Gotowa bibliografia na temat „Fer-Carbon”

Abstract. Association of organic carbon (OC) with reactive iron (FeR) represents an important mechanism by which OC is protected against remineralisation in soils and marine sediments. Recent studies indicate that the molecular structure of organic compounds and/or the identity of associated FeR phases exert a control on the ability of an OC–FeR complex to be extracted by the citrate–bicarbonate–dithionite (CBD) method. However, many variations of the CBD extraction are used, and these are often uncalibrated to each other, rendering comparisons of OC–FeR values extracted via the different methods impossible. Here, we created synthetic ferrihydrite samples coprecipitated with simple organic structures and subjected these to modifications of the most common CBD method. We altered some of the method parameters (reagent concentration, time of the extraction and sample preparation methods) and measured FeR recovery to determine which (if any) modifications affected the release of FeR from the synthetic sample. We provide an assessment of the reducing capacity of Na dithionite in the CBD method (the amount of Fe reduced by a fixed amount of dithionite) and find that the concentration of dithionite deployed can limit OC–FeR extractability for sediments with a high FeR content. Additionally, we show that extending the length of any CBD extraction offers no benefit in removing FeR. Moreover, we demonstrate that for synthetic OC–FeR samples dominated by ferrihydrite, freeze-drying samples can significantly reduce OC–FeR extractability; this appears to be less of an issue for natural marine sediments where natural ageing mechanisms may mimic the freeze-drying process for more stable Fe phases. While our study is not an all-inclusive method comparison and is not aimed at delivering the “perfect” extraction setup, our findings provide a collected summary of critical factors which influence the efficiency of the CBD extraction for OC–FeR. As such, we provide a platform from which OC–FeR values obtained under different methods can be interpreted and future studies of sediment carbon cycling can build upon.

The Labrador Trough in northern Québec and Labrador is a 900 km long Rhyacian–Orosirian orogenic belt containing mixed sedimentary–volcanic successions. Despite having been studied intensively since the 1940s, relatively few chemostratigraphic studies have been conducted. To improve our understanding of the Labrador Trough in the context of Earth history, and better constrain the local record of the Lomagundi–Jatuli carbon isotope excursion, high-resolution sampling and carbon isotope analyses of the Le Fer and Denault formations were conducted. Carbonate carbon isotopes (δ13C) in the Le Fer Formation record a large range in values from −4.4‰ to +6.9‰. This large range is likely attributable to a combination of post-depositional alteration and variable abundance of authigenic carbonate minerals; elemental ratios suggest that the most 13C-enriched samples reflect the composition of the water column at the time of deposition. Cumulatively, these data suggest that the Lomagundi–Jatuli Excursion was ongoing during deposition of the Le Fer Formation, approximately 2 km higher in the stratigraphy than previously recognised. However, the possibility of a post-Lomagundi–Jatuli Excursion carbon isotope event cannot conclusively be ruled out. The directly overlying Denault Formation records a range in δ13C values, from −0.5‰ to +4.3‰, suggesting that it was deposited after the conclusion of the Lomagundi–Jatuli Excursion and that the contact between the Le Fer and Denault formations occurred sometime during the transition out of the Lomagundi–Jatuli Excursion, ca. 2106 to 2057 Ma.

In order to clarify the effect of both the Pt-loading and carbon supports in various commercial Pt/C anode catalysts on the chemical degradation rate of polymer electrolyte membranes (PEMs) in fuel cells, the membrane lifetime and fluoride emission rate (FER) were examined in a single cell with an accelerated stress test (AST) at 90 °C, while the H2O2 production rates, j(H2O2), at the Pt/C catalysts were measured in a half cell with 0.1 M HClO4 solution at 90 °C. It was demonstrated that the PEM degradation rate decreased with decreasing amount of adsorbed hydrogen atoms (Had) at the Pt/C−PEM interface by lowering the Pt-loading and using a porous carbon support (locating Pt nanoparticles within pores). The use of a graphitized carbon black (GCB) support was found to be very effective to increase the lifetime due to it having the lowest j(H2O2), although this was accompanied by the disadvantage of decreased mass activity for the hydrogen oxidation reaction. We also found good correlations between the j(H2O2) measured in a half cell and FER, as well as lifetime in a single cell, so that the lifetime of the PEM can be estimated in a shorter time.

We investigated the effects of Manila clam aquaculture on the rates and pathways of anaerobic organic carbon (OC) oxidation in highly bioturbated (HB) and poorly bioturbated (PB) sediment in Keunso Bay, Yellow Sea. Due to the labile organic matter supply via sediment reworking by Manila clams, the anaerobic OC oxidation rate in HB sediment (38.8 mmol m-2 d-1) was ~1.5 times higher than that in PB sediment (26.8 mmol m-2 d-1). Microbial Fe(III) reduction (FeR) dominated OC oxidation pathways in HB sediment, comprising 55 to 76% of anaerobic OC oxidation, whereas sulfate reduction (SR) was the dominant oxidation pathway in PB sediment, accounting for up to 92% of anaerobic OC oxidation. Despite higher anaerobic respiration rates at the HB site, concentrations of NH4+, PO43-, oxalate-extractable iron (Fe(II)(oxal)), and total reduced inorganic sulfur were 2 to 3 times lower in HB than in PB sediment. Conversely, the concentration of reactive Fe(III)(oxal) at the HB site (2243 mmol m-2) exceeded that at the PB site (1127 mmol m-2) by a factor of 2. These results indicate that bioturbation by Manila clams enhances the re-oxidation processes of reduced metabolites in the sediment, thereby prohibiting SR and promoting FeR. Overall, the results suggest that aquaculture activities of Manila clams shift the dominant OC oxidation pathways in sediment from SR to FeR, which generates relatively oxidized and less sulfidic environments.

CO2 hydrogenation to dimethyl ether (DME) is a promising strategy to drive the current chemical industry towards a low-carbon scenario since DME can be used as an eco-friendly fuel as well as a platform molecule for chemical production. A Cu‒ZnO‒ZrO2/ferrierite (CZZ/FER) hybrid grain was recently proposed as a catalyst for CO2-to-DME one-pot conversion exhibiting high DME productivity thanks to the unique shape-selectivity offered by ferrierite zeolite. Nevertheless, such a catalyst deactivates but no direct evidence has been reported of activity loss over time. In this work, CZZ/FER catalysts with different acidity levels were characterized with the FTIR technique before and after reactions, aiming to give new insights about catalyst deactivation. Results show that activity loss can be related to both (i) copper particle sintering, which decreases CO2 activation towards methanol, and (ii) acidity loss due to H+/Cu2+ ion exchange.

Fusarium verticillioides is the primary fungus that causes Fusarium ear rot (FER) of maize. Infection results in reduced grain yield and quality due to moulding and the contamination of grain with toxic compounds namely fumonisins. Resistance to fungal infection and fumonisin accumulation in maize and maize grain is governed at different levels. In this study, the structural, physico-chemical and genetic basis of resistance to F. verticillioides was investigated in two, replicated field trials at Potchefstroom and Vaalharts in South Africa. Phenotypic data (silk length, husk coverage, pericarp thickness hundred-kernel mass and kernel hardness), physico-chemical data (kernel pH, moisture content, total nitrogen and carbon as well as phenolic acid content) and the expression of pathogenesis-related-5 gene (PR5) and peroxidase gene expression was evaluated in 15 commercial cultivars under artificially inoculated and natural infection conditions. The data were correlated to FER severity, fumonisin accumulation and fungal DNA (referred to as infection indicators). Disease development and fumonisin contamination in Vaalharts was significantly more than in Potchefstroom. There were no significant correlations (r=≥0.60) between phenotypic characteristics and infection indicators. Kernel pH was the most important trait associated with disease development and was negatively correlated (between r=-0.58 and r=-0.75) to all infection indicators. PR5 gene expression had significant positive correlations (r=0.69 and r=0.72) with the fungal and fumonisin levels, respectively. This study presents of the first data demonstrating the use of gene expression in identifying FER/fumonisin-resistant plant material and could aid breeders and growers in selecting resistant material more effectively.

This study investigates the protective effect of baicalein on carbon tetrachloride (CCl4)-induced acute liver injury and the underlying molecular mechanisms. Mice were orally administrated baicalein at 25 and 100 mg/kg/day for 7 consecutive days or ferrostatin-1 (Fer-1) at 10 mg/kg was i.p. injected in mice at 2 and 24 h prior to CCl4 injection or the vehicle. Our results showed that baicalein or Fer-1 supplementation significantly attenuated CCl4 exposure-induced elevations of serum alanine aminotransferase and aspartate aminotransferase, and malondialdehyde levels in the liver tissues and unregulated glutathione levels. Baicalein treatment inhibited the nuclear factor kappa-B (NF-κB) pathway, activated the erythroid 2-related factor 2 (Nrf2)/heme oxygenase 1 (HO-1) pathway in liver tissues, and markedly improved CCl4-induced apoptosis, inflammation and ferroptosis in liver tissues exposed with CCl4. In vitro, baicalein treatment improved CCl4 -induced decreases of cell viabilities and knockdown of Nrf2 and arachidonate 12-lipoxygenase (ALOX12) genes partly abolished the protective effect of baicalein on CCl4 -induced cytotoxicity in HepG2 cells. In conclusion, our results reveal that baicalein supplementation ameliorates CCl4-induced acute liver injury in mice by upregulating the antioxidant defense pathways and downregulating oxidative stress, apoptosis, inflammation and ferroptosis, which involved the activation of Nrf2 pathway and the inhibition of ALOX12 and NF-κB pathways.

Pd-promoted zeolites (Y, ZSM-5, FER, SSZ-13) were prepared and characterized to analyze their properties as low-temperature NOx adsorbers. The samples were investigated by BET and XRD and by in situ FT-IR spectroscopy of CO and NO adsorption to probe the Pd sites and the nature of the adsorbed NOx species. The NOx adsorption/desorption performances at low temperatures were examined by microreactor measurements upon NO/O2 adsorption followed by TPD in the presence of water and carbon dioxide. It was enlightened that: (i) the zeolite framework influences the Pd dispersion: the smaller the zeolite cage, the higher the Pd dispersion, irrespective of the Si/Al ratio. Accordingly, the following Pd dispersion order has been observed, inversely to the zeolite cage size: Pd/SSZ-13 > Pd/ZSM-5 ~ Pd/FER >> Pd/Y; (ii) Pd is present as isolated Pdn+ species and in PdOx particles; (iii) the Pd dispersion governs the NOx storage capacity: the smaller the zeolite cage, the higher the Pd dispersion and the storage capacity; (iv) NO adsorbs mainly in the form of Pd nitrosyls and nitrates; (v) NO desorption occurs both at a temperature below 200 °C and in a high-temperature range (near 350 °C).

A set of pre-programmed sensors and transducers, including 0.71 EAP, carbon resistor, semi-carbon conductor, IN4007, and lighting diode-4v, 60 mm amp, were used to develop and build an automatic evaporimeter for automating/self-recording evaporation rate. 10 ILP values, 8 FLP values, 150.4 and 12.3 refractive values, respectively, were used to design the evaporimeter's operating principle. The results of equipment calibration utilizing various statistical validations of voltage, calibration index, and refractive index values demonstrate high agreement with R2 values of 0.999, 0.869, and 16.4 correspondingly. Every level (0.1 cm) of the instrument's time response to a step change in the water level caused by evaporation in the pan was calibrated. The voltage (v) was 225.6v, the highest evaporation value was 0.3 cm, and the refractive index was 15.0. With R2 = 0.9718 and 0.9635, statistical validation shows that there was a significant correlation between the initial evaporation reading (IER) and the final evaporation reading (FER).

Chlamydia trachomatis, une bactérie à Gram négatif, est responsable, à la fois, de l'infection bactérienne sexuellement transmissible la plus diagnostiquée dans le monde et du trachome, une cause importante de cécité. Aucun vaccin n'est disponible mais deux antibiotiques (Azithromycine, Doxycycline) sont recommandés par l'Organisation Mondiale de la Santé. Toutefois, un échec du traitement est signalé chez 10 à 20% des patients et résulte probablement d'un manque de sensibilité des formes persistantes de la bactérie et des modestes concentrations intracellulaires des médicaments conventionnellement prescrits. Pour ces raisons, l'objectif de ma thèse était de proposer de nouveaux outils de lutte l'infection à C. trachomatis tels que de nouveaux dérivés de la 8-hydroxyquinoléine actifs contre cette bactérie. J'ai, tout d’abord, synthétisé de nouvelles molécules et évalué leur activité anti-chlamydiale ainsi que leurs propriétés chélatantes du fer. Le composé 1 résulte du couplage de l'acide 8-hydroxyquinoléine-2-carboxylique et de la Ciprofloxacine (Cip), un antibiotique actif contre C. trachomatis. Nous voulions obtenir des dérivés plus actifs que l'antibiotique-parent par ses propriétés chélatantes de métaux et son effet antibiotique. Le composé 1 présente effectivement une activité anti-chlamydiale plus élevée que la Cip mais cet effet ne semble pas lié à ses propriétés chélatantes du métal. En modifiant certains paramètres physicochimiques tels que la lipophilie, nous avons synthétisé plusieurs dérivés du composé 1. Nous avons également préparé un conjugué d'acide folique pour permettre sa délivrance aux cellules infectées via le récepteur de ce dernier. Tous les composés obtenus sont plus actifs que la Ciprofloxacine, l'un d'entre eux atteignant une activité au nanomolaire contre la bactérie.Dans la deuxième partie, nous avons étudié l'influence de la position du carbonyle sur les propriétés chélatantes du fer de la 8-hydroxyquinoléine. Pour cela, nous avons effectué une étude mixte expérimentale (synthèse organique, spectrophotométrie et calorimétrie de titrage isotherme) et théorique (théorie de la densité fonctionnelle). Deux dérivés esters de 8-hydroxyquinoléine, en position 2 et position 7, ont été synthétisés et les complexes de fer correspondants ont été étudiés. Nous avons démontré que selon la position du groupe attracteur d’électrons sur le squelette hétérocyclique, l'encombrement stérique peut déstabiliser le complexe de fer (III) en le forçant à adopter une structure déformée, éloignée de l'environnement octaédrique idéal.Dans la dernière partie, j'ai synthétisé et caractérisé des Carbone dots (CDs) d’acide folique et de Ciprofloxacine, comme nouveaux nano-objets pour cibler les cellules infectées et inhiber la croissance bactérienne. Les deux populations de CDs ont une taille de 4 à 5 nm, émettent en lumière bleue et présentent un comportement fluorescent indépendant de l'excitation. L’efficacité antibactérienne de ces nanoparticules est actuellement en cours d’étude
Chlamydia trachomatis, a Gram-negative bacterium, is responsible for both the most common sexually transmitted bacterial infection in the world and trachoma, an important cause of blindness worldwide. No vaccine is available but antibiotics (azithromycine, doxycycline) are recommended by the World Health Organization. However, treatment failure is reported 10-20% of patients and probably results from a lack of sensitivity of persistent forms of bacteria and modest intracellular concentrations of the conventionally prescribed drugs. For this reasons, the aim of my thesis was to propose new tools to fight C. trachomatis infection such as novel 8-hydroxyquinoline derivatives active against this bacterium.In the first part, I synthesised new compounds and evaluated their anti-chlamydia activity as well as their iron-chelating properties. Compound 1 results from the coupling of 8-hydroxyquinoline-2-carboxylic acid and Ciprofloxacin (Cip), a commercially available antibiotic. We wanted to obtain more active derivatives than the parent antibiotic through its metal-chelating properties and its antibiotic effect. Compound 1 presents a higher antichlamydia activity than Cip but this antibacterial effect seems not be linked to its iron-chelating properties. Modifying physicochemical parameters such as lipophilicity, we synthesized several derivatives. We also prepared a folic acid conjugate to enable its delivery to the infected cells through folic acid receptor. All compounds are more potent than Ciprofloxacin, one of them reaching nanomolar potency against C. trachomatis.In the second part, I studied the influence of the carbonyl position on the iron-chelating properties of the 8-hydroxyquinoline heterocycle. For this purpose, we performed a mixed experimental (organic synthesis, spectrophotometry and isothermal titration calorimetry) and theoretical (density-functional theory) study. Two 8-hydroxyquinoline ester-derivatives, at 2-position and 7-position, were synthesized and the corresponding iron-complexes were investigated. We demonstrated that according to the position of the withdrawing group on the heterocyclic skeleton, the steric hindrance can destabilize the iron(III) complex by forcing it to adopt a distorted structure far from the ideal octahedral environment.In the last part, I synthesized and characterized Carbon dots (CDs) from folic acid and Ciprofloxacin as new nano-tools to target the infected cells and inhibit the bacterial growth. Both populations of CDs have a 4-5 nm size, emit in blue light and present an excitation-independent fluorescent behaviour. These nanoparticles are actually under biological investigation

L'océan Austral est caractérisé par l’acronyme anglais (HNLC) signifiant qu’il contient des concentrations en nutriments élevées, mais que la biomasse phytoplanctonique y est faible. Cette situation paradoxale est due à la limitation du phytoplancton par le fer (Fe). L'augmentation de la biomasse phytoplanctonique en réponse à l'apport de Fe et, par conséquent, une plus grande absorption de dioxyde de carbone (CO2), a été démontrée dans plusieurs expériences de fertilisation artificielle et dans des régions naturellement fertilisées de l'océan Austral. Cependant, l'impact de Fe sur les procaryotes marins, acteurs clés du cycle du carbone marin, reste mal compris. En plus du Fe, les concentrations de carbone organique dissous (COD) sont faibles dans les eaux de surface de l'océan Austral, ce qui entraîne une double limitation pour l’activité et de la croissance des procaryotes hétérotrophes. Pour mieux comprendre le rôle des différents taxons procaryotes dans les cycles de Fe et de C, plusieurs aspects ont été pris en compte dans la thèse actuelle. Les résultats présentés dans cette thèse fournissent de nouvelles perspectives sur le lien entre les divers taxons microbiens et leur rôle dans le cycle du Fe- et du C dans l'océan Austral
The Southern Ocean is known as a High Nutrient Low Chlorophyll (HNLC) region where major nutrients are present at high concentrations, but phytoplankton biomass remains low. This paradoxical situation is due to iron (Fe) limitation of phytoplankton growth. The increase in phytoplankton biomass in response to Fe input and the consequently higher uptake of carbon dioxide (CO2) were demonstrated in several artificial fertilization experiments and in naturally fertilized regions of the Southern Ocean. However, the impact of Fe on marine prokaryotes, key players in the marine carbon cycle, remains poorly understood. In addition to Fe, concentrations of dissolved organic carbon (DOC) are low in surface waters of the Southern Ocean, leading to a double constraint of microbial heterotrophic activity and growth. To better understand the role of different prokaryotic taxa in the Fe- and C-cycles, several aspects were considered in the present thesis. The results presented in this thesis provide novel insights on the link between diverse microbial taxa and their role in the Fe- and C-cycling in the Southern Ocean

Lo scopo della presente tesi è quello di analizzare lo stato dell’arte della Pianificazione Energetica Territoriale tenendo presenti le varie tecnologie disponibili con particolare riferimento a quelle “low carbon”, che includono le rinnovabili. Vengono esaminati i ruoli dei vari enti europei per la Pianificazione Energetica e il Piano d'Azione per l'Energia Sostenibile (PAES). Il primo esempio di “Smart Ancient Cities” e “Low Carbon”, tipico del al panorama italiano come esempio scelto dei borghi antichi, è il Comune di Magliano in Toscana che ha una Convenzione di Ricerca con l’INGV dove è stata attuata un’importante riqualificazione energetico-architettonica in merito alle varie filiere nelle quali operare. Sono stati analizzati i dati sperimentali reali provenienti dal Comune stesso, includendo la Centrale a Biomasse della Azienda di Luigi Vivarelli e tutte le sue più recenti evoluzioni. Un altro esempio di sistemi “Smart Ancient Cities” e “Low Carbon” presentati nella tesi è lo studio realizzato nelle isole canarie, che grazie alle loro caratteristiche territoriali e alla posizione geografica sul mare, possono utilizzare al meglio le tecnologie previste dai bandi Europei Horizon 2020 “Smart Cities and Communities”. I risultati scientifici Smart e Low-Carbon sia compilativi che sperimentali ottenuti includono considerazioni sia energetiche che economiche attraverso l’analisi di preventivi reali, per le installazioni dei sistemi energetici, di cui si fornisce una stima della produzione mensile e annuale, ipotizzando un periodo di ammortamento.Le strategie per la riduzione delle emissioni di gas serra, l’aumento delle FER e la diminuzione dei consumi, sono e saranno sempre più legate allo sviluppo di comuni e città intelligenti. Promuovere e sviluppare la sostenibilità, intraprendere opere di efficientamento energetico, agevolerà il passaggio alla nuova generazione tecnologica basata sulle FER, nel rispetto dell’ambiente.

Cette thèse applique l'approche des Quasiparticles (QA) pour étudier les mécanismes à l'échelle atomique qui conduisent à la transformation de phase CFC à CC dans le fer. Dans un premier temps, cette étude se concentre sur le fer pur, fournissant des résulats détaillés sur la nature et le rôle des dislocations à l'interface CFC-CC. Il a été montré que l'interface CFC-CC est semi-cohérente, avec des marches, et contient deux réseaux de dislocations de transformations. L'approche des Quasiparticles a permis de révéler l'influence de la relation d'orientation sur les caractéristiques de l'interface. Bien que les relations d'orientation étudiées ont montré diférentes structures d'interface, il a été démontré que toutes suivent le même chemin de transformation atomique, dû au glissement des dislocations de transformation à l'interface. Il a été conclu que la transformation complète de CFC à CC implique le mécanisme de transformation de Kurdjumov-Sachs (KS) en deux variantes le long des lignes de dislocations, avec le mécanisme de transformation de Kurdjumov-Sachs-Nishiyama (KSN) qui émerge comme la moyenne de l'action des deux mécanismes KS. Cette description détaillée a servi de base pour l'étude des systèmes Fe-C, où la ségrégation du carbone à l'interface a été observée. De plus, il a été montré que les profils de concentration de carbone sont cohérents avec des conditions d'équilibre local à l'interface
This thesis applies the Quasiparticle Approach (QA) to investigate the atomic scale mechanisms driving the phase transformation from FCC to BCC structures in iron. Initially, the study focuses on pure iron, providing detailed results into the nature and role of dislocations, at the FCC-BCC interface. It was shown that the FCC-BCC interface is semi-coherent and stepped, with two sets of transformations dislocations at the interface. The QA framework reveals how each orientation relationship (OR) influences the interface characteristics. Although the ORs displayed different interface structures, all were ultimately found to follow the same atomic transformation path, driven by the glide of transformation dislocations at the interface. It was concluded that the complete FCC to BCC phase transformation involves the action of the Kurdjumov-Sachs (KS) transformation mechanism in two variants along the two sets of dislocations, with the Kurdjumov-Sachs-Nishiyama (KSN) mechanism emerging as the average of the two KS mechanisms. This detailed description served as a basis for the study of Fe-C systems, where carbon segregation at the interface was observed. Moreover, it was shown that the carbon concentration profiles were consistent with local equilibrium conditions at the interface

Ce travail tente de mieux comprendre les dommages par fatigue dans les aciers à ferrite-perlite dans la fatigue à très grand nombre de cycles (VHCF). Les influences de deux paramètres, le pourcentage de phase perlite et le pourcentage d'atomes interstitiels libres dans une solution solide, sont étudiées pour comprendre les mécanismes de dissipation en fatigue à 20 kHz. Une thermographie infrarouge in situ est réalisée pour enregistrer les changements de température, tandis que des observations au microscope sont menées pour étudier le mécanisme de dissipation. Pour les matériaux de BCC, sous fortes amplitudes de contrainte, une augmentation soudaine de la température se produit sans initiation de fissure ni fracture. L’augmentation inévitable de la température jusqu’à des centaines de degrés aux fortes amplitudes de contrainte est principalement due à la mobilité des dislocations vis, qui est l’une des clés permettant d’expliquer le comportement en fatigue observée de la structure du BCC sous un chargement haute fréquence. Par conséquent, les PSB en surface et les micro-vides dans la matrice émergent en masse, accompagnant cette élévation abrupte de la température. Ces phénomènes sont considérés comme une transition du mécanisme de déformation du régime thermique au régime athermique. À faible amplitude, peu de PSB ou de rugosité de surface sont encore observés. Il a été constaté que les PSB sur le fer armco étaient susceptibles d’apparaître avant 1x107 cycles et que le seuil de PSB était inférieur à la limite de fatigue conventionnelle. La présence d'atomes interstitiels libres dans les aciers entraîne l'apparition d'une augmentation secondaire de la température dans la domain de la température stabilisée à 100-200 °C. Ce comportement semble être lié à l'interaction des dislocations coins avec des atomes interstitiels libres. De plus, on pense que le phénomène remarquable de durcissement-adoucissement-durcissement après l'élévation soudaine de la température jusqu'à plus de 300 °C est l'interaction de dislocations à vis multipliées et d'atomes interstitiels libres
This work attempts to a better understanding of the fatigue damage in ferrite-pearlite steels in the Very High Cycle Fatigue (VHCF) domain. The influences of two parameters, pearlite phase percentage and free interstitial atoms percentage in solid solution, are investigated to understand dissipative mechanisms under 20 kHz high frequency fatigue loading. In-situ infrared thermography is carried out to record the temperature changes, while fractography studies and microscope observations are conducted to investigate the dissipative mechanism on the surface of specimens.For body centered cubic (BCC) materials, under high stress amplitudes, a sudden increase of the temperature occurs without a crack initiation and fracture. The inevitable temperature increase up to hundreds of degrees at high stress amplitudes, is caused mainly by the screw dislocations mobility, which is the key to explaining the observed fatigue behavior and thermal response of BCC structure under high frequency loading. Therefore, PSBs on surface and micro-voids in matrix emerge massively, accompanying with this abrupt temperature increase. These phenomena are considered as transition of deformation mechanism from thermal regime to athermal regime. At low amplitudes, few PSBs or surface roughness are still observed on the specimen surface. Through the cycles of PSB appearance on armco-iron, it’s found that PSBs are inclined to appear before 1x10(7)cycles, and PSB threshold lies below the conventional fatigue limit. The increase of pearlite phase content weakens the temperature elevation, and strengthens the fatigue properties. The presence of free interstitial atoms in steels results in appearence of a secondary temperature increase in the stabilized temperature part (100-200 degree). This behavior seems to be related to the interaction of edge dislocations with free interstitial atoms. Moreover, the remarkable hardening-softening-hardening phenomenon after the sudden temperature elevation to above 300 degree is thought as the interaction of multiplicated screw dislocations and free interstitial atoms

Les travaux de cette thèse ont été consacrés à la synthèse de nanoparticules magnétiques d'oxyde de fer et d'oxyde de cobalt et de nanoparticules coeur-coquille constituées d'un coeur d'oxyde de fer recouvert d'oxyde de cobalt et à l'élaboration de nanomatériaux - composites nanostructures carbonées/nanoparticules d'oxyde métallique - pour des applications dans le domaine biomédical et celui de l'énergie. Pour la synthèse des NPs, la forme et la taille des NPs sont fortement dépendantes des conditions de réaction (nature des ligands, des solvants, température de réaction ... ) , ce qui affecte leurs propriétés magnétiques. De plus, des simulations ont montré que les chaînes de stéarate peuvent désorber plus facilement les atomes de fer que les atomes de cobalt et se libérer pour former des germes, ce qui pourrait expliquer le comportement distinctif entre les deux complexes. Ces nanoparticules magnétiques ont été synthétisées à l'intérieur de nanotubes de carbone en deux étapes aboutissant à des taux de remplissage très importants. Après fonctionnalisation, ces nanocomposites ont été introduits dans de cellules tumorales et ont été magnétiquement manipulées. Ils se sont révélés être très efficaces en tant qu'agents de contraste en IRM mais également dans le domaine de l'hyperthermie (activation sous éclairage dans le domaine de !'Infrarouge proche). Enfin, de nouveaux composites à partir de nanoparticules de Nb20 5 et de graphène (ou NTCs) ont été synthétisés et des résultat~prometteurs ont été obtenus dans des tests de batterie lithium-ion : leur utilisation en tant qu'anode a permis d'obtenir des capacités réversibles de 260 mAh/g
This thesis was focused on the synthesis of magnetic nanoparticles of iron oxide and cobalt oxide and core-shell nanoparticles, consisting of a cobalt oxide coated iron oxide and on the development of composite nanomaterials - nanostructures carbon /metal oxide nanoparticles - for applications in the biomedical field and the energy. For the synthesis of NPs, the shape and size of NPs are dependent of the reaction conditions, which further affect their magnetic properties. Meanwhile, simulation showed that stearate chains can desorb more easily from iron atoms and release to form seeds than from cobalt atoms, which might explain distinctive behavior between the bath complexes. Regarding nanostructures carbon/metal oxide nanoparticles hybrid materials, the properties of the filled magnetic CNTs as heat mediator for photothermal ablation and as contrast agent for MRI were then evaluated and promising results have been obtained. Last, new composite materials (Nb205 nanoparticles/graphene or NTCs) were synthesized and promising results were obtaines in lithium battery tests : their use as anode allowed obtaining reversible capacities of 260 mAh/g

Le vieillissement statique est un concept important dans la métallurgie qui se réfère à un durcissement de la matière ayant subi une déformation plastique et est ensuite vieilli pendant une certaine période de temps. La théorie proposée dans les années 1940 par Cottrell et Bilby explique ce phénomène comme étant causé par l'épinglage des dislocations par les impuretés (par exemple, les atomes de carbone en solution solide) qui migrent au voisinage du défaut de ligne. Au cours de ce travail de thèse, le mécanisme atomistique responsable du phénomène du vieillissement statique dans le fer alpha a été étudié par des simulations numériques. Etant donné que la diffusion à l'état solide se déroule lentement, l'utilisation de la dynamique moléculaire à basse température (lorsque l'effet du champ de contraintes sur la dislocation de diffusion du carbone est plus prononcé) a été évitée, et nous avons utilisé préférentiellement le couplage de la statique moléculaire avec le Monte-Carlo cinétique atomistique. Trois points principaux ont été abordés dans cette thèse: (i) l'effet du champ de contraintes d'une dislocation coin ou vis sur un atome de carbone qui diffuse à proximité, (ii) la diffusion de l'atome de carbone dans le cour de la dislocation («pipe diffusion»), et (iii) la distribution d'équilibre des atomes de carbone dans une atmosphère de Cottrell. Le principal effet du champ de contrainte de la dislocation à l'extérieur du coeur est de biaiser la diffusion de l'impurité, de sorte que certains sauts (transitions) deviennent plus probables que d'autres. Cet effet va conduire aux premiers stades de la formation de l'atmosphère de Cottrell, lorsque l'interaction mutuelle entre atomes de carbone est négligeable. Au cœur de la dislocation, comme prévu, nos résultats indiquent que le carbone diffuse plus vite que dans le volume. La concentration de carbone dans le voisinage d'une dislocation coin ou vis a été modélisée par une approche de physique statistique en utilisant les énergies de liaison calculées par la statique moléculaire. Cette approche est en bon accord avec les données expérimentales
Static strain aging is an important concept in metalurgy that refers to the hardening of a material that has undergone plastic deformation and then is aged for a certain period of time. A theory proposed in the late 1940s by Cottrell and Bilby explains this phenomenon as being caused by the pinning of dislocations by impurities (e.g., carbon atoms in solid solution) that migrate to the vicinity of the line defect. In the course of this PhD work, the atomistic mechanism behind the static strain aging phenomenon in bcc iron has been studied by means of computer simulations. Given the fact that diffusion in the solid state proceeds slowly, thus preventing the use of molecular dynamics at low temperatures (when the effect of the dislocation stress field on carbon diffusion is more pronounced), we have preferentially employed a method coupling molecular statics with atomistic kinetic Monte Carlo. Three major points have been addressed by this thesis: (i) the effect of the stress field of an edge or screw dislocation on a carbon atom diffusing nearby; (ii) the diffusion of a carbon atom in the tight channel found in the dislocation core (pipe diffusion); and (iii) the equilibrium carbon distribution in a Cottrell atmosphere. The main effect of the dislocation stress field outside the dislocation core consists of biasing carbon diffusion, such that some transitions become more likely than others. This effect is expected to drive the early stages of Cottrell atmosphere formation, when the mutual interaction between carbon atoms is negligible. Right in the dislocation core, as expected, carbon was seen to diffuse faster than in the bulk. Carbon concentration in the neighborhood of an edge or a screw dislocation was modeled by an approach based in statistical physics using the binding energies calculated by molecular statics, revealing a good agreement with experimental data obtained by atom probe techniques

La matière organique dissoute (MOD) est un composant important des eaux naturelles, déterminant la forme des éléments et les émissions de gaz à effet de serre (CO2, CH4), et influence la biodiversité des milieux des eaux. Les eaux boréales sont connues pour être généralement riches en fer, et cela est vrai en particulier pour les eaux de la région étudiée (Carélie du Nord, Russie). Le fer est associée aux MOD dans les complexes de bas poids moléculaire et les colloïdes organo-ferreux de haut poids moléculaire, qui agissent comme les principaux transporteurs d'éléments traces métalliques dans le continuum hydrologique typiques de cette région : sol - marais - rivière - lac. La transformation des colloïdes organo-ferreux se fait sous l'influence de deux facteurs principaux: la dégradation bactérienne et la dégradation photochimique. Cette étude est consacrée à l'analyse du comportement du carbone organique dissous (COD) et des éléments traces (ET) des eaux de surface en zone boréale sous l'influence de l'activité métabolique des bactéries hétérotrophes et de l'oxydation photolytique des MOD sous l'effet de la lumière du soleil. Dans les expériences, un lixiviat de tourbière, un échantillon d'eau de marais, un échantillons d'eau de ruisseaux, un échantillon de rivière, un échantillon d'eau de lac humique, un échantillon d'eau de lac oligotrophique et un pluvio-lessivat collecté sous un pin, échantillons dans lesquelles dominent les MOD de nature humique, ont été utilisés comme substrats. Des expériences en laboratoire utilisant des communautés monosouches de bactéries aérobies hétérotrophes Pseudomonas aureofaciens et Pseudomonas saponiphila (prélevées sur le territoire de Carélie) ont permis d'établir que la MOD allochtone des milieux aquatiques en zone boréale possède une forte résistance à l'activité des bactéries étudiées. Le taux de minéralisation bactérienne du COD était de 0 à 4.3 mgC.L-1.jour-1 selon le substrat, et la fraction de faible poids moléculaire (<1 kDa) de la MOD est plus susceptible de destruction que celle de poids moléculaire élevé (de 1 kDa à 0.22 µm). L'interaction des bactéries avec divers substrats aqueux a montré pour une large gamme d'éléments (Al, Fe, Mn, Ni, Co, Cu, Cd, REE, U) une prédominance significative d'une adsorption rapide sur la surface cellulaire observée lors de la première heure d'expérience (t < 1h) par rapport à une diminution lente observée lors de la suite de l'expérience (1h < t < 96h), diminution lente lié à l'assimilation intracellulaire des métaux et à la coprécipitation extracellulaire des éléments avec des hydroxydes de Fe et Al. L'analyse de divers substrats a montré une augmentation de l'adsorption des métaux avec le rapport DOC/Fe dans la solution initiale, ce qui peut être due à la compétition entre Fe et d'autres cations métalliques pour les sites d'adsorption anioniques des surfaces des cellules bactériennes. Le suivi des dynamiques d'élimination des métaux des solutions expérimentales pendant 96 heures n'a pas mis en évidence de lien entre l'élimination des métaux et le pH et les valeurs absolues de concentration de DOC et de Fe. Une relation a été établie entre la diminution lente (96 h) des éléments et le degré initial de sursaturation de la solution en oxydes et hydroxydes de fer et d'aluminium. Des expériences en conditions naturelles avec des échantillons d'eau de rivière et de marais a montré que la destruction photolytique de la MOD est beaucoup plus efficace pour l'eau de marais
Dissolved organic matter (DOM) is an important component of natural waters, determining the form of elements and the emission of greenhouse gases (CO2, CH4), as well as affecting water biodiversity. A feature of boreal waters, and in particular the study area waters (North. Karelia, Russia), is high concentration of Fe (III), associated with DOM in low-molecular complexes and in high-molecular organo-ferric colloids, which act as the main carriers of metallic trace elements in the most typical hydrological continuum soil - bog - river - lake. The transformation of organo-ferric colloids occurs under the influence of two main factors: bacterial and photochemical degradation. The present study is devoted to the analysis of dissolved organic carbon (DOC) and trace elements (TE) behavior in surface waters of the boreal zone under the influence of the heterotrophic bacteria metabolic activity and photolytic oxidation of DOM under sunlight exposure. For the purpose of experiments there were used substrates with predominate allochthonous DOM of humic nature, including peat leachate, pine crown throughfall, fen, humic lake, stream, river and oligotrophic lake. An experiment carried out in laboratory conditions using monocultures of heterotrophic aerobic bacteria Pseudomonas aureofaciens and Pseudomonas saponiphila (isolated on the territory of Karelia) allowed to establish that allochthonous DOM of the boreal zone reservoirs possesses high resistance to the activity of the explored bacteria. The rate of bacterial mineralization of DOC was observed in range from 0 to 4.3 mgC L-1day-1, depending on the substrate, and the low molecular weight fraction (<1 kDa) of DOM was found to be more prone to destruction than high molecular weight (from 1 kDa to 0.22 µm). The interaction of bacteria with various aqueous substrates showed a significant predominance of short-term (< 1 h) adsorption on the cell surface for a wide range of elements (Al, Fe, Mn, Ni, Co, Cu, Cd, REE, U) over a long term (1 h - 96 h) intracellular uptake of metals and extracellular coprecipitation of elements with Fe and Al hydroxides. Among different substrates, there was an increase in the adsorption with the increase of DOC/Fe ratio in solution, which can be linked to a competition between Fe and metal cations for anionic adsorption sites on cell surface. The long-term removal of dissolved metals did not show any link to pH, DOC, and Fe concentration

L'utilisation de dioxyde de carbone comme source de carbone C1 pour produire des plateformes chimiques ou comme source de carburant est une alternative à la pétrochimie et pourrait permettre son recyclage. Actuellement, les principaux procédés décrits pour la valorisation du CO2 font appel à des réducteurs en quantités stoechiométriques (ce qui génère des déchets), des métaux nobles (disponibilité limitée, toxicité et coût élevé). Dans cette course environnementale et économique, une des réponses, mais aussi un des challenges de la chimie moderne, est la préparation de nouveaux complexes organométalliques de fer et leur utilisation en catalyse. Basé sur notre expertise dans le domaine de la synthèse, de la catalyse et du développement de complexes organométalliques, ce projet propose de développer de nouvelles méthodologies rapides, efficaces, sélectives et éco-compatibles pour la réduction du dioxyde de carbone et des carbonates par hydrogénation avec des complexes bifonctionnels de fer
The use of carbon dioxide as a source of carbon C1 to produce chemical platforms or as a fuel source constitute an alternative to petrochemicals and could allow its recycling. Currently, the main described processes for the recycling and the valorization of CO2 are using reducing agents in stoichiometric amounts (which generates waste) or noble metals (limited availability, toxicity and high costs). In this environmental and economical race, one of the challenges of modern chemistry is the preparation of new organometallic iron complexes and their use in catalysis. Based on our expertise in the field of synthesis, catalysis and development of organometallic complexes, this work proposes to develop new fast, efficient, selective and eco-compatible methodologies for the reduction of carbon dioxide and carbonates by hydrogenation with bifunctional iron complexes

Cette thèse s’inscrit dans le cadre du développement de nouveaux matériaux composites multifonctionnels, permettant de remplacer l’aluminium en tant qu’élément constituant le packaging de l’électronique embarquée dans les avions, afin de rendre ces derniers plus légers. L’association d’un polymère mécaniquement résistant avec des nano-charges conductrices est une alternative prometteuse. Cette thèse concerne l’étude du procédé de Dépôt Chimique à partir d’une phase Vapeur (CVD) en lit fluidisé pour déposer des métaux conducteurs, tels que le fer et le cuivre, à la surface de nanotubes de carbone multi-parois (MWCNTs) produits industriellement (Arkema Graphistrength®C100), enchevêtrés en pelotes poreuses de 388 μm de diamètre. Tout d’abord, afin d’augmenter la réactivité de surface des nanotubes, un procédé d’oxydation en lit fluidisé a été étudié à température ambiante, à partir de plusieurs mélanges gazeux à base d’ozone. Les diverses analyses réalisées (MET, spectroscopie IR, XPS,..) montrent que des groupements chimiques de type hydroxyl, acide carboxylique, éther, … sont greffés de façon uniforme sur toute la surface externe des MWCNTs et que leurs parois externes sont aussi gravées de façon modérée et localisée. Au final, il apparait que les défauts créés et les fonctions oxygénées greffées ont permis d’accroitre le nombre de sites de nucléation sur la surface des nanotubes et donc la masse de métal déposé. Le dépôt de fer à partir de ferrocène Fe(C5H5)2 a été étudié à haute température (entre 400 et 650°C), sous différentes ambiances gazeuses (azote, hydrogène, air, vapeur d’eau). Les analyses réalisées (MEB-FEG, DRX, MET, ICP-MS, ...) montrent un dépôt uniforme du bord jusqu’au coeur des pelotes, de nanoparticules à base de carbure de fer Fe3C prisonnières de l’enchevêtrement des nanotubes. La présence d’hydrogène a permis de minimiser la formation parasite de nano-objets (tubes et fibres). Le dépôt de cuivre à partir d’acétylacétonate de cuivre (II) Cu(C5H7O2)2 a été étudié entre 250 et 280°C sous hydrogène. Les caractérisations réalisées indiquent que des nanoparticules de Cu pur ont été déposées sur l’ensemble des parois externes des MWCNTs, du bord au coeur des pelotes. L’ensemble des résultats obtenus démontre que le procédé de CVD en lit fluidisé est capable de déposer de façon uniforme des métaux à la surface de nanotubes de carbone enchevêtrés en pelotes poreuses, pour des conditions opératoires spécifiquement choisies
This Ph.D project is part of the development of new composite multi-functional materials allowing replacing aluminum in the on-board electronic packaging of airplanes, to make them lighter. The combination of a polymer mechanically resistant with conductive nano-fillers is a promising alternative. The thesis concerns the study of the Fluidized Bed Chemical Vapor Deposition (CVD) process of conductive metals, such as iron and copper, on the surface of industrial multi-walled carbon nanotubes (MWCNTs, Arkema Graphistrength®C100) tangled in porous balls of 388 μm in diameter. First, in order to increase the surface reactivity of nanotubes, an oxidation process in fluidized bed has been studied at room temperature, from several gaseous mixtures containing ozone. The various analyses (TEM, IR spectroscopy, XPS, …) show that hydroxyl, carboxylic acid, ether, … chemical bonds are grafted uniformly on all the outer surface of MWCNTs and that their outer walls are locally and moderately etched. At the end, it appears that the created defects and the oxygen containing bonds have allowed to increase the number of nucleation sites on the nanotubes surface and then the weight of the deposited metal. The iron deposit from ferrocene Fe(C5H5)2 has been studied at high temperature (between 400 and 650°C) under different gaseous atmospheres (nitrogen, hydrogen, air, water vapor). The analyses (FEG SEM, XRD, TEM, ICP-MS, ...) show a uniform deposit from the outer part to the center of the balls, of nanoparticles containing iron carbide Fe3C. The presence of hydrogen has allowed minimizing the parasitic formation of nano-objects (tubes and fibers). The copper deposition from copper (II) acetylacetonate Cu(C5H7O2)2 has been studied at 250-280°C under hydrogen. The characterizations indicate that nanoparticles of pure copper have been deposited on all the MWCNT outer walls, from the outer part to the center of the balls. The whole results obtained prove that the Fluidized Bed CVD process is able to deposit uniformly metals on the outer surface of MWCNTs tangled in porous balls, for specifically chosen operating conditions

La part de l’aviation civile internationale dans les rejets mondiaux de CO 2 est de 1,5 %. Or les émissions de gaz à effet de serre participent aux changements climatiques. Dès lors, dans la continuité de l’impulsion des enceintes onusiennes protectrices de l’environnement, l’Organisation de l’aviation civile internationale (OACI) s’est saisie de la compensation et de la réduction des émissions de carbone. Les États membres ont convenu d’un panier de mesures offrant divers champs d’action de « climatisation » du secteur de l’aviation et dont le Carbon Offset and Reduction Scheme for International Aviation (CORSIA) fait partie. Ce dernier a été adopté, non sans difficultés, au terme d’un bras de fer diplomatique entre l’UE et le bloc de résistance formé des autres puissances aéronautiques. En tant que solution de compromis, le mécanisme fondé sur le marché est mis aux défis de la participation et de la mise en œuvre. Il semble pertinent de se prononcer sur les obstacles surmontés jusqu’à présent et de s’attacher à identifier les freins persistants.