyne activé sans catalyseur et la deuxième étape se fait sur l'alcyne non activé par catalyse au cuivre (I), ce qui permet de dire que les alcynes terminaux portant un groupement carbonyle en  de la triple liaison sont beaucoup plus réactifs.Nous avons également pu étendre l'application de la catalyse supportée dans la réaction de Huisgen dans les domaines de la synthèse de dérivés de produits naturels et d'éthers couronne. En utilisant la synthèse classique et en flux continu, nous avons pu préparer des structures originales dérivées de l'acide quinique porteuse de cycles triazoliques. Ces composés seront testés pour leur activité biologique. Nous avons également entrepris la synthèse de dérivés nouveaux d'éthers couronnes azotes afin d'incorporer à ces structures des bras contenant un ou deux noyaux triazoles. L'obtention de ces substances permettra d'ouvrir l'étude de leur propriétés complexantes dans l'avenir

L'oxydation sélective des alcools en aldéhydes, acides ou cétones est une transformation très importante en chimie. L'emploi d'oxygène moléculaire comme oxydant permet de se placer dans une perspective de chimie verte, avec la production d'eau comme seul sous-produit principal. L'oxydation d'alcools primaires (1-octanol et géraniol) et d'alcools secondaires (2-octanol, 1-phénylethanol et alcools hétéroaromatiques dérivés de la pyridine) a été étudié en présence de catalyseurs au platine supportés sur charbon sous pression d'air, en solvant organique ou mélange à de l'eau. Les résultats ont montré une forte influence du solvant sur l'activité catalytique, avec un effet promoteur très important de l'eau sur la réaction. Cet effet a été discuté sur la base de différentes hypothèses. La promotion des catalyseurs au platine par le bismuth a permis d'observer des modifications de l'activité avec un effet positif en particulier dans l'oxydation des alcools hétéroaromatiques secondaires. La désactivation observée lors de l'oxydation de certains substrats a été analysée et des solutions ont été proposées pour la surmonter.

L'étude des nanoagrégats métalliques supportés sur des oxydes est d'une importance primordiale autant au niveau fondamental que technologique, notamment dans le domaine de l'énergie. Les nanoparticules à base de platine supportées sur alumine Gamma sont largement utilisées comme catalyseurs hétérogènes ultradispersés, en particulier sous atmosphère réductrice d'hydrogène. Leur réactivité et leur sélectivité sont intimement liés à la géométrie locale et à la densité électronique des sites actifs. Ces dernières sont particulièrement ardues à définir, étant donnée la très faible taille des agrégats étudiés (environ 0.8 nm de diamètre). La spectroscopie XANES (X-Ray Absorption Near Edge Structure), nécessitant un rayonnement synchrotron, est un des outils les plus appropriés pour étudier ces systèmes, en particulier in situ, à l'échelle atomique. En effet les spectres XANES sont influencés par la géométrie locale et la symétrie de l'environnement des atomes (en particulier les angles entre les liaisons), le degré d'oxydation, les types de liaisons mis en jeu, et la structure électronique du système. Tous ces facteurs sont néanmoins difficiles à différencier et même à interpréter. Il est donc impossible de déduire de manière précise la structure des particules métalliques par la seule expérience, sans aucune comparaison avec des spectres simulés. La mise en place de modèles théoriques devient alors nécessaire. Nous mettons donc en oeuvre une approche associant expériences XANES haute résolution in situ et simulations quantiques, ces dernières visant à la proposition de modèles structuraux pertinents, à la quantification de la réactivité des agrégats et au calcul des caractéristiques spectrales pour comparaison à l'expérience. L'identification de la morphologie des particules, de l'interaction métal-support et du taux de couverture en H est ainsi rendue possible par l'association de l'expérience et du calcul. La bibliothèque de modèles existants de particules monométalliques de Pt supportées sur de l'alumine Gamma avec ou sans hydrogène adsorbé, est complétée par des modèles hydrogénés sur la face (110) et par des modèles de différentes tailles hydrogénés sur la face (100). Cette bibliothèque devenue assez complète a permis une étude de l'influence de la taille des particules, de leur morphologie, de leur structure électronique, des différentes face de l'alumine Gamma, ainsi que du taux de couverture en hydrogène sur la signature des spectres XANES. Cette première étude des catalyseurs monométalliques de platine, se conclue par la discrimination de certaines morphologies, mais surtout la quantification du taux de couverture en hydrogène des particules. Ensuite, des modèles de particules bimétalliques platine – étain supportés sur la face (100) de l'alumine Gamma sont élaborés avec adsorption d'hydrogène. Ces modèles permettent de mieux comprendre l'influence de l'étain sur la morphologie, les propriétés électroniques et l'interaction avec le support et l'hydrogène de ces agrégats. Différentes compositions ont été explorées, ce qui a apporté des informations sur la dilution du platine par l'étain. L'adsorption d'hydrogène a alors été étudiée sur des agrégats de Pt10Sn3 supportées sur la face (100) de l'alumine Gamma. Bien que de nombreux paramètres ne sont pas encore pris en compte dans ces modèles, la comparaison à l'expérience permet déjà d'avoir une première approximation sur la description de systèmes bimétalliques. / The study of metallic nanoclusters supported on oxides is of paramount fundamental and technological importance, particularly in the field of energy. The nanoparticles based on platinum supported on gamma alumina are widely used as highly dispersed heterogeneous catalysts especially under reducing hydrogen atmosphere. Their reactivity and selectivity are intimately related to the local geometry and the electronic density of active sites. These are particularly difficult to define, given the very small size of the studied particles (about 0.8 nm in diameter). XANES (X-Ray Absorption Near Edge Structure) spectroscopy requiring synchrotron radiation, is one of the most appropriate tools to study these systems, especially in situ, at the atomic scale. Indeed the XANES spectra are influenced by the geometry and symmetry of the atoms local environment (especially angles between bonds), the degree of oxidation, the bond types involved, and the electronic structure of the system . All these factors are nevertheless difficult to differentiate and even to interpret. It is therefore impossible to infer accurately the structure of the metal particles by experience alone, without any comparison with simulated spectra. The establishment of theoretical models becomes necessary. We are implementing an approach that combines high-resolution XANES experiments in situ and quantum simulations, the latter aimed at proposing relevant structural models to quantify the reactivity of the particles and calculating spectral characteristics for comparison to experiment. The identification of the clusters morphologies, the metal-support interaction and the hydrogen coverage is made possible combining experiments and quantum calculations. The library of existing monometallic Pt particles models supported on Gamma alumina with or without adsorbed hydrogen, is refined. New models considering the two main surface of Gamma alumina, the particle size and hydrogen adsorption are developed. This extended library of models enabled a study of the effect of particle size, morphology, electronic structure, different alumina faces, and the hydrogen coverage on the signature of XANES spectra. This first study of monometallic platinum catalysts, concludes with the discrimination of the morphologies, but especially with the quantification of the hydrogen coverage of the particles for each temperature and hydrogen pressure experimental condition. Then, models of bimetallic Platinum-tin particles supported on the (100) Gamma alumina face are performed with hydrogen adsorption. These models provide insights into the effect of tin on the morphology, the electronic properties and the interaction with the support and hydrogen of these clusters. Different compositions were explored, which provided information on the dilution of platinum by tin. The adsorption of hydrogen was then studied on Pt10Sn3 clusters supported on the (100) face of alumina. Although many parameters are not yet included in these models, the comparison to the experience already provides a first approximation to the description of bimetallic systems.

La symbiose à Rhizobia ainsi que la symbiose endomycorhizienne à arbuscules, présentes dans la rhizosphère, possèdent un intérêt agrobiologique et écologique majeur ; elles permettent aux plantes de croître naturellement sur un sol aride et peu fertile. Il a été démontré récemment que les signaux (facteurs « Myc ») impliqués dans la mise en place de la symbiose endomycorhizienne à arbuscules appartiennent à la famille des lipo-chitooligosaccharides. Une nouvelle synthèse du facteur de mycorhization [Myc-IV (C16:0, S)], le plus abondant et bioactif, a été effectuée en utilisant une stratégie de synthèse par blocs utilisant des méthodes robustes de glycosylation, le diméthyldioxirane pour l’ouverture oxydante régiosélective des acétals de benzylidène et l’emploi d’un thiol peu toxique et peu odorant pour former les donneurs thioglycosides. Étant donné la purification laborieuse par chromatographie sur gel de silice des oligosaccharides après les étapes de glycosylation, une nouvelle méthode utilisant des liquides ioniques supportés a été appliquée permettant de modifier les propriétés physico-chimiques des saccharides. Les produits sont purifiés par de simples lavages grâce à ce motif ionique présent en position anomérique. Le chitooligosaccharide (CO-IV), intermédiaire clef pour la synthèse de lipo-chiooligosaccharides non sulfatés d’intérêts ou de la TMG-chitotriomycin, a ainsi été obtenu. / Rhizobia symbiosis and arbuscular mycorrhiza symbiosis have an agrobiological and ecological interest because they allow plants to grow on aride and infertile soil. Recently, the symbiotic signals (« Myc factors ») were identified as a mixture of lipo-chitooligosaccharides (LCOs). The preparation of Myc factor [Myc-IV (C16:0, S)], the most abundant and bioactive, was carried out using a blockwise synthesis. Dimethyldioxirane for a regioselective oxidative cleavage of benzylidene acetals and an odorless and few toxic thiol to form thioglycoside donors were employed. To eliminate the laborious purifications of oligosaccharides by chromatography on silica gel after each glycosylation step, we developped an ionic liquid supported strategy. The ionic liquid part changes the physico-chimical properties of the expected product and we isolated the glycostructures by simple phase-extractions. The chitooligosaccharide (CO-IV), key intermediate for the synthesis of non-sulfated lipo-chitooligosaccharides or TMG-chitotriomycin, was obtained by this strategy.