La synthèse Fischer-Tropsch (FT) permet de convertir un mélange d'hydrogène et de monoxyde de carbone (gaz de synthèse) sélectivement en hydrocarbures avec une distribution large de longueur de chaine. Le gaz de synthèse peut être produit à partir de différentes ressources comme le gaz naturel, le charbon et la biomasse. A la lumière de la volonté de diversifier les sources d'énergies, la synthèse FT peut apporter une contribution cruciale pour la production de carburants liquides. Les catalyseurs à base de Cobalt supportés sur alumine sont utilisés pour produire des cires lourdes. L'activité et la sélectivité dépendent des propriétés structurales et texturales du catalyseur. Cette étude a pour but d'établir un lien entre les propriétés structurales des catalyseurs à base de Cobalt supportés sur alumine et des paramètres cinétiques spécifiques. Pour atteindre cet objectif, il a été mis en oeuvre une étude cinétique en régime permanent couplé à la technique « SSITKA » sur différents échantillons de Cobalt. En utilisant cette méthodologie, il a été trouvé que la conversion en CO sur 5 catalyseurs à base de Cobalt dépend uniquement du nombre de site initial sur la surface atomique de Cobalt réduit. Aucune influence de la taille de particule, de l'orientation de la phase cristalline ou du promoteur n'a pu être mis en évid ence. Les expériences SSTIKA réalisées sur une longue durée ont permis d'estimer le nombre de sites actifs dans les conditions de travail. Enfin, la modélisation cinétique a démontré que l'espèce la plus abondante sur la surface est le monoxyde de carbone adsorbé et que deux intermédiaires distincts de surface conduisent à la production de méthane et des hydrocarbures plus lourds / The Fischer-Tropsch synthesis (FTS) converts a mixture of hydrogen and carbon monoxide (syngas) selectively into hydrocarbons with a large chain length distribution. Syngas can be produce from different resources such as natural gas, coal and biomass. In the light of energy resource diversi fication, FTS can make a crucial contribution to the production of liquid fuels. Alumina supported cobalt catalysts are used to produce heavy waxes. The activity and selectivity depend on the structural and textural properties of the catalyst. This study aims at establishing a link between the structural properties of alumina supported cobalt catalysts and specific kinetic parameters. To this purpose, the steady-state and SSITKA kinetics over different cobalt samples have been carried out. By using this met hodology, it was found that the CO conversion over 5 cobalt catalysts only depends on the initial number of reduced cobalt surface atoms. No influence of the cobalt particle size, phase orientation or promotor could be identified. SSITKA experiments during long-term catalyst testing allowed estimating the number of active sites under working conditions. Further modelling showed that the most abundant surface species is adsorbed carbon monoxide and that two distinct surface intermediates lead to the production of methane and higher hydrocarbons

Ce travail porte sur l'étude de la gazéification de biomasse en Réacteur à Flux Entrainé (RFE), dans le contexte du développement de procédés pour la production de biocarburants de deuxième génération. L'objectif de cette thèse est de modéliser les différents phénomènes qui régissent la conversion de la biomasse dans des conditions représentatives d'un RFE. La pyrolyse et la gazéification de particules de hêtre de taille comprise entre 315 et 415 µm ont été étudiées entre 800 et 1400°C en four à chute de laboratoire. L'influence de l'ajout de H2O, de CO2 et de O2 sur les produits de gazéification a été explorée, et les essais ont été simulés à partir d'un modèle 1D. L'ajout de H2O ou de CO2 permet de diminuer les rendements en char de manière significative. En phase gaz, l'influence principale de ces deux espèces est la modification de la composition en espèces majoritaires avec la réaction de gaz à l'eau. L'ajout de O2 a pour effet d'améliorer la conversion du carbone de la biomasse en gaz, et de réduire de manière significative la production de suies et de char. Le modèle, basé sur une chimie détaillée, permet de simuler ces essais de façon très satisfaisante sur toute la gamme de variation des conditions opératoires. La pyrolyse et la gazéification de particules de hêtre tamisées entre 1,12 et 1,25 mm a été étudiée en présence de O2. À 800, 1000 et 1200°C, la conversion de ces « grosses » particules est plus faible que celles des petites particules, mais à 1400°C la taille de particule n'a pas d'influence. Enfin, une étude expérimentale a été menée dans un RFE pilote pour étudier l'influence de la quantité de O2, de la taille de particule et de la pression sur la gazéification de particules de bois. Ces essais ont été simulés de façon satisfaisante en adaptant le modèle 1D. / The present work deals with biomass gasification in Entrained Flow Reactor (EFR) in the context of the development of new Biomass-to-Liquid processes. The objective of this study is to develop a comprehensive model to better understand the phenomena controlling biomass gasification in conditions representative of an EFR. Biomass pyrolysis and gasification of beech particles sieved between 315 and 450 µm have been studied between 800 and 1400°C in a drop tube furnace. The influence of H2O, CO2 and O2 addition on gasification products has been investigated and the tests have been simulated with a 1D model. The addition of H2O or CO2 leads to a significantly lower char yield. The main influence of these two oxidants in gas phase is the modification of major species composition with water gas shift reaction. With the addition of O2, the carbon conversion into gas is improved and the char and soot yields are significantly lower. The simulations are in very good agreement with the experimental results. Biomass pyrolysis and gasification of beech particles sieved between 1.12 and 1.25 mm have been studied in presence of O2. Between 800 and 1200°C the carbon conversion into gas is lower than with the smaller particles but at 1400°C the particle size has no influence. At last, the influence of O2 addition, particle size and pressure on biomass gasification has been studied in a pilot scale EFR. These experimental results have been satisfactorily simulated by adapting the 1D model.

Le LiFePO4 est un matériau prometteur pour les cathodes des batteries au lithium. Il possède une bonne stabilité à haute température et les précurseurs utilisés pour la synthèse sont peu couteux. Malheureusement, sa faible conductivité nuit aux performances électrochimiques. Le fait de diminuer la taille des particules ou d’enrober les particules d’une couche de carbone permet d’augmenter la conductivité. Nous avons utilisé une nouvelle méthode appelée « synthèse par voie fondue » pour synthétiser le LiFePO4. Cette synthèse donne des gros cristaux et aucune impureté n’est détectée par analyse Rayon-X. En revanche, la synthèse de LiXFePO4 donne un mélange de LiFePO4 pur et d’impureté à base de lithium ou de fer selon l’excès de fer ou de lithium utilisé. La taille des particules de LiFePO4 est réduite à l’aide d’un broyeur planétaire et plusieurs paramètres de broyage sont étudiés. Une couche de carbone est ensuite déposée sur la surface des particules broyées par un traitement thermique sur le LiFePO4 avec du -lactose. L’influence de plusieurs paramètres comme la température du traitement thermique ou la durée du chauffage sont étudiés. Ces expériences sont réalisées avec un appareil d’analyse thermogravimétrique (ATG) qui donne la quantité de chaleur ainsi que la variation de masse durant le chauffage de l’échantillon. Ce nouveau chauffage pour la couche de carbone donne des échantillons dont les performances électrochimiques sont similaires à celles obtenues précédemment avec la méthode de chauffage pour la couche de carbone utilisant le four tubulaire. / LiFePO4 is a promising cathode material for Lithium-ion batteries. It provides high thermal stability and is synthesized using low cost materials. Unfortunately LiFePO4 suffers from a low electrical conductivity, which is harmful to its electrochemical performance. Decreasing the particle size or coating the particles with carbon increases the conductivity of the material. We have used a new synthetic method called molten synthesis to synthesize LiFePO4. The molten synthesis produces large crystals of LiFePO4 with no impurity detected via X-ray diffraction analysis. Moreover, the synthesis of LiXFePO4 gives a mixture of pure LiFePO4 and Li-based impurities or LiFePO4 and Fe-based impurities whenever there is an excess of lithium or iron used. The particle size of the synthesized material is reduced via a Planetary Mill and numerous milling parameters were investigated. A carbon coating was then deposited on the surface of the milled material by thermally treating LiFePO4 with β-lactose. The influences of several parameters such as heat treatment temperature and/or heating duration were studied. These experiments were performed using a thermogravimetric analysis (TGA), which provides the amount of heat and weight change during the heating of the sample. This new heating method for carbon coating gave rise to samples with similar electrochemical performance data as to the previously established heating method involving a tubular furnace.

En raison du durcissement des normes d'émissions de CO2 par l'Union Européenne, les constructeurs automobiles sont contraints d'alléger leurs véhicules, particulièrement en diminuant l'épaisseur des pièces. Par conséquent, les fournisseurs d'acier doivent proposer de nouveaux aciers capables, à épaisseur plus faible, de garantir une sécurité des passagers identique voire meilleure. Augmenter la résistance mécanique ne suffit pas puisque les propriétés de mise en forme se retrouvent diminuées. Un compromis peut être trouvé en optimisant la microstructure en combinant par exemple les bonnes propriétés de différentes phases comme dans les nouvelles générations d'aciers multiphasés. L'optimisation de la microstructure peut demander un nombre d'essais expérimentaux conséquent. La simulation numérique représente un outil efficace permettant de diminuer le temps et les coûts de conception en diminuant considérablement les campagnes expérimentales. Ce travail de thèse vise à développer un outil numérique capable de modéliser le comportement élasto-viscoplastique des aciers multiphasés lors de simulations numériques 3D de mise forme dans le logiciel de calcul par éléments finis Abaqus. Une loi phénoménologique à base physique a été formulée de manière incrémentale dans un cadre tensoriel afin de modéliser le comportement élasto-viscoplastique des phases constitutives. Cette loi originale a été confrontée à la fois à des essais expérimentaux et à d'autres modèles issus de la littérature. Le comportement macroscopique de l'acier multiphasé est obtenu en utilisant un schéma autocohérent écrit spécifiquement pour des matériaux hétérogènes élasto-viscoplastiques. Par ailleurs, une nouvelle approche micromécanique visant à introduire des effets de longueurs internes microstructurales (taille de grain, taille de particule, etc.) est proposée et validée à l'aide de données expérimentales. Enfin, l'outil numérique développé dans ce travail de thèse est appliqué à la simulation d'essais de traction uniaxiale et de pliage en V afin d'évaluer la pertinence des phénomènes physiques (tels que la striction, les effets de vitesse de déformation sur la localisation et l'effet Bauschinger) dus au mélange de phases élasto-viscoplastiques.

Le LiFePO4 est un matériau prometteur pour les cathodes des batteries au lithium. Il possède une bonne stabilité à haute température et les précurseurs utilisés pour la synthèse sont peu couteux. Malheureusement, sa faible conductivité nuit aux performances électrochimiques. Le fait de diminuer la taille des particules ou d’enrober les particules d’une couche de carbone permet d’augmenter la conductivité. Nous avons utilisé une nouvelle méthode appelée « synthèse par voie fondue » pour synthétiser le LiFePO4. Cette synthèse donne des gros cristaux et aucune impureté n’est détectée par analyse Rayon-X. En revanche, la synthèse de LiXFePO4 donne un mélange de LiFePO4 pur et d’impureté à base de lithium ou de fer selon l’excès de fer ou de lithium utilisé. La taille des particules de LiFePO4 est réduite à l’aide d’un broyeur planétaire et plusieurs paramètres de broyage sont étudiés. Une couche de carbone est ensuite déposée sur la surface des particules broyées par un traitement thermique sur le LiFePO4 avec du -lactose. L’influence de plusieurs paramètres comme la température du traitement thermique ou la durée du chauffage sont étudiés. Ces expériences sont réalisées avec un appareil d’analyse thermogravimétrique (ATG) qui donne la quantité de chaleur ainsi que la variation de masse durant le chauffage de l’échantillon. Ce nouveau chauffage pour la couche de carbone donne des échantillons dont les performances électrochimiques sont similaires à celles obtenues précédemment avec la méthode de chauffage pour la couche de carbone utilisant le four tubulaire. / LiFePO4 is a promising cathode material for Lithium-ion batteries. It provides high thermal stability and is synthesized using low cost materials. Unfortunately LiFePO4 suffers from a low electrical conductivity, which is harmful to its electrochemical performance. Decreasing the particle size or coating the particles with carbon increases the conductivity of the material. We have used a new synthetic method called molten synthesis to synthesize LiFePO4. The molten synthesis produces large crystals of LiFePO4 with no impurity detected via X-ray diffraction analysis. Moreover, the synthesis of LiXFePO4 gives a mixture of pure LiFePO4 and Li-based impurities or LiFePO4 and Fe-based impurities whenever there is an excess of lithium or iron used. The particle size of the synthesized material is reduced via a Planetary Mill and numerous milling parameters were investigated. A carbon coating was then deposited on the surface of the milled material by thermally treating LiFePO4 with β-lactose. The influences of several parameters such as heat treatment temperature and/or heating duration were studied. These experiments were performed using a thermogravimetric analysis (TGA), which provides the amount of heat and weight change during the heating of the sample. This new heating method for carbon coating gave rise to samples with similar electrochemical performance data as to the previously established heating method involving a tubular furnace.

La bioconversion des biomasses lignocellulosiques est actuellement un grand défi pour le développement de technologies de bio-raffinage. Le manque de connaissances des mécanismes de liquéfaction et de saccharification est l’un des principaux facteurs qui pénalisent le développement des procédés de bio-raffinage. Ce travail est centré sur le développement d’analyses physiques et biochimiques in-situ (viscosimétrie, focus beam reflectance measurement) et ex-situ (rhéometrie, granulométrie laser, morphogranulométrie, sédimentation…) pour améliorer la compréhension des mécanismes de déstructuration desfibres lignocellulosiques et caractériser les cinétiques de libération de carbone fermentescible. Des substrats modèles (cellulose microcristalline, papier Whatman) et industriels (pâte à papier, bagasse de canne à sucre) ont été utilisés avec différentes conditions d'hydrolyse (1% à 30%w/v, 0.1 à 0.5mL enzyme/ g cellulose). Les résultats obtenus ont permis:- de proposer et de valider les mesures in-situ de la viscosité de la suspension et de la distribution des longueurs de corde des particules, ainsi que sa conversion en distribution de diamètre.- de montrer l'impact de la nature et de la concentration de substrat et des ratios enzyme/substrat sur les évolutions des paramètres physico-biochimiques lors de l'hydrolyse. Ces effets ont été quantifiés sur les limitations de transfert.- d'établir un modèle phénoménologique de comportement rhéologique des suspensions initiales- de montrer que les cinétiques physico et bio-chimiques sont des cinétiques du second ordre- de montrer que, pour des hydrolyses à haute teneur en matière sèche, on peut réduire considérablement la limitation des transferts liée aux hautes concentrations et contrôler la cinétique de production de glucose par une stratégie d’ajouts cumulés desubstrat. / In the context of biofuels and chemicals production of petroleum substitutes from renewable carbon, bioconversion of lignocellulose biomasses is currently a major challenge. The limited knowledge of liquefaction and saccharification mechanisms stands as the main factor which penalizes bio-refinery progress. The present work is centred on the development of in-situ(viscosimetry, focus beam reflectance measurement) and ex-situ (rheometry, diffraction light scattered, morphometry, decantation…) physical and biochemical analysis to expand our understanding of the destructuration mechanisms of lignocellulose fibres and to characterise the release kinetics of fermentable cellulosic carbon. Model (microcrystalline cellulose,Whatman paper) and industrial (paper-pulp, sugarcane bagasse) lignocellulose matrices under a large range of hydrolysis conditions (1% up to 30%w/v and 0.1 up to 0.5mL enzyme/g cellulose) were studied during 24h hydrolysis experiments (pertinent period to appreciate transfer limitations). Our scientific results allow:- to propose and validate the in-situ measurements of the suspension viscosity and chord length distribution together with its conversion into particle size distribution.- to demonstrate the impact of the substrate nature and concentration and of the enzymatic ratios on the evolution of physical- and biochemical parameters during hydrolysis. Their impacts on transfer phenomena were quantified.- to establish phenomenological models for rheological behaviour of initial suspensions.- to describe all physical (viscosity, particle size) and biochemical (substrate and product) kinetics by second order reaction models.- to demonstrate that, for high dry matter concentration hydrolysis, a cumulative feeding substrate strategy allows considerably reducing the transfer limitations linked to high concentrations and to control the glucose production kinetics.