Дисертації з теми "Couplage photochimique du méthane"

Un processus photo-chemo-catalytique en cascade à un pot pour l'oxydation du méthane en acide formique a été proposé. Un photocatalyseur spécialement conçu et un catalyseur hétérogène commercial ont été utilisés ensemble dans le processus en cascade. La conversion sélective du méthane en acide formique s'effectue d'abord sur le sel de césium de l'acide phosphotungstique (CsPW) supporté par l'oxyde de titane, qui oxyde le méthane par photocatalyse sous irradiation en un mélange de composés oxygénés liquides C1. Les composés oxygénés liquides C1 produits par photocatalyse sont ensuite convertis sélectivement en acide formique sur le catalyseur hétérogène au ruthénium supporté par de l'alumine. Toutes les réactions d'oxydation sélective du méthane en acide formique ont lieu dans le processus en cascade à température ambiante dans le même réacteur. Le processus en cascade a produit de l'acide formique avec une productivité de 5000 μmolacide formique g-1photocatalyseur et une sélectivité de 85 %, ainsi qu'une concentration allant jusqu'à 1.1 mmol L-1.Des nanoparticules d'or d'une taille de 6 à 29 nm supportées sur de l'oxyde de titane ont été préparées pour le couplage photocatalytique non oxydant et oxydant du méthane dans des réacteurs à flux gazeux discontinus et continus. La performance photocatalytique n'est pas affectée par la taille des nanoparticules. La conversion du méthane nécessite une transition de bande interdite dans le TiO2 excité par une irradiation UV. Aucune conversion du méthane n'a été observée après l'activation des nanoparticules d'or plasmoniques par la lumière visible. L'effet plasmonique des nanoparticules d'or ne peut pas à lui seul conduire la conversion photocatalytique du méthane. L'activation et l'oxydation du méthane se produisent sur les lacunes en oxygène de l'oxyde de titane, tandis que l'oxygène est probablement activé par les nanoparticules d'or. La conversion du méthane a été facilitée par une recombinaison électron-trou plus lente en présence de nanoparticules d'or. Une productivité d'hydrocarbures de 1864 μmol g-1 h-1 avec une sélectivité de couplage supérieure à 86 % a été atteinte dans le procédé de couplage oxydatif continu du méthane en flux.Le sel d'argent de l'aicd phosphotungstique (AgPW) supporté sur l'oxyde de titane a été préparé pour le couplage photochimique du méthane. La conversion du méthane nécessite une transition de bande interdite à la fois dans l'AgPW et le TiO2 par irradiation UV ainsi que le transfert de charge entre eux avec un contact intime. L'introduction d'une petite quantité d'AgPW dans le TiO2 a considérablement augmenté le taux de couplage. Au cours du couplage photochimique du méthane, les espèces Ag+ cationiques ont été réduites en Ag métallique et ont entraîné une diminution de la photoactivité, tandis que les espèces Ag+ et la photoactivité peuvent être régénérées à partir de l'AgPW-TiO2 usagé exposé à la lumière en présence d'air. Le procédé de bouclage chimique a permis d'atteindre une production d'éthane de 64 μmol g-1 avec une sélectivité de couplage supérieure à 95 %
A cascade one-pot photo-chemo-catalytic process for methane oxidation to formic acid has been proposed. A specifically designed photocatalyst and a commercial heterogeneous catalyst were used together in the cascade process. The methane selective conversion into formic acid proceeds first over caesium salt of phosphotungstic acid (CsPW) supported on titania, which photocatalytically oxidizes methane under irradiation into a mixture of C1 liquid oxygenates. The C1 liquid oxygenates produced by photocatalysis are then selectively converted into formic acid over the heterogeneous alumina supported ruthenium catalyst. All reactions of selective oxidation of methane to formic acid occur in the cascade process at room temperature in the same reactor. The cascade process produced formic acid with a productivity of 5000 μmolformic acid g-1photocatalyst and a selectivity of 85 %, as well as a concentration of up to 1.1 mmol L-1.Gold nanoparticles with a size from 6 to 29 nm supported on titania have been prepared for photocatalytic non-oxidative and oxidative methane coupling in both batch and continuous gas flow reactors. The photocatalytic performance is not affected by the nanoparticles size. The methane conversion requires band gap transition in TiO2 excited by UV irradiation. No methane conversion was observed after activation of plasmonic gold nanoparticles by visible light. The plasmonic effect of gold nanoparticles cannot alone drive the methane photocatalytic conversion. The methane activation and oxidation occur over titania oxygen vacancies, while oxygen is likely activated by gold nanoparticles. The methane conversion was facilitated by slower electron-hole recombination in the presence of gold nanoparticles. A hydrocarbon productivity of 1864 μmol g−1 h−1 with a coupling selectivity higher than 86% was achieved in the continuous oxidative methane coupling flow process.Silver salt of phosphotungstic aicd (AgPW) supported on titania has been prepared for photochemical methane coupling. The methane conversion requires band gap transition in both the AgPW and TiO2 by UV irradiation as well the charge transfer between them with intimate contact. Introducing even small amount of AgPW to TiO2 significantly enhanced the coupling rate. During photochemical methane coupling, cationic Ag+ species were reduced to metallic Ag and resulted in photoactivity decrease, while Ag+ species and photoactivity can be regenerated from the spent AgPW-TiO2 exposing to light in the presence of air. The chemical looping process achieved ethane production of 64 μmol/g with coupling selectivity above 95%

Les polymères 2D (2DP) se distinguent des polymères linéaires conventionnels par le fait qu’ils s’étendent sur deux dimensions. Bien qu’il soit possible par exfoliation d’isoler des feuilles de polymère à partir, par exemple, d’un matériau cristallin présentant des feuillets, il reste difficile d’obtenir par synthèse organique une structure 2D ordonnée dans l’espace. Il est réaliste de penser que les propriétés d’un polymère bidimensionnel soient nettement différentes de ceux ayant une structure unidimensionnelle et que ces mêmes propriétés pourraient permettre l’application des 2DP dans le domaine des semi-conducteurs, des senseurs ultra-sensibles, des matériaux optoélectroniques, de la médecine, des machines moléculaires ou même comme membrane nanoporeuse. Nos recherches ont porté sur l’élaboration d’un monomère organique capable de polymériser sur deux dimensions pour générer un polymère bidimensionnel selon la définition et les critères de Schlüter. Les objectifs de ce projet sont donc de concevoir et de synthétiser un monomère organique, de l’assembler sur deux dimensions, d’initier sa polymérisation de façon contrôlée, d’exfolier la structure d’épaisseur monomérique et de caractériser cette dernière. Trois structures sont présentées dans le cadre de ce mémoire. La première est un monomère amphiphile composé d’un fullerène (C60) hydrophobe et de chaines triéthylène glycol monométhyléther hydrophiles. Cet assemblage est orienté sur cuve Langmuir-Blodgett et polymérisé par cycloaddition [2+2] des unités fullerènes. La deuxième structure est un dérivé du poly(pphénylènetéréphtalamide) (PPD-T). Son organisation est effectuée par filage en milieu humide en phase cristal liquide et sa polymérisation par addition 1,4 des diacétylènes. La dernière macromolécule est, elle aussi, un dérivé du PPD-T comportant de nouvelles fonctionnalités qui permettront sa mise en oeuvre efficace.

Le mecanisme du couplage oxydant du methane a ete etudie sur un oxyde de lanthane (caracterise par xps, ftir, xrd, tem, sem) en utilisant les techniques de cinetique rapide avec marquage isotopique sur reacteur dynamique (equilibre ch#4/cd#4, transitoires a l'etat stationnaire) et la technique pulsee sur reacteur tap. Le schema mecanistique suivant a ete propose. Le methane gazeux s'active soit reversiblement et heterolytiquement sur des sites acido-basiques la#3#+-o#2#, soit irreversiblement et homolytiquement sur des sites fortement basiques de type o# pour former un radical methyle. Les sites o# sont issus de l'activation dissociative de l'oxygene sur une paire (o#2#, lacune anionique). La grande mobilite de l'oxygene de reseau fait que ces sites ne sont pas localises. Le couplage des radicaux methyles en ethane s'opere en phase gaz et l'ethane peut etre deshydrogene par la suite en ethylene. L'origine du monoxyde de carbone est probablement liee a une oxydation en phase gaz des hydrocarbures. Le dioxyde de carbone provient de l'oxydation des radicaux methyles par une succession d'etapes de surface, faisant intervenir des groupements methoxy puis carbonates. Les sites impliques seraient des sites faiblement coordines, localises sur les defauts de structure des particules. Ce schema mecanistique a permis d'elaborer un schema cinetique general de la reaction, avec modelisation des equations cinetiques et optimisation des principaux parametres

Nous avons étudié des catalyseurs conducteurs ioniques de type zircones pures et dopées dans la réaction de couplage oxydant du méthane (c. O. M. ). La caractérisation par les techniques du potentiel de surface et de conductivité ionique a permis une compréhension des mécanismes réactionnels. Les tests catalytiques mettent en évidence l'influence bénéfique d'ajout de dopant y et ca au sein de la zircone, sur la sélectivité en éthane et en éthylène. La limitation cinétique hétérogène du rendement a été constatée en test catalytique et en potentiel de surface. En effet, les c#2, produits de la réaction, réagissent toujours plus rapidement que le méthane (réactif). Au niveau de la sélectivité de c#2h#6 et c#2h#4, on observe une inversion du produit majoritaire avec l'augmentation de température, phénomène qui se corrèle avec des mesures de potentiel de surface. Les résultats cinétiques ont permis de développer un modelé de réaction successive d'ordre 1 que nous avons applique aux catalyseurs étudiés. Il permet de calculer la sélectivité des produits c#2h#6, c#2h#4 et cox en fonction de la conversion en méthane et des rapports des constantes de vitesse = k#c#2#h#6/k#c#h#4 et = k#c#2#h#4/k#c#2#h#6. Nous avons également, en ce qui concerne l'oxygène, propose un modelé de mécanisme à deux sites qui rend compte des différents résultats obtenus.

Les importantes réserves de gaz naturel – avérées ou potentielles – font de cet hydrocarbure un substitut plausible du pétrole pour la production d'hydrocarbures liquides. Cependant la plupart des réserves de gaz découvertes à l'heure actuelle sont de taille réduite et dispersées loin des sites de transformation ou de consommation. Le couplage du réformage (RM) et du couplage oxydant du méthane (OCM) dans un réacteur à microcanaux permettrait de rendre viable l'exploitation de ces réserves grâce à des coûts opératoires de transformation du gaz naturel réduits par rapport aux usines actuelles. De plus, l'utilisation de ce type de réacteurs compacts réduirait fortement la taille des usines de transformation du méthane. L'intégration de réactions de réformage du méthane en microréacteur a déjà été étudiée et des systèmes stables et performants ont été développés. En revanche, aucune étude n'a été faite sur le comportement de l'OCM dans ces réacteurs. Il a cependant été prouvé que ce procédé est basé sur un équilibre sensible entre réactions de surface et réactions en phase gazeuse. Or l'efficacité thermique des microréacteurs est liée au très grand rapport surface sur volume de gaz au sein des microcanaux par rapport à des réacteurs en lit fixe. L'étude présente de l'influence de la conception des réacteurs sur les performances du système OCM montre qu'une contribution trop importante de la surface catalytique est négative pour l'activité et la sélectivité des catalyseurs OCM. La comparaison des catalyseurs en poudre ou en revêtement a montré que seule la géométrie des réacteurs – soit le rapport volume de phase gaz sur surface catalytique (rapport V/S) – avait une influence sur les performances du système catalyseur + réacteur. L'utilisation de ce paramètre montre en effet que le type du réacteur choisi n'a aucun effet sur les performances de la réaction d'OCM à rapport V/S constant. L'influence positive d'une augmentation du rapport V/S sur les performances du système est en revanche limitée à cause de la faible durée de vie des radicaux en jeu dans l'OCM. L'utilisation du paramètre V/S a en revanche permis d'estimer la géométrie idéale des canaux d'un microréacteur à travers leur diamètre. Deux types très distincts de catalyseurs OCM ont été sélectionnés pour cette étude, conduisant soit à une activité réduite mais une plus grande sélectivité en éthylène soit l'inverse selon la composition et la structure/texture de ces catalyseurs. Au maximum de leurs productivités en éthylène respectives, le catalyseur au lanthane présente une productivité quatre fois plus importante que le catalyseur basé sur le système Mn-W-Na. La différence d'activité des deux catalyseurs étudiés peut s'expliquer par la densité en site actifs de chaque catalyseur. Celui au lanthane est uniquement constitué d'éléments actifs (La, Sr and Ca) contrairement au catalyseur Mn-W-Na dont la surface est en partie constituée de silice inerte. De plus le système Mn-W-Na présente des surfaces spécifiques en général cinq fois inférieures au catalyseur au lanthane. Cependant, les sites actifs du catalyseur au lanthane ne sont pas tous sélectifs envers la production de C2 et sont en revanche très actifs envers la production de précurseurs de COx. Un catalyseur OCM idéal associerait donc la densité de sites actifs du catalyseur au lanthane avec la sélectivité des systèmes Mn-W-Na. La concentration en éléments actifs pour ce système Mn-W-Na a donc été augmentée progressivement. Il s'est avérée que cette augmentation améliorait l'activité de ces catalyseurs par rapport à ceux référencés dans la littérature mais que l'amélioration était limitée au-delà d'une certaine concentration. deux fois inférieure à celle du catalyseur au lanthane soit quatre fois plus importante que le catalyseur référencé dans la littérature [etc…]

Le couplage oxydant du méthane (OCM) permet la transformation directe du méthane en éthylène (C2). A ce jour, le procédé catalytique n'atteint pas les critères requis de sélectivité et de rendement. La présence d'oxygène gazeux à haute température (T>700°C) favorise l'oxydation totale. L'utilisation d'un réacteur à membrane (RM) dense, composé de matériaux conducteurs ioniques et électroniques limite la présence de O2(g) dans le compartiment de réaction améliorant ainsi la sélectivité en C2. Cette thèse a pour cadre le développement de membranes catalytiques ayant un flux d'oxygène assez élevé pour atteindre une conversion supérieure à 25% et dont le revêtement catalytique entraine une sélectivité en C2 à 80%. Une méthode innovante, basée sur une approche microcinétique, a été développée pour déterminer le flux d'oxygène à travers les membranes à partir de mesures sur les poudres correspondantes (échange isotopique et ATG). Les constantes d'adsorption et de diffusion obtenues sont ensuite intégrées dans une équation de flux simulant la semi-perméabilité. Cette méthodologie, validée sur trois matériaux : Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF), La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.δ et Ba0.95La0.05FeO3-δ, permettra d'accélérer la découverte de nouveaux matériaux conducteurs d'oxygène. Les tests d'OCM ont été réalisés sur une membrane BSCF modifiée en surface par une couche mince catalytique. Deux catalyseurs ont été sélectionnés : Mn/NaWO4 très sélectif et LaSr/CaO très actif. Le rendement en réacteur membranaire est limité à 6%. Une analyse critique a été réalisée afin de concevoir une géométrie de réacteur membranaire optimale pour cette réaction
The oxidative coupling of methane (OCM) allowed the direct transformation of methane into ethylene (C2). Until now, the catalytic process does not reach the required criteria of selectivity and yield. The presence of gaseous oxygen at high temperature (T>700°C) favors the total oxidation. The use of a dense membrane reaction (MR), made of mixed ionic and electronic materials, limits the gaseous oxygen in the reaction compartment and thus improve the C2 selectivity. The goal of this PhD is to develop catalytic membranes exhibiting a flux high enough to reach a conversion higher than 25% and of which the catalytic coating leads to a C2 selectivity of 80%. An innovative method, based on a microkinetic approach, has been developed to determine the oxygen flux across a membrane from measurements on corresponding powders (isotopic exchange and TGA). The adsorption and diffusion constants obtained are then introduced in the flux equation simulating the semi-permeability. The methodology, validated on three materials: Ba0.5Sr0.5Co0.8Fe0.2O3-δ (BSCF), La0.6Sr0.4Co0.2Fe0.δ et Ba0.95La0.05FeO3-δ, will allow to accelerate the discovery of new oxygen conducting. The OCM tests have been achieved on BSCF membrane modified by a thin layer of catalyst. Two catalysts have been selected: Mn/NaWO4 highly selective and LaSr/CaO highly active. The yield in membrane reactor cannot overstep 6%. A critical analysis has been achieved in order to design an optimal membrane reactor geometry for this reaction

La spectroscopie cw-CRDS (continuous wave-Cavity Ring-Down Spectroscopy) est une technique d’absorption très sensible utilisée pour identifier et quantifier des espèces en phase gazeuse à des concentrations faibles et avec un temps de réponse très court. Nous avons développé une chambre de simulation atmosphérique (110 L) équipée d’un spectromètre cw-CRDS dans le proche IR (~ 1,5 µm), permettant la détection in situ du radical hydroperoxyle HO2, et d’autres espèces d’intérêt atmosphérique. Nous avons démontré les performances de ce dispositif original en étudiant deux systèmes réactionnels. Le premier système étudié est la photolyse du méthyle nitrite (CH3ONO), qui génère des radicaux OH. Le HONO issu de la réaction OH + CH3ONO a été identifié et quantifié pour la première fois, ce qui constitue une avancée importante dans la connaissance de cette réaction. La formation du HONO et du CH2O, produit majoritaire de la photolyse, a été étudiée dans différentes conditions expérimentales. Dans un deuxième temps, l’oxydation du méthanol dans l’air par les atomes de chlore Cl a été étudiée. Le radical HO2 a été observé pour la première fois par cw-CRDS in situ dans une chambre de simulation atmosphérique. La cinétique de disparition de HO2 a été étudiée, confirmant la valeur de la constante de vitesse de la réaction mutuelle ; une perte significative sur les parois de réacteur a été observée à très basse pression. La mesure des taux de photolyse du NO2, du CH3ONO et du Cl2 par différentes méthodes a permis de caractériser le dispositif expérimental développé dans ce travail
The continuous wave-Cavity Ring-Down Spectroscopy (cw-CRDS) is a very sensitive absorption technique used to selectively identify and quantify gaseous species at low concentrations and with a short acquisition time. We have developed an environmental chamber (110L) coupled with a near-IR cw-CRDS spectrometer for the detection of HO2 and other gaseous species. In order to demonstrate the performance of this setup, we have investigated two reaction systems. The first study concerns the methyl nitrite (CH3ONO) photolysis, which is known to generate OH radicals. The HONO product in the OH + CH3ONO reaction has been identified and quantified for the first time, which represents a very important step in the comprehension of this reaction. The formation of HONO and CH2O (a major product in the CH3ONO photolysis) has been studied under different experimental conditions. Secondly, the oxidation of methanol in air by chlorine atoms has been investigated. The HO2 radical has been observed for the first time by in-situ cw-CRDS in an environmental chamber. The kinetics of HO2 disappearance has been studied and the results confirm the rate constant value of the HO2 self reaction. A rather significant loss of HO2 on the walls of reactor has been observed at low pressure. Finally, the measurement of the photolysis frequencies of NO2, CH3ONO and Cl2 by various methods has allowed characterizing the experimental device developed in this work

La production de méthane à partir des champs hydratifères des fonds océaniques est un procédé promis à se développer et à atteindre l'échelle industrielle au cours des dix prochaines années. Cependant, les premiers essais d'extraction de méthane se sont révélés infructueux et difficiles à mener. Le phénomène de dissociation des hydrates de méthane au sein d'une matrice poreuse reste mal connu et maîtrisé: la fusion des hydrates de méthane engendre des écoulements de fluide et des transferts thermiques au sein d'un milieu poreux. Les propriétés de ce milieu poreux évoluent donc avec la disparition de la phase hydrate et la présence éventuelle d'une phase glace au cours de la dissociation. Les transferts de masse et de chaleur doivent donc être couplés, afin de tenir compte premièrement du changement de la perméabilité et deuxièmement de l'évolution de la conductivité thermique du système.
Dans cette étude, les transferts de masse et de chaleur ont été étudiés numériquement et expérimentalement. Un modèle numérique 2D est proposé dans lequel les transferts de chaleur et de masse gouvernent la dissociation des hydrates de méthane. Les résultats numériques montrent la présence de gradients de pression et de température au sein du milieu poreux et l'évolution de la frontière de dissociation selon le type de sédiment utilisé. Ce modèle est utilisé afin de dimensionner un dispositif expérimental de dissociation de carottes sédimentaires partiellement saturées en hydrates de méthane qui permet un suivi précis de la cinétique de dissociation.
Le montage expérimental est composé de cinq zones cylindriques de même diamètre (1/2 inch) mais de tailles différentes (pour une longueur totale de 2,6 m). Chaque zone est contrôlée en pression et en température. Chaque expérience consiste en une cristallisation d'hydrates de méthane au sein d'un milieu poreux, puis en une dissociation de ces mêmes hydrates par une méthode de contrôle de la pression à une extrémité du dispositif. La cinétique de dissociation est étudiée par le suivi de la pression dans un ballast (situé en aval du dispositif). Les résultats obtenus, via une étude paramétrique, permettent de cibler les paramètres clés de la dissociation de ces hydrates sédimentaires et d'observer leur impact sur la cinétique de dissociation. Deux régimes bien distincts de dissociation sont mis en évidence et caractérisés selon les propriétés du sédiment partiellement saturé en hydrates de méthane. Le rôle de la glace au cours de la dissociation est également étudié pour ces deux types de dissociation.
Enfin, la correspondance des résultats numériques et expérimentaux est mise en évidence par comparaison de courbes de cinétique de dissociation et de courbes d'évolution de la pression au sein du milieu poreux.

La conversion du méthane, principal constituant du gaz naturel, en produits valorisables et facilement transportables constitue un enjeu économique important. La réaction de couplage oxydant du méthane est une des voies les plus étudiées pour sa transformation directe en hydrocarbures supérieurs. Le rendement obtenu étant trop faible pour envisager une exploitation industrielle, il est nécessaire de mieux comprendre la réaction afin de pouvoir optimiser les paramètres physiques et cinétiques. Cette réaction est en effet complexe car elle comporte des réactions catalytiques et des réactions radicalaires en phase gazeuse. C'est pourquoi notre objectif était de progresser dans la connaissance du mécanisme par une étude expérimentale mettant en jeu trois réacteurs différents permettant de faire varier séparément les paramètres liés au catalyseur ou à la phase gazeuse. Nous avons par ailleurs fait une étude des phénomènes de diffusion intervenant dans ces réacteurs. La comparaison des résultats obtenus avec ces différents réacteurs a fourni des informations originales. Nous avons alors proposé un mécanisme susceptible de rendre compte de cette réaction, ce qui permet d'adapter les paramètres et le réacteur à la réaction et d'envisager une modélisation. Nous avons ainsi mis au point un réacteur capable de donner de bons rendements en couplage oxydant comme en gaz de synthèse

Ce travail est consacré à l'étude du couplage oxydant du méthane sur les catalyseurs BaBiO₃₋x, (Bi₂ O₃)O,6(SrO)O,4 et Li/MgO irradies par microonde. La sélectivité en C₂+ obtenue avec ces catalyseurs irradies par microonde est améliorée par rapport a celle obtenue avec ces catalyseurs chauffes classiquement: de façon importante pour le catalyseur Li/MgO et légèrement pour les catalyseurs BaBiO₃₋x et (Bi₂ O₃)0,6(SrO)0,4. L’amélioration de la sélectivité en C₂+ a pour origine la trempe des gaz a la sortie du lit catalytique pour le catalyseur Li/MgO. La trempe des gaz, qui est une spécificité de l'irradiation microonde, a pour effet de réduire les vitesses des réactions d'oxydation des radicaux méthyles dans la phase gazeuse. Pour les catalyseurs BaBiO₃₋x et (Bi₂ O₃)0,6 (SrO)0,4, l'accroissement de la sélectivité en C₂+ s'interprète par la diminution des vitesses des réactions catalytiques d'oxydation des carbanions et des radicaux méthyles a la surface du catalyseur. C’est l'action du champ électromagnétique sur le catalyseur qui en est responsable.

Le dioxyde de carbone et le méthane représentent les deux principaux gaz à effet de serre produits par l’Homme. Dans le contexte environnemental actuel, leur valorisation constitue un enjeu scientifique majeur. Cette thèse s’inscrit ainsi dans cet objectif de valorisation du CO2 et du CH4. Pour cela, la réaction de reformage sec du méthane a été réalisée par couplage plasma non-thermique et catalyse. De façon générale, des catalyseurs à base de métaux, comme Ni/Al2O3, sont utilisés lors du couplage plasma-catalyse. Toutefois, les résultats obtenus en termes de conversions et de sélectivités sont très hétérogènes, voire contradictoires. Afin de mieux comprendre les origines de cette disparité, l’influence de la nature du solide présent dans la zone plasma a été étudiée. Pour ce faire, divers oxydes métalliques, tels que γ-Al2O3, α-Al2O3, MgO, CaO, La2O3, ZnO, CeO2, SiO2, BaO, TiO2 ou encore une zéolithe, ont été sélectionnés pour leurs propriétés physico-chimiques distinctes (permittivité, acidité, basicité, surface spécifique). Ces oxydes ont été testés dans des conditions opératoires identiques en utilisant un réacteur plasma à barrière diélectrique (DBD), une puissance de 8W (fréquence 800 Hz, tension de 13 et 16 kV), et un débit total de 40 mL.min-1, l’hélium étant le constituant majoritaire : 75% volumique.L’étude des caractéristiques physiques des catalyseurs a par exemple permis de souligner l’impact de la permittivité ou de la taille des grains des différents matériaux sur la décharge. Une constante diélectrique élevée n’est pas favorable à la réaction. La présence de TiO2 (εr=2903) dans la décharge entraîne une chute des conversions du CH4 et du CO2, qui passent respectivement de 20 et 9 % à vide, à 5 et 2% avec TiO2. Par ailleurs, il a été montré que la présence de grains trop volumineux réduit la surface accessible au plasma, ce qui entraîne une diminution des conversions des réactifs. Ces dernières passent de 30 et 15% respectivement pour CH4 et CO2 pour des grains de petite taille (250-355µm), à 24 et 11% pour les plus gros grains (800-1000µm). De plus, l’étude des propriétés chimiques des catalyseurs a mis en avant l’influence de la basicité sur les conversions du dioxyde de carbone. Il semble que plus le solide possède de sites basiques, plus l’adsorption du CO2 est favorisée. En outre, une étude plus détaillée a été réalisée en couplant plasma et oxyde de calcium, car ce dernier possède non seulement une faible permittivité (εr=2,1), mais également un nombre important de sites basiques. L’influence du ratio CH4/CO2 et de la température sur CaO a permis de mettre en évidence l’apparition de modifications structurales et texturales après décharge plasma. Il a été montré que pour un ratio CH4/CO2 = 2, et à 300°C, la formation d’eau (réaction inverse de gaz à l’eau) favorise la formation de Ca(OH)2 et CaCO3. L’ajout d’eau (0,1g.h-1) au mélange réactionnel a permis de mettre en avant l’hydroxylation de CaO et la carbonatation de Ca(OH)2. Par ailleurs, la carbonatation de l’hydroxyde de calcium hydraté (Ca(OH)2+ 18% H2O) est favorisée sous plasma. L’analyse des gaz en sortie par spectromètre de masse fait ressortir un phénomène d'oscillation lié à l’adsorption du CO2. Un mécanisme réactionnel, au cours duquel l’élimination et l’adsorption de CO2 et H2O s’effectuent successivement, a été proposé. Un plasma peu énergétique (4W) favorise la carbonatation du solide puisque sa composition est initialement : 0,9Ca(OH)2, 0,9 H2O, 0,1 CaCO3 et devient 0,1Ca(OH)2, 0,9CaCO3 après plasma. Par conséquent, il semble que l’application d’un plasma non-thermique favorise la diffusion du CO2 au cœur de Ca(OH)2+ 18% H2O. En outre, la carbonatation de solides, qui constitue une méthode de stockage du CO2, est un procédé lent et le plus souvent limité par la diffusion du dioxyde de carbone. Dans cette étude, il a été montré que le plasma pourrait présenter un grand intérêt, à condition d’augmenter l’efficacité du procédé
The two main greenhouse gases emitted by human activities are carbon dioxide and methane. Within the context of the current environmental crisis, it has become vital to find a method to valorise these gases. Therefore, this thesis has been conducted to be a part of this process: CO2 and CH4 valorisation. To this end, dry reforming of methane was carried out by coupling non-thermal plasma and catalysts. Metal-based catalysts, such as Ni/Al2O3, are usually used for plasma-catalyst. However, the results are often dissimilar, and even contradictory, as far as conversions and selectivities are concerned. In order to better understand the reasons behind this heterogeneity, the influence of the nature of the solid was studied. For this purpose, metal oxides, such as γ-Al2O3, α-Al2O3, MgO, CaO, La2O3, ZnO, CeO2, SiO2, BaO, TiO2, and a zeolite, were selected because of their respective physicochemical properties (permittivity, acidity, basicity, specific surface). These oxides were submitted to identical tests with identical operational conditions, e.g. a dielectric barrier discharge reactor (DBD), 8W power (800 Hz frequency, 13 and 16 kV tension), a total output of 40 mL.min-1 and a CH4/CO2=0,5 ratio.The study of the physical characteristics of catalysts highlighted the impact of the material’s permittivity or of the size of its grains on the discharge. A high dielectric constant hindered the reaction. When TiO2 (εr=2903) was found in the discharge, it led to a decline in CH4 and CO2 conversions, as they decreased from respectively 20 and 9% without catalyst, to 5 and 2% with TiO2. Furthermore, when grains were too large, there was less surface accessible to plasma, which led to a fall in the reagents’ conversions. Indeed, they dropped from respectively 30 and 15% for CH4 and CO2 for small-sized grains (250-355µm), to 24 and 11% for the largest grains (800-1000µm). In addition to this, the study of the catalysts’ chemical properties showed how basicity influenced the conversions of carbon dioxide. It seemed that when there was a great number of basic sites in a solid, CO2 adsorption was likely to be better. Furthermore, a more detailed study was carried out by coupling calcium oxide with non-thermal plasma. Indeed, the former does not only have a low permittivity, but also a high number of basic sites. Structural and textural modifications appeared after plasma. This was shown by examining the influence of the CH4/CO2 ratio and of the temperature on CaO. When there was a CH4/CO2 = 2 ratio, for a temperature of 300°C, the production of water (reverse water-gas shift reaction) tended to result in the formation of Ca(OH)2 and CaCO3.When water (0,1g.h-1) was added to the reaction mixture, CaO hydroxylation and Ca(OH)2 carbonatation were observed. Furthermore, hydrated calcium hydroxide (Ca(OH)2+ 18% H2O) carbonatation is more likely to occur under plasma. The analysis of gases at the outlet by a mass spectrometer revealed an oscillatory phenomenon associated with CO2 adsorption. A reaction pathway, during which CO2 and H2O adsorption and elimination occur successively, was therefore put forward. A low-energy plasma (4W) is likely to cause carbonatation, as the solid is originally composed of 0,9Ca(OH)2, 0,9 H2O, 0,1 CaCO3, and is made of 0,1Ca(OH)2, 0,9CaCO3 after plasma. Thus, applying a non-thermal plasma seems to encourage CO2 diffusion at the core of Ca(OH)2+ 18% H2O. Carbonatation is a method to store CO2 but it is a slow process, which is often hindered by CO2 diffusion. In this study, plasma was proved to be a highly interesting process, provided that its efficiency could be increased

L'objectif de ce travail a ete l'optimisation du rendement en produits c#2 de la reaction de couplage oxydant du methane sur des catalyseurs a base de lanthane. Deux approches ont ete privilegiees: (1) explorer les potentialites d'un reacteur a membrane catalytique pour cette reaction et (2) modifier la composition chimique d'un catalyseur modele d'oxyde de lanthane. 1 - reacteur a membrane catalytique. La methode sol-gel a permis l'obtention d'une membrane laocl catalytiquement active et presentant des proprietes texturales prometteuses. Cependant, les conditions operatoires severes utilisees pour cette reaction (650 a 800c en presence de vapeur d'eau) ont induit une instabilite texturale de la phase laocl en limitant les effets de transfert de matiere au domaine macroporeux. Malgre une separation moderee entre methane et oxygene, l'utilisation d'un reacteur a membrane a permis d'optimiser les performances de la phase active en fonction de la composition de surface, de la structure de la membrane et de la configuration du reacteur. Un modele mathematique du reacteur a ete developpe. Les performances calculees se sont averees en bon accord avec les performances experimentales. 2 - optimisation d'un oxyde de lanthane. L'addition de sulfate de potassium a un oxyde de lanthane a permis une amelioration sensible des performances catalytiques du catalyseur pour la reaction de couplage oxydant du methane. Une analyse cinetique et une caracterisation physico-chimique detaillee ont montre que l'effet de promotion pourrait etre attribue a une diminution de la concentration en sites specifiques d'oxydation sur la surface du lanthane. Par decomposition thermique sous les conditions reactionnelles, le sulfate de potassium a partiellement neutralise ces sites par la formation d'ions sulfate stables. Les resultats obtenus pourraient expliquer d'autres effets de promotion reportes dans la litterature pour cette reaction

Le couplage oxydant du méthane en présence d'oxydes métalliques apparait comme l'une des voies les plus prometteuses de transformation chimique directe du gaz naturel en éthylène. Cependant, expérimentalement, un rendement supérieur à 25% n'a jamais pu être atteint. Il a été suggéré que cette limite pourrait être due aux réactions radicalaires en phase gazeuse entrant en compétition avec les réactions catalytiques hétérogènes, réputées à priori plus sélectives. Le but de la thèse, effectuée dans le cadre du consortium ACTANE, consiste précisément à obtenir des données expérimentales susceptibles d'éclairer la nature de cette réaction. A cette fin, un réacteur d'un type nouveau a été conçu, qui permet d'une part de faire varier le rapport de la surface catalytique et du volume de la phase gazeuse, et d'autre part d'opérer à des températures différentes pour le catalyseur et pour la phase gazeuse. A l'aide de cet outil, une étude paramétrique détaillée de la réaction méthane-oxygène en présence et en l'absence d'oxyde de lanthane a été conduite entre 650 et 900°C. Deux faits saillants ressortent de cette étude: 1) la sélectivité de la réaction passe par un optimum vers 850°C 2) la part homogène de la réaction croit avec la température. L'analyse des résultats obtenus confirme la nature hétéro-homogène de la réaction de couplage, apporte des précisions sur les interactions des processus réactionnels volumiques et surfaciques, et laisse envisager à terme une modélisation à caractère fondamental de cette réaction à la fois radicalaire et catalytique

Le couplage oxydant du méthane (OCM) est une réaction complexe de catalyse hétérogène, permettant la conversion directe du méthane en éthylène, pour un coût énergétique moindre par rapport aux procédés industriels indirects actuels. L’OCM nécessite une température supérieure à 700°C, à pression atmosphérique. Il y a donc compétition avec l’oxydation totale. Dans les nombreuses études rapportées dans la littérature, la limite de 25 % de rendement en C2 (éthane + éthylène) n’a pas été franchie. Les mécanismes proposés ne sont pas applicables à tous les catalyseurs actifs ou valables pour un large domaine de conditions opératoires. Une nouvelle manière d’aborder cette réaction est de prendre en compte la plus large diversité possible des paramètres intervenant dans ce procédé, de la formulation aux réacteurs en vue d'optimiser les performances. La présente étude a permis d’extraire des descripteurs pertinents du processus de l’OCM à partir de données expérimentales et d’établir certaines corrélations entre descripteurs et performances. Des catalyseurs LaSrCaO ont été sélectionnés après tests à haut débit en réacteur parallèle à lit fixe et un modèle micro-cinétique de l’OCM dans ce réacteur a été validé grâce aux données obtenues. D’autres expériences ont été menées avec succès en réacteur à membrane dense pour améliorer la productivité en éthylène. Le rôle joué par la composition de surface des catalyseurs a été identifié et une analyse critique de la méthode générale mise en œuvre conclut ce travail
The oxidative coupling of methane (OCM) is a complex heterogeneous catalytic reaction allowing the direct conversion of methane to ethylene, at a lower energetic cost than the current industrial processes. OCM requires a temperature higher than 700°C at atmospheric pressure. Hence, there is competition with total oxidation. In the numerous studies reported in literature, the limit of 25% C2 (ethane + ethylene) yield could not be overtaken. Proposed mechanisms are not relevant for all active materials or on all operating condition ranges. A new way to approach the reaction would be to take into account the wider possible panel of parameters involved in this process, from formulation to reactors targeting at process optimisation. The present study permitted to extract relevant descriptors of OCM process from experimental data and establish relationships between descriptors and performances. LaSrCaO catalysts were selected and tested in a parallel fixed-bed reactor and the data obtained were used to validate a micro-kinetic model in this reactor. Experiments were also performed successfully in a dense membrane reactor to improve ethylene productivity. The role played catalyst surface composition was also identified and a critical analysis of the global method implemented concludes this work

Des recherches sont encore nécessaires afin de mieux comprendre les mécanismes chimiques qui interviennent dans la combustion du gaz naturel. L'étude porte sur la combustion du méthane, constituant principal du gaz naturel, et de l'éthane dans des flammes laminaires de prémélange stabilisées à basse pression. Les profils d'évolution des espèces formées stables et réactives sont obtenus par spectrométrie de masse couplée à un prélèvement par faisceau moléculaire. Les espèces sont ionisées par bombardement électronique (FM/SM) ou multiphonique résonant (REMPI/FM/SM). L'ionisation multiphotonique résout les problèmes d'interférence en masse liés à l'ionisation électronique. Cette étude spécifique concerne le (2 + 1) REMPI dans le cas de O2 (287,7 nm) et du radical CH3 (286,3 nm et 333,5 nm). Les profils de température sont mesurés par thermocouple recouvert. Un accord satisfaisant est observé entre les résultats expérimentaux et ceux obtenus par modélisation à partir de deux mécanismes chimiques récents. Les schémas réactionnels de transfert entre les différentes voies d'oxydation des espèces chimiques en C1, C2 et C3 sont mis en évidence et permettent de mieux cerner les mécanismes de formation des hydrocarbures intermédiaires.

Afin de mieux cerner les mécanismes chimiques impliqués dans les processus de combustion et de formation des polluants, une méthode expérimentale d'étude de la structure de flammes est développée. Il s'agit du couplage de la chromatographie en phase gazeuse (CPG) associée à un prélèvement par microsonde pour l'analyse des espèces stables CH4, O2, N2, CO, CO2, H2O, H2, C2H4, C2H6, C3H6 et C3H8 et de la Fluorescence Induite par Laser (FIL) à un et deux photons pour la mesure des espèces réactives O, H, OH, CH, NO et de la température. La méthode est appliquée à l'étude de la formation du monoxyde d'azote dans des flammes basse-pression de prémélange CH4/O2/N2 de différentes richesses. La mesure de température par fil à partir de l'analyse de spectres d'excitation du radical OH prend en compte l'atténuation des signaux de fluorescence due aux effets d'absorption et de trapping. Les effets photolytiques liés à l'utilisation de sources laser intenses autour de 200 nm ont été mis en évidence, notamment la formation de CH dans son état excité (A²[Delta]). Les profils de fraction molaire expérimentaux des espèces analysées sont comparés avec ceux obtenus par modélisation. Le modèle cinétique est constitué d'un sous-mécanisme relatif à l'oxydation du méthane (Frenklach 1994) et d'un sous-mécanisme relatif à la chimie de l'azote (Miller et Bowman 1989). Un accord satisfaisant expérience/modélisation notamment dans le cas du radical CH et de NO est obtenu. L'analyse des vitesses des réactions impliquées met en évidence les chemins réactionnels principaux. On constate que la totalité du NO formé est lié au mécanisme du NO-précoce.

Au cours de ce travail, deux reactions ont ete etudiees sur des catalyseurs aerogels a base d'oxyde de plomb supporte par plusieurs oxydes. Les catalyseurs ont ete prepares dans le laboratoire par deux methodes differentes, un aerogel et un xerogel. La nitroxydation du propylene sur l'aerogel pbo-zro#2 0,5 a conduit a la formation d'acrylonitrile avec une bonne selectivite (88%). Ce catalyseur a montre une grande stabilite avec le temps. L'influence de divers facteurs a ete etudiee en particulier l'influence du rapport atomique pb/zr, la nature du support, le rapport des reactifs, la temperature reactionnelle entre autres. C'est le mecanisme de mars et van krevelen (redox) qui permet de mieux interpreter les resultats experimentaux. L'oxydation couplante du methane par n#2o sur l'aerogel pbo-mgo 0,5 a fourni des hydrocarbures en c#2 comme l'ethylene et l'ethane. L'etude cinetique a montre que cette reaction suit plutot le mecanisme de rideal sans concurrence d'adsorption. Le protoxyde d'azote reagit en phase adsorbee, alors que le methane intervient en provenant de la phase gazeuse

Les émissions de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4) et le cycle du carbone dans la retenue de barrage de Petit-Saut et la rivière Sinnamary (Guyane Française) ont été étudiés dans le but de développer un modèle couplé hydrodynamique-biogéochimie. Le développement de ce modèle a nécessité l'étude de trois processus contrôlant ces émissions : (i) la production de CO2 et de CH4 lors de la dégradation de la matière organique (MO) des sols et de végétaux, (ii) l'oxydation aérobie du CH4 dans la colonne d'eau du barrage et (iii) les processus d'échange gazeux à l'interface air-eau.
Sur 10 ans, les émissions atmosphériques se sont avérées très significatives, notamment les trois premières années ayant suivies la mise en eau, puis décroissent au cours du temps. Tandis que 50% des émissions de CO2 ont lieu à la surface du lac, les émissions de CH4 sont principalement localisées en aval des turbines.
Les émissions atmosphériques résultent de la dégradation de la MO (sol et biomasse issus de la forêt tropicale) immergée lors de la mise en eau et leur diminution au cours du temps découle de l'épuisement du stock de MO. Au terme de 10 ans, 20% du stock de carbone a été minéralisé et émis vers l'atmosphère sous forme de CO2 et de CH4. L'oxydation aérobie du CH4 transforme plus de 95% du CH4 diffusant depuis l'hypolimnion en CO2 dans la colonne d'eau du lac et 40% du CH4 entrant dans la rivière à l'aval. A l'échelle du barrage ce processus est responsable de l'oxydation de 90% du CH4 produit et de 30% des émissions totales de CO2. Le CH4 et le CO2 qui atteignent les eaux de surface du barrage sont émis vers l'atmosphère par flux diffusifs. L'étude de ce processus de transfert gazeux à l'interface air-eau montre que, en milieu tropical, les flux diffusifs sont accélérés par les fortes températures et les phénomènes pluvieux.
Le modèle est basé sur le modèle hydrodynamique SYMPHONIE 2D et les modules biogéochimiques développés dans le cadre de cette étude à partir des données cinétiques des processus étudiés. Les profils verticaux simulés de température, d'oxygène, de CO2 et de CH4 sont bien reproduits. Ce modèle pose les bases d'un outil opérationnel de modélisation pour la retenue de Petit Saut ainsi que pour d'autres réservoirs en milieu tropical.

Les émissions de dioxyde de carbone (CO2) et de méthane (CH4) et le cycle du carbone dans la retenue de barrage de Petit-Saut et la rivière Sinnamary (Guyane Française) ont été étudiés dans le but de développer un modèle couplé hydrodynamique-biogéochimie. Le développement de ce modèle a nécessité l'étude de trois processus contrôlant ces émissions : (i) la production de CO2 et de CH4 lors de la dégradation de la matière organique (MO) des sols et de végétaux, (ii) l'oxydation aérobie du CH4 dans la colonne d'eau du barrage et (iii) les processus d'échange gazeux à l'interface air-eau. Sur 10 ans, les émissions atmosphériques se sont avérées très significatives, notamment les trois premières années ayant suivies la mise en eau, puis décroissent au cours du temps. Tandis que 50% des émissions de CO2 ont lieu à la surface du lac, les émissions de CH4 sont principalement localisées en aval des turbines. Les émissions atmosphériques résultent de la dégradation de la MO (sol et biomasse issus de la forêt tropicale) immergée lors de la mise en eau et leur diminution au cours du temps découle de l'épuisement du stock de MO. Au terme de 10 ans, 20% du stock de carbone a été minéralisé et émis vers l'atmosphère sous forme de CO2 et de CH4. L'oxydation aérobie du CH4 transforme plus de 95% du CH4 diffusant depuis l'hypolimnion en CO2 dans la colonne d'eau du lac et 40% du CH4 entrant dans la rivière à l'aval. A l'échelle du barrage ce processus est responsable de l'oxydation de 90% du CH4 produit et de 30% des émissions totales de CO2. Le CH4 et le CO2 qui atteignent les eaux de surface du barrage sont émis vers l'atmosphère par flux diffusifs. L'étude de ce processus de transfert gazeux à l'interface air-eau montre que, en milieu tropical, les flux diffusifs sont accélérés par les fortes températures et les phénomènes pluvieux. Le modèle est basé sur le modèle hydrodynamique SYMPHONIE 2D et les modules biogéochimiques développés dans le cadre de cette étude à partir des données cinétiques des processus étudiés. Les profils verticaux simulés de température, d'oxygène, de CO2 et de CH4 sont bien reproduits. Ce modèle pose les bases d'un outil opérationnel de modélisation pour la retenue de Petit Saut ainsi que pour d'autres réservoirs en milieu tropical
The emissions of carbon dioxide (CO2) and methane (CH4) and the carbon cycle in the Petit-Saut reservoir and in the Sinnamary River (French Guiana) were studied with an aim of developing a coupled physical/biogeochemical model. The development of this model required the study of three processes controlling these emissions: (i) CO2 and CH4 production during the mineralization in anoxic condition of organic matter (OM) from soils and plants, (ii) aerobic CH4 oxidation in the water column of the lake and (iii) the processes involved in gas exchange at the air-water interface. Over 10 years, atmospheric emissions were shown to be very significant, in particular the first three years having followed the reservoir impoundment and then decreased with time. While 50% of the CO2 emissions take place at the surface of the lake, the emissions of CH4 are mainly localized downstream from the turbines. The atmospheric emissions result from the degradation of OM (soil and biomass originating from the tropical forest) flooded during impoundment and their reduction with time rises from the exhaustion of the OM stock. 10 years after impoundement, 20% of the carbon stock were mineralized and emitted to the atmosphere in the form of CO2 and of CH4. Aerobic CH4 oxidation transforms more than 95% of the CH4 diffusing upward from the hypolimnion into CO2 in the water column of the lake and 40% of the CH4 entering the river downstream of the dam. In the whole Petit Saut system, this process is responsible for the oxidation of 90% of the produced CH4 and 30% of the total CO2 emissions. The CH4 and CO2 which reach the water surface of the reservoir and of the river downstream of the dam are emitted to the atmosphere by diffusive flux. The study of this process of gas transfer to the interface air-water shows that, in tropical environment, diffusive fluxes are enhanced by the elevated temperatures and the rainy phenomena. The model is based on the hydrodynamic model SYMPHONY 2D and the biogeochemical model developed during this study starting from the kinetic data of the studied processes. The simulated vertical profiles of temperature, oxygen, CO2 and CH4 are well reproduced. This model poses the bases of an operational tool of modeling for the Petit-Saut reservoir like for other reservoirs in tropical environments

L’acide γ-aminobutyrique ou GABA est le principal neurotransmetteur inhibiteur présent dans le système nerveux central (CNS). Afin d’obtenir un nouveau dérivé cyclobutanique du GABA, le cis-3,4CB-GABA, sous forme énantiomériquement pure, deux stratégies de synthèses efficaces et reproductibles ont été mises au point. Ces deux voies de synthèse impliquent toutes les deux une étape-clé de photocycloaddition [2+2] qui permet de créer le cycle à 4 chaînons. La première consiste en une homologation de l’acide cis-2-aminocyclobutanique (cis-ACBC), et la deuxième est une synthèse multi-étape qui utilise le caprolactame comme composé de départ.D’autre part, grâce à une synthèse stéréosélective du (1R,2S)-cis-2,3CB-GABA, quelques oligomères C- et N-protégés – di, tri, et tétra-peptides – de cet aminoacide ont été préparés. Ceux-ci ont été caractérisés par les techniques de RMN 1D et 2D, IR, RX. Les analyses ont montré qu’il n’existe pas d’interactions non-covalentes (liaisons hydrogène) inter-résidu au sein de ces structures moléculaires. En revanche, la propriété de gélification de ces oligomères dans différents solvants organiques a été mise en évidence. Des solutions et des gels formés à partir de ces peptides ont été analysés par microscope électronique à balayage et des clichés ont été obtenus montrant une organisation du dipeptide et du tetrapeptide en fibrilles. Le tripeptide lui n’a présenté aucun assemblage intermoléculaire régulier
The γ-aminobutyric acid (GABA) is the major inhibitory neurotransmitter in the central nervous system (CNS). In order to obtain new enantiomerically pure cyclobutanic derivative of GABA, the cis-3,4CB-GABA, two efficient synthetic strategies have been established. Both synthetic routes employed a photocycloaddition [2 +2] protocol, which provided the cyclobutanic ring. The first route involved the homolgation of the cis-2-aminocyclobutanecarboxylic acid (cis-ACBC), whereas the second route is a multi-step synthesis using caprolactam as starting material.On the other hand, the (1R,2S)-cis-GABA-2,3CB was synthetized, and a series of N- and C-protected oligomers of di, tri, and tetrapeptides of this amino acid were prepared. These oligomers were characterized by NMR (1D and 2D) techniques, IR, and X-ray. The analyses have shown that there are no non-covalent interactions (hydrogen bonds) between the residues of each oligomers. However, the gelation property of these oligomers in various organic solvents was demonstrated. Solutions and gels formed from these peptides were analyzed by scanning electron microscopy, and the obtained images showed a fibrous organization of the di- and tetrapeptide, while the tripeptide showed no regular intermolecular assembly

L’un des objectifs de cette thèse est d’interpréter les observations des principaux hydrocarbures(C2H2 et C2H6) effectuées par Cassini (NASA/ESA) sur Jupiter et Saturne. Les modèles photochimiques à une dimension sont insuffisants pour interpréter ces observations spatialement résolues. J’ai développé le premier modèle photochimique saisonnier à deux dimensions (altitude-latitude) des planètes géantes qui calcule leur composition chimique.En l’absence de transport méridional, la composition chimique de Saturne suit les variations d’ensoleillement. Les abondances de C2H2 et C2H6 mesurées par Cassini (Guerletet al., 2009) sont reproduites jusqu’aux latitudes moyennes, à des pressions supérieures à0,1mbar. Les écarts notés dans l’hémisphère sud suggèrent la présence de dynamique ou d’une chimie entre les ions et les espèces neutres. J’ai couplé, pour la première fois, mon modèle photochimique avec le modèle radiatif de Greathouse et al. (2008). Nous prédisons un décalage du pic saisonnier de température, par rapport aux précédents modèles, d’une demi-saison à haute altitude et aux hautes latitudes.Jupiter présente de faibles variations saisonnières de composition chimique, uniquement contrôlées par son excentricité. Les distributions méridionales observées de C2H2 etC2H6 présentent des tendances opposées (Nixon et al., 2010). Mon modèle est en accord avec les observations de C2H6 lorsque j’invoque une combinaison de diffusion méridionale et de circulation stratosphérique, tout en provoquant un plus grand désaccord avec les observations de C2H2. La chimie ionique pourrait principalement affecter C2H2 et jouer un rôle important dans l’atmosphère de Jupiter
One of the goals of this thesis is to interpret the observations of the main hydrocarbons(C2H2 and C2H6) from Cassini (NASA/ESA) on Jupiter and Saturn. The one-dimensional photochemical models are insufficient to explain these spatially resolved observations. I have developed the first two-dimensional (altitude-latitude) seasonal photochemical model for the giant planets, which predicts their chemical composition.Without meridional transport, Saturn’s chemical composition follows the insolation variations. The C2H2 and C2H6 abundances measured by Cassini (Guerlet et al., 2009)are reproduced from the equator up to mid-latitudes, at pressures higher than 0.1mbar.At higher latitudes, the disagreements suggest either a stratospheric circulation cell orthe signature of ion-neutral chemistry. For the first time, I have coupled our seasonal photochemical model with the seasonal radiative model of Greathouse et al. (2008). I predict that the seasonal temperature peak is shifted half a season earlier, with respect to previous models, at high latitudes in the higher stratosphere.Jupiter shows weak seasonal variations of chemical composition, only controlled by its orbital eccentricity. The observed meridional distributions of C2H2 and C2H6 show opposition trends (Nixon et al., 2010). C2H6 observed distribution is reproduced when Isuppose a combination of meridional diffusion and stratospheric circulation, while causingat the same time a stronger agreement with the C2H2 observations. Accounting for theion-neutral chemistry might preferentially affect C2H2 and potentially play a key role on hydrocarbon abundances in Jupiter’s stratosphere

Ce manuscrit décrit les travaux de doctorat réalisés au sein du laboratoire du Pr. Charette entre 2015 et 2019. Ceux-ci s’inscrivent dans deux thématiques de recherche différentes : le développement de nouvelles stratégies d’amidation et le développement de nouvelles méthodologies de cyclopropanation. La synthèse de liaisons amides est, encore aujourd’hui, un défi pour la communauté chimique. En effet, le développement de méthodologies simples, robustes, économes en atomes, et plus respectueuses de l’environnement reste l’une des priorités de recherche en chimie organique. Afin d’apporter une contribution à ce domaine, une méthodologie de synthèse d’amides a été développée en utilisant le diphénylsilane en tant qu’agent de couplage. Celui-ci est disponible commercialement, stable et peu onéreux. De plus, il ne génère qu’un siloxane et du dihydrogène gazeux en fin de réaction. La méthodologie mise au point a également pu être appliquée à la synthèse d’une série de di- et tripeptides. L’utilisation du motif cyclopropanique n’a cessé de prendre de l’ampleur dans le secteur pharmaceutique. En effet, celui-ci peut influer sur différents paramètres cruciaux dans le développement de molécules biologiquement actives. Le développement de nouvelles méthodologies de cyclopropanation est donc un domaine pertinent. La synthèse de borocyclopropanes est particulièrement intéressante : en effet, ces composés peuvent permettre de créer de la diversité structurale via une fonctionnalisation du boronate. Afin d’obtenir un procédé de synthèse de ces composés simple, robuste et plus « vert », une approche photochimique utilisant la technologie en débit continu a été favorisée. Une réaction de borocyclopropanation photorédox de styrènes a pu être mise au point ; celle-ci est réalisée sous irradiation UV-A en présence de xanthone en tant que photocatalyseur. Les études menées afin d’élucider le mécanisme ont permis de conclure que cette transformation se déroulait selon deux cycles catalytiques photorédox concomitants. Finalement, un nouveau réactif diiodé comportant une fonction ester boronique de pinacol et un groupement triméthylsilyle a été développé afin d’accéder à des cyclopropanes gem-disubstitués. Les bases d’un procédé photochimique UV-visible utilisant ce nouveau réactif ont ensuite pu être établies. Ainsi, le premier exemple d’un gem-borocyclopropyl silane dérivé du styrène a pu être synthétisé.
This manuscript describes the work carried out in Pr. Charette’s laboratory between 2015 and 2019. It can be divided into two different topics: the development of new amidation strategies and the development of new cyclopropanation methodologies. Amide synthesis is still a challenge for the scientific community nowadays. Indeed, the development of simple, robust, atom economical and environmental friendly procedures remain one of the research priority in organic chemistry. To contribute to this field, an amide synthesis methodology has been developed by using diphenylsilane as a coupling reagent. The latter is commercially available, stable and cheap. Moreover, only a siloxane and dihydrogen are generated during the reaction. The developed methodology has also been applied to the synthesis of a series of di- and tripeptides. The cyclopropane moiety has been increasingly used in pharmaceuticals. Indeed, this moiety can influence different crucial parameters in the development of bioactive molecules. The development of new cyclopropanation methodologies is therefore a relevant field. Borocyclopropane synthesis is of particular interest: as a matter of fact, these compounds can create structural diversity via boronate functionalization. In order to obtain a user-friendly, robust and greener chemical process, a photochemical approach using continuous flow technology has been favored. A photoredox borocyclopropanation of styrenes has been developed; the latter is carried out under UV-A irradiation with xanthone as a photosensitizer. Mechanistic studies have supported that this transformation proceeds according to two concurrent photoredox catalytic cycles. Finally, a new diiodo reagent bearing a pinacol boronate group and a trimethylsilyl group has been developed to access gem-disubstituted cyclopropanes. The bases of a UV-visible photochemical process using this new reagent have then been established. Thereby, the first example of a gem-borocyclopropyl silane derived from styrene has been synthesized.