Academic literature on the topic 'Ammoniac – Propriétés physico-chimiques'

Les procédés de séparation de phases des digestats de méthanisation des boues d’épuration nécessitent encore d’être optimisés pour garantir une valorisation noble des phases liquide et solide obtenues. L’ajout de réactifs de coagulation-floculation, fréquemment de type polyacrylamide cationique, est un outil pertinent à cette optimisation. Il existe actuellement un intérêt grandissant pour les biopolymères naturels, produits à partir de ressources renouvelables et présentant une innocuité environnementale. Le chitosane fait partie des biopolymères les plus abondants dans le monde, et a fait l’objet de plusieurs recherches en coagulation-floculation d’effluents et de digestat. Toutefois, ses applications sont limitées à des conditions acides puisqu’il n’est pas soluble aux valeurs de pH supérieures à 6. Afin d’étendre sa solubilité sur toute la gamme de pH, il est possible de le fonctionnaliser, notamment avec du chlorure de glycidyltriméthylammonium pour y greffer une charge cationique (ammonium quaternaire). Au cours de cette étude, trois lots de chitosane fonctionnalisé de différents degrés de quaternisation (DQ) ont été synthétisés et testés sur un digestat de méthanisation de boue de station de traitement des eaux usées tout en étant comparés à un floculant de type polyacrylamide cationique usuel. Ont été évalués les effets du DQ sur les propriétés physico-chimiques du digestat et son comportement rhéologique, sa décantabilité et sa filtrabilité. Les tests ont révélé que l’ajout de chitosane quaternisé entraîne peu ou pas de variations du pH et de la conductivité électrique du digestat, tandis qu’il génère une baisse de la viscosité du digestat, au contraire du polymère commercial qui augmente son caractère visqueux. Concernant la séparation de phases, les floculants améliorent tous la décantabilité du digestat et diminuent sa résistance spécifique à la filtration. Quel que soit le paramètre étudié, l’efficacité du chitosane fonctionnalisé augmente avec l’augmentation du DQ et de la dose appliquée.

Etude de l'influence de la nature de l'halogene et du ph sur les equilibres d'hydrolyse et de conversion des haloamines entre elles et sur la reactivite de la monohaloamine sur nh::(3), les amines et les hydrazines. Spectres uv de nh::(2)br, nh::(3)br**(+), ch::(3)nhbr et ch::(3)nbr::(2). Constantes d'equilibre d'hydrolyse. Etude de la formation de nh::(2)cl

Dans le cadre du projet simulation, le Commissariat à l'énergie atomique (CEA) vise à reproduire les conditions de pression et de température d'une fusion thermonucléaire avec le laser Mégajoule (LMJ). Certains composants optiques du LMJ, en particulier certaines lentilles de focalisation, sont revêtus d'une couche antireflet (AR) réalisée par un procédé sol-gel. Ces films sont composés de nanoparticules de silice de 10 nm de diamètre avec 55% de porosité. Pour augmenter la résistance mécanique de ces couches, les films sont exposés aux vapeurs d’eau et d'ammoniac pendant un post-procédé. Ce post-traitement crée des liaisons covalentes entre les nanoparticules de silice et renforce ainsi le film colloïdal. Afin de donner toutes les qualités d’un revêtement optique, outre les propriétés optiques clefs, nous nous sommes donnés comme objectif de comprendre la stabilité mécanique de ces nanomatériaux. En particulier, nous avons souhaité, dans le cadre de cette thèse, avoir une meilleure compréhension du procédé de durcissement ammoniac et pour cela nous avons entrepris une étude complète des paramètres physiques et chimique qui gouvernent l’élasticité de cet assemblage de nanoparticules. Dans un second temps, nous avons mis en évidence l’apparition d’un faïençage de surface provoquant de la diffusion optique et une diminution du renforcement mécanique durant le post-procédé. Dans le but de minimiser, voire supprimer ces fissurations de surface, nous avons réalisé une étude paramétrique pour dégager les éléments responsables de ce faïençage
Within the framework of the simulation project, the Atomic Energy Commission (CEA) aims to reproduce the pressure and temperature conditions of a thermonuclear fusion with the Megajoule laser (LMJ). Some of the optical components of the LMJ, in particular some focusing lenses, are coated with an antireflective (AR) layer made by a sol-gel process. These films are composed of silica nanoparticles 10 nm in diameter with 55% porosity. To increase the mechanical strength of these layers, the films are exposed to water and ammonia vapors during a post-process. This post-treatment creates covalent bonds between the silica nanoparticles and thus strengthens the colloidal film. In order to give all the qualities of an optical coating, besides the key optical properties, we have set ourselves the objective of understanding the mechanical stability of these nanomaterials. In particular, we wanted, in the context of this thesis, to have a better understanding of the ammonia hardening process and for that we undertook a complete study of the physical and chemical parameters that govern the elasticity of this assembly of nanoparticles. In a second step, we highlighted the appearance of surface cracking causing optical diffusion and a decrease in mechanical reinforcement during the post-process. In order to minimize or even eliminate these surface cracks, we performed a parametric study to identify the elements responsible for this cracking

La décarbonisation de toute forme d'énergie est urgente pour lutter contre le changement climatique. L'ammoniac produit à partir d'énergies renouvelables, est non seulement un vecteur d'énergie mais aussi un carburant potentiel sans carbone dans sa structure pour toutes applications thermiques (turbine à gaz, fours, et moteurs). Sa combustion moins réactive que les carburants traditionnels peut-être améliorée avec l'ajout d'un carburant plus réactif et neutre en carbone, tel que l'hydrogène, et les bio-carburants, comme le bio-éthanol. L'objectif de ce travail de thèse est donc d'évaluer le potentiel des mélanges ammoniac/éthanol depuis le processus d'injection et de combustion jusqu'à l'efficacité et aux polluants émis dans le cas d'un moteur à allumage commandé. Une première partie est consacrée à la thermodynamique des mélanges d'ammoniac et d'éthanol. Il a pu être montré que ces deux molécules, totalement miscibles entre elles, peuvent être injectées sous forme liquide, mélangées dans la chambre à combustion. La caractérisation du spray liquide, en deuxième parti, a permis de mettre en évidence leur morphologie drastiquement différente des sprays d'éthanol pur, et d'essence comme référence. La forte vaporisation de l'ammoniac entraine une très forte chute de température (jusque -40/-60 °C) qui rend le spray plus fin et long. Cette géométrie si différente joue sur le mélange local air/carburant dans la chambre de combustion, affectant le processus d'initiation et de développement de la combustion et de formation des polluants. La vitesse de flamme laminaire est l'un paramètres fondamentaux clés pour les applications thermiques, et les simulations. Elle a été caractérisée dans une troisième partie pour les différents mélanges. Un faible ajout d'éthanol améliore fortement la combustion, des comparaisons avec mécanismes cinétiques actuelles ont aussi été réalisées afin de montrer les différentes voies de recherche encore nécessaires. La dernière partie a été consacrée à l'application moteur : une bonne performance et stabilité de ces mélanges a été obtenue, rendant ces mélanges de bons candidats pour décarboner le transport et la production d'électricité par groupe électrogène. Les mesures des émissions de polluants à l'échappement ont montré que l'ajout d'éthanol à l'ammoniac permet de limiter le rejet d'ammoniac imbrûlé ainsi que du N2O, gaz à fort impact sur le réchauffement climatique. Cependant, les émissions de NOx et de CO n'évoluent pas de manière monotone avec l'ajout d'éthanol et un maximum a été obtenu autour de 50/50, montrant la limite de ces mélanges
Decarbonization of all forms of energy is urgent to mitigate climate change. Ammonia produced from renewable energies is not only an energy vector but also a potential carbon-free fuel in its structure for all thermal applications (gas turbine, ovens, and engines). Its less reactive combustion than traditional fuels can be improved with the addition of a more reactive and carbon neutral fuel, such as hydrogen, and biofuels, such as bio-ethanol. The objective of this thesis work is therefore to evaluate the potential of ammonia/ethanol mixtures from the injection and combustion process to the efficiency and pollutant emitted in the case of a spark ignition engine. A first part is devoted to the thermodynamics of mixtures of ammonia and ethanol. It has been shown that these two molecules, which are completely miscible with each other, can be injected in liquid form and mixed in the combustion chamber. The characterization of the liquid spray, in the second part, made it possible to highlight their radically different morphology from sprays of pure ethanol, and of gasoline as a reference. The strong vaporization of ammonia causes a very strong drop in temperature (down to -40/-60°C) which makes the spray thinner and longer. This very different geometry affects the local air/fuel mixture in the combustion chamber, affecting the process of initiation and development of combustion and the formation of pollutants. Laminar flame speed is one of the key fundamental parameters for thermal applications and simulations. It was characterized in a third part for the different mixtures. A small addition of ethanol greatly improves combustion, comparisons with current kinetic mechanisms have also been carried out in order to show the various research still necessary. The last part was devoted to the engine application: good performance and stability of these mixtures was obtained, making these mixtures good candidates for decarbonizing transport and electricity production by generator. Measurements of exhaust pollutant emissions have shown that adding ethanol to ammonia makes it possible to limit the release of unburned ammonia as well as N2O, a gas with a strong impact on global warming. However, NOx and CO emissions do not evolve monotonically with the addition of ethanol and a maximum was obtained around 50/50, showing the limit of these mixtures

Dans ce travail, nous nous sommes intéressés à la synthèse et l’évaluation des propriétés physico-chimiques de tensioactifs hautement fluorés, capables de former en solution aqueuse des systèmes organisés (agrégats). Les intermédiaires réactionnels, 2-[F-alkyléthylthiol]-N,N-diméthyléthanamines synthétisés sont d’une importance majeure dans l’optique d’obtenir, en peu d’étapes, des tensioactifs dont les paramètres moléculaires sont aisément modulables. L’objectif de ce travail consiste d’abord en la synthèse de deux familles de tensioactifs de type ammoniums quaternaires : les bicaténaires monocéphales hybrides et les bicaténaires bicéphales (bisammoniums quaternaires) ainsi que l’évaluation de l’influence des paramètres structuraux (l’espaceur, la chaîne fluorée et la chaîne hydrocarbonée) sur les propriétés physico-chimiques de ces composés. Ensuite, nous avons testé leur capacité à former des agrégats en solution au-delà de la concentration d’agrégation critique (CAC) ou concentration micellaire critique (CMC) dans les cas où les agrégats formés sont des micelles. L’évaluation des propriétés tensioactives à l’interface air/eau de ces substances par la détermination de la tension de surface (γs), la concentration micellaire critique (CMC) et l’énergie de micellation (∆G°M) montre que ces molécules sont plus performantes que leurs homologues hydrocarbonés décrits dans la littérature et peuvent former des agrégats à des concentrations relativement faibles. L’étude de la taille de ces agrégats par la technique de diffusion de la lumière en mode dynamique « Dynamic Light Scattering » (DLS), montre la présence d’agrégats géants qui est confirmée par l’étude en microscopie électronique à balayage (MEB). Cette technique (MEB), nous a permis de montrer la présence de vésicules géantes qui peuvent jouer un rôle dans plusieurs domaines (médicaments, colorants, semi-conducteurs…) en particulier en pharmacologie comme transporteurs de médicaments
In this work, we were interested in the synthesis and the evaluation of the physicochemical properties of highly fluorinated surfactants able to form molecular organized system in aqueous solution (aggregates). The intermediates, 2-[F-alkylethylthio]-N,N-dimethylethanamines synthesized are of major importance in the aim to obtain, in few steps, surfactants with easily changeable molecular parameters. The objective of this work was first to synthesize two families of quaternary ammonium type surfactants : bitail hybrid and Gemini (quaternary bisammoniums) surfactants as well as to evaluate the influence of the structural parameters (the spacer, the fluorinated chain and the hydrocarbon chain) on the physiochemical properties of these compounds. Then we have tested their capacity to form aggregates in solution beyond the critical aggregation concentration (CAC) or critical micellar concentration (CMC) if the formed aggregates are micelles. The evaluation of the surface-active properties to the air/water interface of these substances by the determination of the surface tension (γs), the crucial micellar concentration (CMC) and the energy of micellization (∆G°M) shows that these molecules are more efficient than their hydrocarbon counterparts described in the literature and that they can form aggregates at relatively weak concentrations. The study of the size of these aggregates by Dynamic Light Scattering (DLS), shows the presence of giant aggregates which is confirmed by the study in scanning electronic microscopy (SEM). This technique (SEM), allowed us to show the presence of giant aggregates which can play an important role in several fields (drug, dyes, semiconductors…) and in particular in pharmacology as drugs delivering systems

De nombreuses substances chimiques sont susceptibles de mener à des phénomènes d’incompatibilité, lors de leur mise en contact volontaire ou accidentelle avec d’autres substances ou matériaux. Pour maîtriser ces risques chimiques, notamment dans l’environnement industriel, une identification rapide et précise de ces incompatibilités est nécessaire. Cette identification s’effectue, jusqu’à présent, par des essais de laboratoire (DSC) et les résultats sont collectés, par exemple, dans les fiches de données de sécurité de chaque produit et dans des tables d’incompatibilité existant dans la littérature. Cependant, les informations fournies sont limitées et ne permettent pas d’identifier et de comprendre la relation cause-effet de l’incompatibilité entre deux substances concernées, ni le mécanisme chimique par lequel cette incompatibilité se produit. Dans ce contexte, la prédiction a priori de la réactivité entre deux molécules, ou plus, par modélisation moléculaire devient un outil complémentaire aux essais expérimentaux pour pouvoir comprendre et prédire de manière fiable les chemins réactionnels et les produits qui se forment lorsque des substances chimiques sont en contact. En vue d’améliorer la compréhension des mécanismes d’incompatibilités chimiques entre substances chimiques pour accroître la sécurité liée aux substances pendant leur utilisation, stockage et transport, une première thèse (S. Cagnina, 2011-2014), en collaboration avec Chimie ParisTech, s’est intéressée à comprendre à l’échelle moléculaire quelques mécanismes d’incompatibilités chimiques mettant en jeu le nitrate d'ammonium (NA) en utilisant les outils de chimie quantique, telle que la DFT . La thèse proposée vise à accumuler des cas d’études d’incompatibilités de contaminants avec le NA pour développer des méthodes de prédiction (en se focalisant sur les étapes clés des mécanismes réactionnels) de la présence ou non d’incompatibilité et ainsi aller vers le développement d’un outil informatique de prédiction. Un autre enjeu scientifique est d’associer aux considérations thermodynamiques, la dimension cinétique, pour prévoir notamment la cinétique de formation de produits dangereux. Les résultats seront confrontés à des essais réalisés à l’INERIS ou au CERL (Canadian Explosive Research Laboratory)
Many chemicals are likely to lead to incompatibility when they are brought into voluntary or accidental contact with other substances or materials. To control these chemical risks, particularly in the industrial environment, a rapid and precise identification of these incompatibilities is necessary. This identification is carried out so far by laboratory tests (DSC) and the results are collected, for example, in the safety data sheets of each product and in tables of incompatibility existing in the literature. However, the information provided is limited and does not make it possible to identify and understand the cause-effect relationship of the incompatibility between two substances concerned, nor the chemical mechanism by which this incompatibility occurs. In this context, a priori prediction of the reactivity between two molecules or more by molecular modeling becomes a complementary tool to the experimental tests in order to be able to reliably understand and predict the reaction paths and the products that form when chemical substances are in touch. A first thesis (S. Cagnina, 2011-2014), in collaboration with Chimie ParisTech, aims to improve the understanding of the mechanisms of chemical incompatibilities between chemical substances to increase the safety of substances during their use, storage and transport. Was interested in understanding at the molecular level some mechanisms of chemical incompatibilities involving ammonium nitrate (NA) using the tools of quantum chemistry, such as DFT. The proposed thesis aims to accumulate cases of incompatibility studies of contaminants with the NA to develop prediction methods (focusing on the key steps of the reaction mechanisms) of the presence or absence of incompatibility and thus go towards the Development of a prediction computer tool. Another scientific challenge is to associate with thermodynamic considerations, the kinetic dimension, to predict in particular the kinetics of formation of dangerous products. The results will be tested at INERIS or CERL (Canadian Explosive Research Laboratory)

La baie de Bourgneuf, située sur la cote Atlantique au sud de l'estuaire de la Loire, est le siège depuis une quinzaine d'années d'un développement de l'aquaculture, base sur la présence d'eaux souterraines salées, caractérisées par une richesse nutritive et servant de support à la production de micro algues marines destinées à l'alimentation de mollusques bivalves. Après avoir rappelé les caractéristiques générales des eaux souterraines et la localisation des aquifères salés dans le monde, les eaux souterraines salées étudiées et leurs utilisations sont resituées par rapport au cadre géologique, structural et socio-économique de la baie de Bourgneuf. Les particularités physico-chimiques de ces eaux, inhérentes à leur origine, nous obligent à devoir adapter certaines techniques d'analyses, mises au point pour l'eau de mer, afin de pouvoir estimer avec plus de certitude et de fiabilité leur qualité physico-chimique et leur fertilité potentielle pour des micro algues-tests. L'application de ces méthodes adaptées aux eaux souterraines nous a permis de mettre en évidence une forte variabilité de ces deux paramètres en fonction de la localisation géographique des 47 forages dont l'eau a été échantillonnée. Une relation linéaire apparait entre la concentration en azote ammoniacal dissous et la biomasse produite des trois algues testées. La croissance optimale de haslea ostrearia est observée avec une concentration de 110-130 moles nh#4l#-#1 ; cette algue ne peut plus croitre à partir d'une teneur en cet élément de 200-250 moles. L#-#1. A cette concentration, la diatomée centrique skeletonema costatum est caractérisée par un optimum de croissance alors que phaeodactylum tricornutum atteint celui-ci pour une teneur de 2 mmoles. L#-#1 ; la toxicité de l'eau pour ces deux algues est observée respectivement à partir de 600 moles nh#4. L#-#1 et 7,5-8 mmoles. L#-#1. Un effet positif du fer et du manganèse, en concentrations relativement élevées dans les eaux souterraines étudiées, est noté sur l'activité photosynthétique de cette espèce et la production de biomasse, avec notamment un effet positif synergique lorsqu'ils sont apportés en mélange. De même une augmentation de la production de lipides, protéines et glucides totaux est mise en évidence lorsque le milieu de culture est enrichi en fer et en manganèse. Le travail présenté montre ainsi l'importance de ces eaux pour la culture de micro algues marines et surtout l'intérêt d'une bonne connaissance de leur qualité physico-chimique pour pouvoir optimiser cette production, par le respect des concentrations optimales en différents éléments pour chacune des diatomées retenues. Il précise également la nécessité de respecter des protocoles de prélèvement et d'analyses de qualité adaptés à ces eaux à la chimie bien particulière.

Une analyse détaillée des propriétés physico-chimiques des nanoparticules (NP) anthropogéniques est nécessaire pour comprendre à un niveau mécanistique leurs interactions/toxicité potentielle avec/envers les composants biotiques des systèmes aquatiques naturels. Une telle analyse est également requise pour réaliser une évaluation complète et une optimisation de la performance des méthodes d’(ultra)filtration développées pour circonscrire le relargage des NPs dans les milieux aquatiques. Dans ce contexte, l'objectif de cette thèse de doctorat était de déchiffrer les processus physico-chimiques fondamentaux régissant la capture de nanodendrimères carboxylés (PAMAM-COOH) - utilisés fréquemment dans des applications biomédicales – par des films multicouches du type (poly(diallyldiméthylammonium)chlorure-poly(acide acrylique))n ((PDADMAC-PAA)n) assemblés par déposition séquentielle des composantes polymériques cationique et anionique. À cette fin, une étude systématique des propriétés électrohydrodynamiques des NPs PAMAM-COOH a d'abord été effectuée en fonction du pH et de la concentration en sel monovalent du milieu. Sur la base de la théorie électrocinétique de particules molles ayant une fonctionnalité zwitterionique, il est démontré que les caractéristiques électriques interfaciales des NPs considérées sont déterminées à la fois par des contributions électrostatiques de surface et volumique des nanoparticules, lesquelles dependent de l’extension intraparticulaire de la double couche électrique. L’existence de ces deux types de contributions conduit à un changement remarquable de signe de la mobilité des NPs en modifiant la concentration du sel monovalent en solution et à une dépendance prononcé du point de zéro mobilité des NPs avec la concentration de l’électrolyte. En outre, une confrontation quantitative entre résultats expérimentaux et théorie souligne comment les modifications structurales des NPs induites par des changements de pH et de salinité affectent les caractéristiques électrocinétiques des dendrimères. Dans une deuxième partie, la structure, la morphologie et les propriétés mécaniques des films PDADMAC-PAA et leur évolution temporelle dans des conditions de vieillissement naturel ou après traitement thermique ont été déterminées par microscopie à force atomique (AFM) et analyses microspectroscopie Raman. Les résultats démontrent que les films multicouches PDADMAC-PAA de type exponentiel présentent des caractéristiques mécaniques et structurelles typiques de films polyélectrolytes multicouches à croissance linéaire. En particulier, leur relaxation lente vers un état d’équilibre est accélérée après traitement thermique à 60°C et se révèle être intimement liée à l'instabilité de domaines de films riches en PDADMAC, épuisés en eau (faits confirmés par la théorie de la fonctionnelle de la densité) et marqués par la présence de structures caractéristiques en forme de ‘donuts’. Dans une dernière partie, des résultats préliminaires sont donnés pour la dépendance de l'élasticité des films multicouches PDADMAC-PAA avec la concentration en solution de nanodendrimères. Les résultats suggèrent que ces films multicouches complexes constituent une option prometteuse pour la capture et l'élimination de nanodendrimères carboxylés présents en milieux aqueux
A detailed analysis of the physicochemical properties of engineered nanoparticles (NPs) is required to understand on a mechanistic level their interactions/potential toxicity with/towards biotic components of fresh water systems. Such an analysis is further mandatory to achieve a comprehensive evaluation and optimisation of the performance of (ultra)filtration methods developed to prevent NPs release into aquatic media. Within this context, the aim of this PhD thesis was to decipher the basic physico-chemical processes governing the loading of carboxylated-poly(amidoamine) (PAMAM-COOH) nanodendrimers -commonly employed in biomedical applications- into layer-by-layer assembled (poly(diallyl dimethyl ammonium) chloride-poly(acrylic acid))n ((PDADMAC-PAA)n) multilayer films. For that purpose, a systematic investigation of the electrohydrodynamic properties of PAMAM-COOH NPs was first performed as a function of pH and monovalent salt concentration in solution. On the basis of advanced electrokinetic theory for soft particles with zwitterionic functionality, it is demonstrated that the interfacial electrostatic features of the considered NPs are determined both by surface and bulk particle contributions to an extent that depends on electrolyte concentration. This leads to a remarkable NPs mobility reversal with changing monovalent salt concentration and to a marked dependence of the point of zero NPs mobility on electrolyte content. In addition, confrontation between experiments and theory further highlights how pH- and salt-mediated modifications of the NP particle structure affect dendrimer electrokinetic features at large pH and/or low salt concentrations. In a second part, the structure, morphology and mechanical properties of PDADMAC-PAA films, and their evolution over time under natural aging conditions or after thermal treatment, were addressed from atomic force microscopy (AFM) and Raman microspectroscopy analyses. Results evidence that PDADMAC-PAA multilayer films of exponential type exhibit mechanical and structural features that are typical for polyelectrolyte multilayer films with linear growth. In particular, their slow relaxation to equilibrium is accelerated after heating treatment at 60°C and, in line with density functional theory computation, this relaxation dynamics is shown to be intimately connected to instability of film domains rich in PDADMAC, depleted in water and marked by the presence of characteristic donut-like structures. In a final part, the reported dependence of PDADMAC-PAA multilayer films elasticity on concentration of nanodendrimers in bulk solution suggests that these complex multilayer films constitute a promising option to be further investigated for the loading and removal of carboxylated nanodendrimers from aqueous environments