Academic literature on the topic 'Hydrogène (combustible) – Propriétés physico-chimiques'

Malgré l’échec des initiatives de régénération à restaurer les écosystèmes de mangroves diversifiés et fonctionnels, les études sur le rôle joué par le milieu physicochimique sont rares. Cette étude a été menée pour déterminer les paramètres dendrométriques, les propriétés physicochimiques de l’eau et du sol et comment elles influencent le processus de régénération des mangroves. Pour cela, deux transects de 40 m de long et 10 m de large ont été établis par site, subdivisés ensuite en placettes de 100 m2 dans lesquelles les plantules ont été mesurées, des échantillons d’eau et de sol prélevés et analysés. Les tests statistiques ANOVA à un facteur et de corrélation de Pearson, au seuil de 5%, ont été utilisés pour, respectivement, comparer les deux sites et croiser les catégories de paramètres. Les meilleurs paramètres dendrométriques ont été enregistrés dans la parcelle de régénération naturelle de Tiko. Les valeurs des propriétés physicochimiques de l’eau montraient que ce site, proche du milieu urbain, est plus pollué que la plantation de Mbiako, situé en milieu rural. Par ailleurs, les sols étaient organiques et hyper acides mais soumis à une faible minéralisation. La matrice de corrélation montrait une forte influence des propriétés physicochimiques de l’eau en particulier la turbidité, salinité, conductivité et résistivité électriques et les solides totaux dissouts mais aussi de certaines propriétés chimiques du sol comme le potassium, sodium, phosphore et potentiel hydrogène sur le diamètre, hauteur et densité des plantules. De ces résultats, il faudrait prendre en compte ces facteurs déterminants lors des opérations sylvicoles pour garantir le succès des initiatives de régénération des mangroves. English title: Characterization of physicochemical and dendrometric parameters in mangrove regeneration treatments of the Cameroon Estuary Despite the failure of regeneration initiatives to restore diversified and functional mangrove ecosystems, the studies on the role of physicochemical environment are rare. This study was conducted to determine dendrometric parameters, physicochemical properties of water and soil and how the latter could influence the mangrove regeneration processes. So two transects of 40 m long and 10 m wide were established per study area. Those transects were then divided into plots of 100 m2 inside which seedlings were measured, soil and water samples were taken and analyzed. The one way ANOVA and correlation tests, at 5% threshold, were used, respectively, to compare the two study areas and correlate the parameter categories. The best dendrometric parameters were observed in the Tiko natural regeneration parcel. The values of physicochemical properties of water showed that this site, close to the urban zone, is more polluted than the one of Mbiako plantation, situated in rural zone. Moreover, the soils of the two sites were hyper acidic and organic but submitted to low mineralization processes. The Pearson correlation table showed a high influence of physicochemical parameters of water particularly the turbidity, salinity, electric conductivity and resistivity and the total dissolved solids in water but also some chemical properties of soil such as potassium, sodium, phosphorous and hydrogen potential on diameter, height and density of seedlings. According to these results, it is necessary to take into account those determinant factors during forestry operations for guarantee the success of mangrove regeneration initiatives.

Le stockage d'hydrogène est sans doute le dernier verrou au développement à grande échelle des piles à combustible. Utiliser l'hydrogène comme vecteur énergétique, produire efficacement de l'électricité sans avoir recours aux énergies fossiles et rejeter uniquement de l'eau, il s'agit là peut-être de la prochaine révolution technologique, écologique et qui signera la fin des problèmes environnementaux en terme d'énergie.L'hydrogène gazeux est dangereux et son stockage à l'état solide représente une solution mais au détriment de la quantité stockée et des conditions d'utilisation.Dans ce contexte, la recherche de nouveaux matériaux avec des propriétés physico-chimiques nouvelles est souhaitable.Cette thèse s’inscrit dans cette démarche d'investigation : d'une part mettre en oeuvre et utiliser de nouvelles techniques de recherche structurale théorique pour explorer les possibilités qu'offrent les alliages métalliques ; ensuite entreprendre la synthèse de couches minces de métaux et d'alliages au moyen de l’ablation laser pulsé pour bénéficier des atouts de cette méthode.L'étude théorique menée au cours de cette thèse a permis de montrer l'impact des contraintes de pression sur la formation et la stabilité d'alliages dans de nombreux systèmes binaires. Des pistes sur l'hydrogénation possible de nouvelles structures ont également été présentées.D'autre part, l'adversité de l'ablation laser pulsé pour la synthèse de couches minces a été mise en lumière et de grandes disparités dans les conditions de dépôts sont à déplorer. Cette méthode permet de parvenir à des morphologies singulières, ouvrant ainsi à des perspectives dans la conception de ces nouveaux matériaux
Hydrogen storage is probably the last lock facing the development of fuel cells system.Hydrogen is a non-harmful, non-polluting that can be used as an energy vector, allowing to produce fossil fuel free electricity efficiently and releasing only water.It could trigger the next technological and green revolution, marking the end of environmental concerns related to energy.Hydrogen is the most energetic gas. These double-edged caracteristics makes it attractive and unsafe at the same time. Solid state storage can be seen as a solution in spite of a moderate hydrogen uptake and a poor desorption process.In this context, research of new materials with enhanced physico-chemical properties is desirable and represent the aim of this work.This thesis is an investigation study. On the one hand, with the help of efficient theoretical structural prediction systems, an exploration of the infinite possibilities offered by metal alloys has been performed. On the other hand, pulsed laser deposition of metal thin films has been implemented to make use of its benefits.The present theoretical study has highlighted the influence of external strains on stability and emergence of alloys in numerous binary systems. In addition, a search for potential hydrides was carried out. Informations obtained are encouraging the use of similar prediction schemes in order to identify new systems.From metallic thin films made by pulsed laser ablation, deposition difficulties and disparities in procedures have been put forward. Nonetheless, singular morphologies have been achieved by this process, opening new insights for designing novel materials

Dans cette étude, la réaction de reformage du méthane par le CO2 a été étudiée en présence de catalyseurs à base de ruthénium et cuivre déposés sur Al2O3, CeO2 et oxydes binaires CeO2-Al2O3 ainsi que oxyde mixtes issus de précurseurs hydrotalcites. Le but de ce travail est la réduction des gaz à effet de serre (CH4 + CO2) afin d’obtenir le gaz de synthèse (H2 + CO) qui sera utilisé pour différentes applications dont l’énergie propre. Les catalyseurs ont été préparés par imprégnation à sec et caractérisés par différentes méthodes physico-chimique (BET, DRX, IR-FT, UV-Visible, TPR, ATD/TG et RPE) afin de dégager des corrélations entre leurs propriétés physico-chimique et leurs performances catalytiques. Les influences sur l’activité catalytique des différentes conditions et du prétraitement des solides ont été étudiées. La production d'hydrogène est fortement influencée par la nature de la phase métallique et des supports utilisés. Il est remarquable que les deux types de catalyseurs (Ru et Cu/support) n’ont pas des activités similaires pour la réaction étudiée. Les catalyseurs à base de ruthénium sont beaucoup plus actifs que ceux à base de cuivre. Les hydrotalcites se sont montrés performant pour la réaction de reformage, mais ils produisent une grande quantité du coke qui désactive facilement le catalyseur. Parmi tous les catalyseurs étudiés, le solide contenant 5% de RuO2 sur le support d’oxydes binaires CeO2-Al2O3 s'est avéré le plus actif et le plus stable. L’importante réactivité de ce catalyseur est associée d’une part à la bonne dispersion des espèces de ruthénium métallique et d’autre part à la très faible quantité de coke observé sur le catalyseur après 14 jours de vieillissement
In this study, the reaction of methan reforming with CO2 was investigated in the presence of catalysts based on ruthenium and copper deposited on Al2O3, CeO2-Al2O3 binary oxides and mixed oxides from hydrotalcite precursors. The aim of this work is reduction of greenhouse gases (CH4 + CO2) to obtain the synthesis gas (H2 + CO) to be used for various applications including clean energy. The catalysts were prepared by dry impregnation and characterized by various physico-chemical methods (BET, XRD, FT-IR, UV-VIS, TPR, DTA/TG and EPR) to identify correlations between their physico-chemical properties and their catalytic performance. Influence of different conditions and solids pretreatment on the catalytic activity have been studied. Hydrogen production is strongly influenced by the nature of the metal phase and the support used. It is noteworthy that both types of catalysts (Ru and Cu/support) were not similar activities for the reaction studied. The ruthenium-based catalysts are much more active than those based on copper. Hydrotalcites have proved effective for the reforming reaction, but they produce a large amount of coke which deactivates the catalyst easily. Among all catalysts are studied, the solid containing 5% RuO2 on the support of CeO2-Al2O3 binary oxides was the most active and most stable. The high reactivity of this catalyst is associated to good dispersion of ruthenium species and to the very low amount of coke on the catalyst observed after 14 days of aging

En vue d'atteindre la neutralité carbone d'ici 2050, l’Union européenne envisage l'hydrogène comme un vecteur énergétique prometteur afin de réduire la consommation des ressources fossiles. Alors que les piles à combustible et les véhicules électriques occupent déjà une place importante dans la décarbonation du secteur des transports, l'hydrogène est également considéré comme une alternative aux carburants conventionnels pour les véhicules lourds. Toutefois, de nombreux obstacles liés aux propriétés physico-chimiques ainsi qu’à la combustion pauvre en hydrogène sont encore à l’étude : apparition de phénomènes de combustion anormale, production d'oxydes d'azote, instabilités dues aux effets thermodiffusifs. Cette thèse contribue à la compréhension du processus d’auto-inflammation des mélanges pauvres hydrogène/air ainsi qu’au phénomène de propagation des flammes prémélangées laminaires et turbulentes. Dans une première partie, des mesures de délais d’auto-inflammation hydrogène/air et hydrogène/air/oxydes d’azote sont réalisées à l’aide d’une machine à compression rapide afin de revisiter et valider un mécanisme cinétique dans des conditions similaires à celles rencontrées dans un moteur à allumage commandé. Dans une deuxième partie, des flammes laminaires prémélangées en expansion sont étudiées au sein d’une chambre de combustion sphérique à volume constant, en faisant varier la température initiale ainsi que la dilution à la vapeur d’eau et en considérant les instabilités intrinsèques liées aux propriétés physico-chimiques de l’hydrogène : instabilités thermodiffusives, hydrodynamiques et liées à la pesanteur. Dans une dernière partie,des flammes turbulentes prémélangées en expansion sont caractérisées par génération d’une turbulence homogène et isotrope au sein d’une chambre sphérique. Une étude paramétrique est réalisée par rapport à un cas de référence en faisant varier l’intensité turbulente, la pression initiale et la richesse. Finalement, une corrélation turbulente est proposée afin de décrire la propagation de ces flammes et en vue d’être utilisée dans des modèles numériques
In order to reach carbon neutrality by 2050, the European Union is considering hydrogen as a promising energy carrier to reduce reliance on fossil fuels. While fuel cells and electric vehicles already play an important role in decarbonizing the transport sector, hydrogen is also seen as an alternative to conventional fuels for heavy-duty vehicles. Yet, a number of challenges linked to the physico-chemical properties of lean hydrogen combustion are still under investigation: abnormal combustion phenomena, production of nitrogen oxides,instabilities due to thermodiffusive effects, to state a few. This thesis contributes to the understanding of the auto-ignition process in lean hydrogen/air mixtures, as well as the propagation of laminar and turbulent premixed flames. First, measurements of hydrogen/air and hydrogen/air/nitrogen oxides ignition delay times are carried out using a rapid compression machine, to update and validate a kinetic mechanism under spark ignition engine-like conditions. Second, outwardly propagating spherical premixed laminar flames were studiedin a constant-volume combustion chamber, varying the initial temperature and steam dilution, and considering the intrinsic instabilities linked to the physico-chemical properties of hydrogen namely thermodiffusive,hydrodynamic and gravity-related instabilities. Then, expanding premixed turbulent flames are characterized by the generation of a homogeneous and isotropic turbulence zone within a spherical chamber. A parametric study is conducted by varying turbulent intensity, initial pressure and equivalence ratio. Finally, a turbulent correlation is proposed to describe the turbulent propagation of such flames, for use in numerical models

La voie de synthèse classiquement utilisée pour la fabrication des combustibles carbures consiste à carboréduire à haute température (1600°C) et sous vide primaire un mélange des poudres d'AnO2 et de graphite. Ces conditions sont pénalisantes pour la synthèse des carbures mixtes (U,Pu)C, à cause de la volatilisation du plutonium. C'est pourquoi l'un des buts principaux des travaux réalisés a été de diminuer la température de carboréduction. Nos travaux se sont portés principalement sur l'abaissement de la température de carboréduction de l'oxyde d'uranium. Ce résultat a pu être obtenu en augmentant la surface réactionnelle entre le carbone et l'oxyde d'uranium. Pour ce faire des suspensions colloïdales de nanoparticules d'oxyde d'uranium ont été préparées et stabilisées par des éthers cellulosiques. Les éthers cellulosiques servent à la fois de stabilisant pour les nanoparticules d'oxyde d'uranium mais aussi comme source de carbone pour la carboréduction. Ces précurseurs ont démontré être plus performant vis-à-vis de la carboréduction par rapport aux précurseurs de référence : une réduction de 300 °C de la température de carboréduction a été obtenue sous vide primaire. L'impact de ce type de précurseurs sur la carboréduction et les proriétés physico-chimiques ainsi que les caractérisations structurales et microstructurales des carbures obtenus ont été réalisées
The synthetic route conventionally used to manufacture carbides fuels involves carboreduction of a mixture of AnO2 powders and graphite at high temperature (1600 °C) and under a low vacuum. These conditions are disadvantageous for the synthesis of mixed carbides (U,Pu)C due to volatilization of plutonium. This is why one of the main goals of this work was to reduce the temperature of carboreduction. Our work was mainly carried on the lowering of the temperature of carboreduction of uranium oxide. This result was achieved by increasing the reaction surface between the carbon and uranium oxide. To do this colloidal suspensions of uranium oxide nanoparticles were prepared and stabilized with cellulose ethers. Cellulose ethers serve both as a stabilizer for the uranium oxide nanoparticles, but also as a carbon source for the carboreduction. These precursors have shown to be more efficient for the carboreduction compared to the standard precursors: a reduction of 300 °C on the carboreduction temperature was obtained under low vacuum. The impact of this type of precursors on the carboreduction and physicochemical properties and the structural and microstructural characterization of obtained carbide were performed

On a mené systématique des caractéristiques statiques et dynamiques de deux MEC commerciales (CM2 et Nafion®117) en présence d'un solvant miste H2O-MeOH à différentes compositions et températures. On a montré que les variations des grandeurs statiques sont beaucoup plus prononcées pour le Nafion que pour la CM2, ce qui est expliqué par l'influence du MeOH sur la constate diélectrique du milieu membranaire, par la différence de réticulation, et par le caractère auto-accéléré de la pénétration du MeOH dans le Nafion. L'interprétation des résultats relatifs à trois grandeurs dynamiques (conductivité électrique (km), perméabilité du MeOH (PM), nombre de transport (TA)) en utilisant le modèle microhétérogène (pour déterminer la fraction de la solution intergel f2) nous a permis de corréler ses variations avec la teneur en MeOH (XM) et d'expliquer les variations des énergies d'activation (EA). La corrélation entre Km et f2 a confirmé les conclusions de KREUER relatives aux microstructures des MEI (obtenues par SAXS) et a montré les limites du modèle microhétérogène. L'analyse de la courbe f2=f(XM) nous a permis d'améliorer le modèle de HAUBOLD en introduisant un nouveau paramètre. Les mesures de PM ont montré que la Nafion117 présente une fuite en MeOH supérieure à celle de la CM2, ce qui est attribué à leur différence de réticulation. Les mesures du TA ont montré une forte perte de sélectivité pour XM>30%. Ceci est dû à une forte pénétration de l'électrolyte à l'intérieur de la MEI et ç la formation de paires d'ions. Les modifications des MEI ont montré que chaque traitement réduit PM et km mais aucun ne permet d'avoir une MEI de faible PM et de km élevée
We have carried out a systematic study of the static and dynamic characteristics of two commercial MEC (CM2 and Nafion®117) in the presence oh H2O-MeOH mixed solvent for different compositions and temperaturs. We have showed that variations of static characteristics are much more pronounced for Nafion than for CM2, which is explained by the influence of MeOH on the dielectric constant of the membrane phase, by the cross-linking difference, and by the auto-accelarated character of the MeOH penetration in Nafion. The interpretation of the results given by three dynamic characteristics (electrical conductivity (km), MeOH permeability (PM), transport number (TA)) by using the micro-heterogeneous model (to determine the fraction of the intergel phase f2) allowsus to correlate these variations with the MeOH content (XM) and to explain the activation energy (EA) variations. The correlation between km and f2 confirmed KREUER's conclusions relative to MEC microstructures (acquired by SAXS) and showed the limits of the micro-heterogeneous model. The analysis of the curve f2=f XM) allowed us to improve HAUBOLD's model by intriducing a new parameter. The PM measurements showed that Nafion117 presents higher MeOH leakage than CM2, which is attributed to their cross-linking difference. TA measurements showed showed a strong selectivity loss for XM>30%. This is due to a strong electrolyte penetration inside the MEI and the formation of ion-pairs. The modifications of MEI showed that each treatment reduces PM and km, but none permits to have weak PM and high km

Notre étude a porté sur les propriétés physico-chimiques de molécules d’intérêt atmosphérique en phase gazeuse, en particulier le processus de microsolvatation, qui pourrait permettre de mieux comprendre ce qui conduit à la formation d’aérosols organiques secondaires. Nous avons étudié le mécanisme d’hydratation de plusieurs produits d’oxydation des monoterpènes, dont font partie le myrténal et le périllaldéhyde, qui sont deux aldéhydes insaturés de structures proches, avec la verbénone et la fenchone, qui sont deux cétones. Les structures de nombreux édifices (jusqu’à 3 molécules d’eau liées aux molécules) ont été optimisées par calculs de chimie quantique aux niveaux MP2 / 6- 311++G(d,p) et B3LYP-D3BJ / def2-TZVP. La cohésion des hydrates se fait grâce à des liaisons hydrogène et à des interactions de Van der Waals. Nous avons pu mettre enévidence l’existence de beaucoup d’entre eux par spectroscopie mircoonde en jet supersonique dans la gamme de fréquences 2 - 20 GHz et déterminer leur structure expérimentale.Pour le myrténal, nous avons enregistré et analysé le spectre de rotation pure, ainsi que ceux des isotopologues en abondance naturelle (13C et 18O). Avec l’appui des calculs de chimie quantique, nous avons déterminé sa structure moléculaire en phase gazeuse. Concernant les hydrates du myrténal, nous avons analysé le spectre de 2 mono-, 2 di- et un trihydrate, alors que pour le périllaldéhyde 4 mono- et 2 dihydrates sont caractérisés. Avec les cétones, nous avons analysé le spectre de 2 mono-, 2 di- et 1 trihydrate de la verbénone, alors que pour la microhydratation de la fenchone, nous avons caractérisé 2 mono-, 2 di- et 3 trihydrates. Afin de confirmer la structure des complexes, nous avons utilisé de l’eau enrichie en oxygène 18, ce qui nous a permis grâce aux constantes de rotation des isotopomères de calculer la structure des hydrates détectés en déterminant la position des atomes d’oxygène par le calcul de leurs coordonnées de substitution, ainsi qu’une structure effective limitée à l’arrangement des molécules d’eau autour du substrat
Our study deal on the physicochemical properties of molecules of atmospheric interest in the gas phase, in particular the microsolvation process, which could be useful to better understand what leads to the formation of secondary organic aerosols. We studied the mechanism of hydration of several oxidation products of monoterpenes, which include myrtenal and perillaldehyde, which are two unsaturated aldehydes of close structures, with the verbenone and the fenchone, which are two ketones. The structures of many conformers (up to 3 molecules of water bound to molecules) have been optimized by quantum chemistry calculations at MP2 / 6-311++G(d,p) and B3LYP-D3BJ / def2-TZVP levels of theory. The hydrates cohesion is done thanks to hydrogen bonds and Van der Waals interactions. We were able to evidence of the existence of many of them by supersonic jet mircowave spectroscopy in the range of frequencies 2 - 20 GHz and determine their experimental structure. For the myrtenal, we recorded and analyzed the pure rotation spectra, as well as those of isotopologists in natural abundance (13C and 18O ). With the support of quantum chemistry calculations, we have determined its molecular structure in the gas phase. Regarding the hydrates of myrtenal, we analyzed the spectra of 2 mono-, 2 di- and a trihydrate, while for perillaldehyde 4 mono- and 2 dihydrates are characterized. With ketones, we analyzed the spectra of 2 mono-, 2 di- and 1 trihydrate of verbenone, while for the microhydration of fenchone, we characterized2 mono-, 2 di- and 3 trihydrates. In order to confirm the structure of the complexes, we used water enriched with oxygen 18, which allowed us through the constants of rotation of the isotopomers to calculate the structure of the detected hydrates by determining the position of the oxygen atoms by calculating their substitution coordinates, as well an effective structure limited to the arrangement of water molecules around the substrate

Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse concerne la synthèse radiolytique et l'étude des propriétés physico-chimiques des atomes d’argent et de nanoparticules mono- et bimétalliques à base d’or. Dans la première partie de cette thèse, l’effet de ligand Br- sur les propriétés cinétiques et spectrales des atomes d’argent complexés a été étudié. La constante de vitesse de la réduction du complexe d’argent en présence de bromure a été déterminée par radiolyse impulsionnelle et le potentiel de réduction du couple AgBr43-/Ag0Br44- a été estimé à l’aide de cycles thermodynamiques. La comparaison de la valeur obtenue avec celle du couple AgBr43-/Ag0 + 4Br-, indique que la réaction de formation de l’atome d’argent complexé est plus favorable que celle de l’atome d’argent libre. Dans la seconde partie, l’effet d'agents stabilisants sur les propriétés structurales et électro-catalytiques de nanoparticules monométalliques d’or et de fer et bimétalliques à base d’or (Au/Fe et Au/Pt) induites par radiolyse stationnaire a été étudié. Nous avons confirmé le rôle important de l’agent stabilisant sur le processus de réduction d’ions métalliques, sur la morphologie des nanoparticules (forme et taille) ainsi que sur la composition élémentaire des nanoparticules formées en utilisant un mélange d'ions métalliques comme précurseurs. L’adjonction du fer à l’or permet pour différentes réactions impliquées dans les piles à combustible (réduction du proton, réduction de l’oxygène et oxydation du méthanol) d’obtenir des réponses électro-catalytiques importantes qui sont proches de celles du platine, actuellement le meilleur électro-catalyseur. Nous avons montré que les systèmes bimétalliques obtenus à base d’or présentent une forte activité bifonctionnelle et peuvent être utilisés tant à l’anode qu’à la cathode dans des piles à combustible
The aim of the present work was to study the physico-chemical properties of silver atoms, monometallic and gold-based bimetallic nanoparticles synthesized by the radiation chemical reduction method. In the first part of thesis, we studied the effects of bromide ligands on the kinetics and spectral properties of the silver atom complex. The rate constant for the reduction of AgIBr43- in aqueous solution was determined by pulse radiolysis and the redox potential of the couples AgIBr43-/Ag0Br44- and AgIBr43-/ Ag0 + Br44- were estimated with the help of thermodynamic cycles. Comparison of the obtained values indicates that the redox potential of the silver atom couple is lowered by bromide ligands and the formation of Ag0Br44- is more favourable than a free silver atom. In the second part, the effects of stabilizing agents on optical, structural and electrocatalytic properties of monometallic nanoparticles, such as gold and iron and bimetallic nanoparticles systems, Au/Fe and Au/Pt, prepared by gamma-radiolysis were studied. Our results offer a new strategy to present the effectiveness of the stabilizing agents in the process of metal ion reduction, in the nanoparticles morphology (shape and size) as well as in the elementary composition of bimetallic nanoparticles. This study indicates that the radiolysis method, which we used for the nanoparticles synthesis, allow us to obtain gold based bimetallic nanoparticles that showed an excellent electrocatalytic activity toward reduction of oxygen and proton as well as oxidation of methanol. Our results show that these systems are very promising for application in fuel cells

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

Notre étude a porté sur les propriétés physico-chimiques de molécules d’intérêt atmosphérique en phase gazeuse, en particulier le processus de microsolvatation, qui pourrait permettre de mieux comprendre ce qui conduit à la formation d’aérosols organiques secondaires. Nous avons étudié le mécanisme d’hydratation de plusieurs produits d’oxydation des monoterpènes, dont font partie le myrténal et le périllaldéhyde, qui sont deux aldéhydes insaturés de structures proches, avec la verbénone et la fenchone, qui sont deux cétones. Les structures de nombreux édifices (jusqu’à 3 molécules d’eau liées aux molécules) ont été optimisées par calculs de chimie quantique aux niveaux MP2 / 6- 311++G(d,p) et B3LYP-D3BJ / def2-TZVP. La cohésion des hydrates se fait grâce à des liaisons hydrogène et à des interactions de Van der Waals. Nous avons pu mettre enévidence l’existence de beaucoup d’entre eux par spectroscopie mircoonde en jet supersonique dans la gamme de fréquences 2 - 20 GHz et déterminer leur structure expérimentale.Pour le myrténal, nous avons enregistré et analysé le spectre de rotation pure, ainsi que ceux des isotopologues en abondance naturelle (13C et 18O). Avec l’appui des calculs de chimie quantique, nous avons déterminé sa structure moléculaire en phase gazeuse. Concernant les hydrates du myrténal, nous avons analysé le spectre de 2 mono-, 2 di- et un trihydrate, alors que pour le périllaldéhyde 4 mono- et 2 dihydrates sont caractérisés. Avec les cétones, nous avons analysé le spectre de 2 mono-, 2 di- et 1 trihydrate de la verbénone, alors que pour la microhydratation de la fenchone, nous avons caractérisé 2 mono-, 2 di- et 3 trihydrates. Afin de confirmer la structure des complexes, nous avons utilisé de l’eau enrichie en oxygène 18, ce qui nous a permis grâce aux constantes de rotation des isotopomères de calculer la structure des hydrates détectés en déterminant la position des atomes d’oxygène par le calcul de leurs coordonnées de substitution, ainsi qu’une structure effective limitée à l’arrangement des molécules d’eau autour du substrat
Our study deal on the physicochemical properties of molecules of atmospheric interest in the gas phase, in particular the microsolvation process, which could be useful to better understand what leads to the formation of secondary organic aerosols. We studied the mechanism of hydration of several oxidation products of monoterpenes, which include myrtenal and perillaldehyde, which are two unsaturated aldehydes of close structures, with the verbenone and the fenchone, which are two ketones. The structures of many conformers (up to 3 molecules of water bound to molecules) have been optimized by quantum chemistry calculations at MP2 / 6-311++G(d,p) and B3LYP-D3BJ / def2-TZVP levels of theory. The hydrates cohesion is done thanks to hydrogen bonds and Van der Waals interactions. We were able to evidence of the existence of many of them by supersonic jet mircowave spectroscopy in the range of frequencies 2 - 20 GHz and determine their experimental structure. For the myrtenal, we recorded and analyzed the pure rotation spectra, as well as those of isotopologists in natural abundance (13C and 18O ). With the support of quantum chemistry calculations, we have determined its molecular structure in the gas phase. Regarding the hydrates of myrtenal, we analyzed the spectra of 2 mono-, 2 di- and a trihydrate, while for perillaldehyde 4 mono- and 2 dihydrates are characterized. With ketones, we analyzed the spectra of 2 mono-, 2 di- and 1 trihydrate of verbenone, while for the microhydration of fenchone, we characterized2 mono-, 2 di- and 3 trihydrates. In order to confirm the structure of the complexes, we used water enriched with oxygen 18, which allowed us through the constants of rotation of the isotopomers to calculate the structure of the detected hydrates by determining the position of the oxygen atoms by calculating their substitution coordinates, as well an effective structure limited to the arrangement of water molecules around the substrate

La photo-électrolyse de l’eau est une alternative prometteuse pour décarboner la production mondiale de dihydrogène à partir de matériaux abondants à la surface terrestre, peu chers et non-toxiques comme le TiO2. Parmi tous ses polymorphes, seules les phases de rutile et d’anatase ont été étudiées : les propriétés de la brookite sont moins connues. Ici, nous présentons une approche particulaire, consistant à synthétiser des particules de TiO2 de phase pure, de taille et de morphologie choisies, puis de mettre en forme une photoanode à la microstructure contrôlée à partir de ces « briques élémentaires ». Les nanoparticules des 3 polymorphes de TiO2 anatase, brookite et rutile ont été synthétisées puis déposées sur FTO par une technique de « dip-coating » et traitées thermiquement afin d’assurer un bon contact électronique. La phase de TiO2 brookite a d’abord été caractérisée ; en particulier, les propriétés influençant la microstructure de l’électrode comme la taille et la morphologie des nanoparticules mais aussi l’épaisseur et la porosité de l’électrode ont été étudiées et corrélées aux performances photo-électrochimiques. D’une façon intéressante, les faibles photocourants n’ont pas pu être expliqués par les recombinaisons des porteurs de charge aux interfaces « particule – particule » mais davantage dans le « bulk » de la particule elle-même. Ces propriétés de « bulk » ont alors été évaluées pour les trois polymorphes. Finalement, une hétérostructure anatase – rutile a été testée et a montré une augmentation des photocourants significative par rapport aux phases pures, qui a pu été attribuée à l’amélioration de la séparation et de la mobilité des porteurs de charge
The use of solar energy via photoelectrochemical water splitting is an attractive approach for clean hydrogen production. Because of its physico-chemical properties, Earth abundance and non-toxicity, TiO2 is one of the most studied photoanode material. Yet the focus is only put on the anatase and rutile structures. However, photoelectrochemical properties of TiO2 brookite remain quite unknown and need to be assessed. Here we present an easy, scalable synthesis approach for photoanodes allowing a good control of crystallinity, shape and particles size and their organization in the photoanode. The three different pure phases of TiO2 nanoparticles were synthetized, assembled into a photoanode with a dip-coating technique and appropriately sintered to obtain good film cohesion. The brookite phase is first studied: parameters such as thickness and porosity of the electrode, crystallinity and size of the crystallites are carefully investigated to understand their influence on the photoanode performances. Interestingly, its poor photocurrent cannot be attributed to electron-hole recombination at grains interfaces rather than charge carrier separation and transfer properties in the bulk of the particles. Furthermore, the influence of the TiO2 phase is evaluated. Because of small particles size and isotropic morphology, poor electron and hole transfer were found too deleterious to establish an indicative performance hierarchy between anatase, brookite and rutile pure phases. Eventually, phase mixture of anatase – rutile was investigated and showed a significant performance increase attributed to the improvement of charge carrier separation and mobility