Добірка наукової літератури з теми "Catalyseur d'oxydation de l'eau"

Les étapes de désinfection de l'eau, telles que l'ozonation et la chloration, génèrent des sous-produits d'oxydation de nature variée. Ces composés sont soupçonnés d'être toxiques à plus ou moins long terme. Certains d'entre eux sont, de plus, facilement biodégradables et favorisent donc une reviviscence bactérienne dans le réseau de distribution. Enfin, à cause de leurs caractéristiques organoleptiques, ils peuvent conduire à la détérioration de la qualité sensorielle de l'eau distribuée. La recherche de plusieurs sous-produits d'oxydation dans l'eau potable a pu être effectuée grâce à de nouvelles techniques d'analyse quantitative par chromatographie en phase gazeuse: il s'agit des aldéhydes et des cétones de faible poids moléculaire, des acides haloacétiques et de certains céto-acides. Ces composés ont été recherchés dans des usines comportant une étape d'ozonation. L'influence de ce traitement sur la formation des aldéhydes et des céto-acides est démontrée dans cette étude. L'ozonation multiplie la concentration totale d'aldéhydes par un facteur variant de 2 à 4 suivant les usines et les trois céto-acides recherchés ont été trouvés en quantités importantes dans des eaux ozonées. La filtration sur charbon, lorsqu'elle existe, s'avère efficace pour l'élimination de ces composés. Les trois acides chloroacétiques sont présents dans des eaux chlorées, en sortie d'usines appliquant des taux de chloration assez importants. Enfin, I'évolution de ces sous-produits d'oxydation tout au long d'un réseau de distribution a pu être expliquée par leur biodégradabilité.

L'objectif principal de cet article est de montrer que les travaux de recherche en chimie de l'eau sont absolument nécessaires à la compréhension des phénomènes régissant la qualité des eaux de consommation produites et distribuées, ainsi qu'au développement de technologies innovantes dans le domaine du traitement de ces eaux. Pour l'atteindre, il a été choisi de présenter trois exemples des recherches menées à l'Université de Poitiers et à l'École Polytechnique de Montréal : deux exemples de recherche fondamentale, sur les matières organiques naturelles et sur les mécanismes d'oxydation par les radicaux hydroxyle et un exemple de la recherche d'application, sur l'évolution de la qualité de l'eau lors de son traitement biologique par ozonation couplée à la filtration sur charbon actif en grains.

Depuis le milieu du siècle dernier, nous savons que le fer existe à son degré d'oxydation supérieur VI dans l'ion tétraoxoferrate(VI) FeO42-, isostructural de SO42-, CrO42-, MnO42-. Cette espèce mise en solution aqueuse oxyde l'eau en O2, et ce quelque soit le pH de cette solution. La vitesse de cette réaction est très grande en milieu acide, plus lente en milieu alcalin où elle conduit à la précipitation de Fe(OH)3. On peut donc envisager son emploi comme réactif polyfonctionnel : oxydant et floculant, dans le traitement de certaines eaux. La première partie de ce travail décrit une voie originale de synthèse à l'état solide, à la température ambiante, du sel de formule K2(Fe,S)O4, appelé sulfatoferrate de potassium, qui contient l'entité FeO42-. En effet, jusqu'à ce jour seules des synthèses par voie aqueuse, à rendements très faibles, chimiques ou électrochimiques, ont été utilisées pour obtenir FeO42-. Dans une seconde partie, nous avons mesuré les propriétés oxydantes et floculantes du sulfatoferrate de potassium agissant sur deux types d'eaux usées urbaines, chargées (MEST=258 mg.L-1, DCO=549 mg.L-1) et peu chargées (MEST=9 mg.L-1, DCO=37 mg.L- 1). Cette étude effectuée en collaboration avec le Centre International de l'Eau de Nancy (NANC.I.E.) nous a permis de préciser les conditions optimales d'emploi de K2(Fe,S)O4 et de comparer ses performances à celles de FeCl3.6H2O et Al2(SO4)3.18H2O. Sur une eau chargée, l'abattement de la MEST est meilleur avec FeCl3.6H2O et Al2(SO4)3.18H2O, tandis que K2(Fe,S)O4 est plus efficace vis à vis de l'abattement de la DCO. Sur une eau peu chargée, c'est l'effet bactéricide de K2(Fe,S)O4 qui est le plus remarquable; une dose de 10 mg.L-1 en fer (VI) anéantit 99,70% des coliformes totaux et 99,90% des coliformes fécaux.

La filtration successive des eaux, préalablement filtrées sur membrane de porosité 0,45 µm puis acidifiées à pH 2, sur deux colonnes de résines XAD8 et XAD4 placées en série, caractérise la matière organique en trois grandes classes : les substances hydrophobes, les acides hydrophiles et les hydrophiles non retenus. Cette étude s'est intéressée à déterminer et à analyser l'impact sur la distribution hydrophobe/hydrophile des traitements conventionnels utilisés dans les usines de production d'eau potable. En ce qui concerne l'effet de la clarification, la distribution hydrophobe/hydrophile du COD a été inchangée dans le cas de sept prélèvements sur dix, indiquant une isoélimination de chaque fraction. Dans le cas des eaux R1.2, R4 et R6.1, une diminution de la fraction hydrophobe est obtenue entre l'eau brute et son eau clarifiée. L'étude de différents coagulants indique que la distribution de la matière organique des eaux clarifiées dépend de sa composition initiale mais aussi de la nature du coagulant mis en oeuvre. Le chlorure ferrique permet une meilleure élimination de chaque fraction comparativement à un sel d'aluminium. Un traitement d'oxydation à un taux de 1,5 mg Oxydant/mg COD et quel que soit l'oxydant mis en oeuvre (O3, Cl2, ClO2) diminue significativement les substances hydrophobes et augmente les substances hydrophiles. Ces résultats sont logiques si nous nous référons au mode d'action de ces trois oxydants. L'ozonation d'eaux brute et clarifiée s'accompagne aussi d'une augmentation du CODB, soulignant que les substances hydrophiles générées par l'étape d'ozonation seraient biodégradables. Des campagnes de prélèvements ont indiqué que les traitements de finition (ozonation, filtration sur CAG) en configuration industrielle ont une légère influence sur la distribution interne de la matière organique. Les résultats, du fait de taux de traitement plus faibles, sont moins nets que ceux obtenus en laboratoire. Une filtration sur CAG, précédée d'une étape d'ozonation, conduit à une augmentation de la fraction hydrophobe et à une diminution du CODB.

L'avenir de l'industrie chimique réside dans le développement de nouvelles méthodes de synthèse, et notamment dans la mise en place de réactions catalytiques et l'utilisation de milieux réactionnels performants. Ainsi, le but de ce travail de recherche doctorale était de développer des tensioactifs catalytiques à base de polyoxométallates pour effectuer des réactions de catalyse d'oxydation de substrats organiques en microémulsion. Ce travail de recherche a débuté par la synthèse et la caractérisation de nouvelles familles de tensioactifs à base de polyoxométallates, et le contrôle de la nature des contre-ions a permis de mettre au point des molécules hydrosolubles. Ces molécules amphiphiles ont été utilisées pour effectuer de la catalyse d'oxydation en phase homogène dans des solvants usuels et "verts". L'étude de la catalyse a permis d'apporter une contribution à la compréhension des sites actifs de la catalyse d'oxydation. L'étude des propriétés d'agrégation de plusieurs de ces familles de polyoxométallates amphiphiles a été menée par des techniques de caractérisation physico-chimique telles que le SAXS et la RMN et a montré la formation de micelles. L'étude de l'hydrolyse des polyoxométallates amphiphiles en solution aqueuse a mis en évidence le rôle primordial du contrôle du pH sur la stabilité des POMs amphiphiles en solution aqueuse. Une microémulsion stabilisée par des polyoxométallates amphiphiles a été décrite pour la première fois et caractérisée par SAXS et par RMN HMQC. La catalyse d'oxydation en microémulsion n'a pas pu être réalisée à cause de l'inhibition et/ou hydrolyse du catalyseur en présence d'eau
The future of the chemical industry lies in the development of new synthetic methods, especially in setting up catalytic processes and in using new and efficient media. The aim of this doctoral research was to develop polyoxometalate based catalytic surfactants to catalytically oxidize organic substrates in microemulsions. This research begun with the synthesis and the characterization of new polyoxometalate based surfactant families, and water soluble molecules could be obtained by controlling the nature of the counterions. These amphiphilic molecules were used to make a homogeneous oxidation catalysis in most commonly used organic solvents and so-called green solvents. The study of the catalysis contributed to the understanding of active sites. The study of the aggregation properties of some of our amphiphilic POMs was carried out using physicochemical characterization techniques such as SAXS and NMR, and the formation of micelles was evidenced undoubtedly. One drawback of our system is the slow hydrolysis of the phosphonylated group grafted onto the POM framework in water, which has been showed to be accelerated in acidic conditions. Despite this degradation, we succeeded in stabilising a microemulsion by amphiphilic polyoxometalates for the first time, and we characterized it by SAXS and NMR HMQC. The oxidation catalysis in microemulsion couldn’t be carried out because of the catalyst inhibition and/or hydrolisis in presence of water

Depuis la publication de la synthese de la ts-1 (une zeolithe de structure mfi contenant du titane en substitution isomorphe du silicium dans le reseau) et de son activite catalytique exceptionnelle dans une grande diversite de reactions d'oxydation douce avec l'eau oxygenee, l'interet pour les titanosilicates en catalyse n'a cesse de croitre. La ts-1 comporte cependant deux inconvenients : sa synthese est delicate et la petite taille de ses canaux (5. 5 a) interdit l'oxydation de molecules volumineuses. Dans ce travail nous exposons une methode de synthese de la ts-1 particulierement simple. Nous montrons aussi que l'insertion d'alcalins dans la zeolithe, possible grace a cette methode de synthese, permet d'ameliorer les performances catalytiques de ce solide dans la reaction d'oxydation de la nn-diethylamine en nn-diethylhydroxylamine par l'eau oxygenee. Notre etude s'est aussi portee sur la synthese d'un titanosilicate amorphe, synthetise a partir de tif#4 et de silice. Suite a la caracterisation de ce solide par differentes techniques physico-chimiques (ft-ir, uv, xps) nous avons montre la dispersion du titane sur le solide et son encrage par la formation de liaisons sioti. L'application de ce solide comme catalyseur en epoxydation du cyclohexene par l'eau oxygenee donne des resultats interessants. Une approche du mecanisme reactionnel en liaison avec la caracterisation nous a permis de mettre en evidence l'importance du role de l'eau et de la dispersion du titane dans ce type de catalyse.

Ce travail de thèse a permis le développement d'un procédé de traitement de l'eau par couplage plasma/catalyse. Les traitements plasma ont été réalisés dans deux réacteurs différents : un réacteur pointe/plan et un réacteur dynamique. Ces deux réacteurs autorisent un contrôle de l'atmosphère gazeuse du traitement. La faisabilité de la dégradation d'acide acétique a été prouvée. Certains paramètres de traitement en réacteur pointe/plan (gaz de traitement, du débit gazeux et de la fréquence de la décharge) et dynamique (débit de recirculation de phase liquide, concentration du polluant et puissance injectée) ont été étudiés.Une modélisation du procédé en utilisant les logiciels Comsol Multiphysics et Scilab a été menée. Grâce à elle, la manière dont les espèces actives (essentiellement les radicaux hydroxyles) sont apportées à la solution a été mise en évidence.Une poudre de catalyseur de Co3O4 a été étudiée dans le but de coupler le traitement plasma avec un traitement catalytique. Pour cela, des manipulations d'ozonation catalytique ont été entreprises. Elles ont mis en exergue l'efficacité du catalyseur pour la décomposition de polluants.Finalement, le couplage plasma/catalyse a présenté des résultats encourageants, puisqu'une amélioration de la décomposition des polluants a été observée.Les points d'amélioration peuvent consister à optimiser la quantité et la forme des électrodes haute tension utilisées (électrodes en parallèle, de géométrie plane, etc.). Le dépôt de catalyseur en couche mince sur l'électrode de masse par la technique PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) devra être réalisé
This work enabled the development of a method of water treatment by plasma/catalysis coupling.The plasma treatments were carried out in two different reactors: a point/plane reactor and a dynamic reactor.Both reactors allow to control the gas atmosphere of the treatment. The feasibility of the degradation of aceticacid has been proven. Some processing parameters in the point/plane reactor (treatment gas, gas flow rate andfrequency of discharge) and the dynamic reactor (liquid phase flow, concentration of the pollutant and injectedpower) were studied.A modeling of the process using Comsol Multiphysics and Scilab softwares was conducted. It was possible toobserve the importance of the way active species (mainly hydroxyl radicals) are brought to the solution.A Co3O4 powder catalyst was studied in order to couple the plasma treatment with a catalytic treatment. Thus,manipulations of catalytic ozonation were conducted. They highlighted the efficiency of the catalyst for thedecomposition of pollutants.Finally, the plasma/catalysis coupling produced promising results, since it improved the decomposition ofpollutants.Possible improvements of the process could be to maximize the amount of high voltage electrodes and toredesign their shape (electrodes in parallel, plane geometry, etc.). Depositing a thin layer of catalyst on thegrounded electrode by PECVD (Plasma Enhanced Chemical Vapor Deposition) technique has to be performed

Dans ce travail, différents systèmes catalytiques nanostructurés ont été synthétisés par une approche organométallique pour obtenir des nanoparticules de petite taille et de distribution de taille étroite, et leur activité catalytique dans la réaction d'oxydation de l'eau a été évaluée. Premièrement, des NPs de fer stabilisées par l'acide oléique ont été synthétisées qui présentaient une taille moyenne d'env. 10 nm ± 1,1 nm. Une couche d'oxyde, gamma-Fe_2O_3, d'env. 2,6 nm d'épaisseur a été formée à leur surface pour obtenir des structures cœur-coquille Fe@FeOx d'env. 11,5 ± 2,3 nm de diamètre. Malgré leur hydrophobicité, ces nanoparticules ont montré une bonne activité électrocatalytique en conditions alcalines. La coquille d'oxyde gamma-Fe_2O_3 étant bien adaptée au greffage de groupements phosphoniques, ces NPs Fe@FeOx ont été greffées avec différents acides aminophosphoniques afin de les transférer dans l'eau. Une évaluation préliminaire de leur activité catalytique montre une amélioration lorsque les NPs sont greffées avec l'acide 3-aminopropyl phosphonique, ce qui ouvre des perspectives prometteuses. En outre, un photosensibilisateur, un complexe Ru-phénanthroline avec un groupe phosphonate pendant, a été synthétisé et greffé sur les NPs Fe@FeOx pour former une photoanode hybride et catalyser la photoélectrodécomposition de l'eau. Des processus mono et biphasiques ont été étudiés pour greffer le complexe à la surface des nanoparticules. Le processus monophasique s'est avéré plus efficace car il a fourni une densité de greffage plus élevée (respectivement 56 et 9 Ru par NP pour les processus mono et biphasiques). Des mesures photoélectrochimiques ont montré que le nanocatalyseur hybride comprenant la teneur en Ru la plus élevée était env. 9 fois plus actif qu'un simple mélange entre un photosensibilisateur au ruthénium sans fonction de greffage et les nanoparticules Fe@FeOx, et env. 40 fois plus actif que les NPs Fe@FeOx. L'amélioration des performances pourrait être attribuée à un transfert d'électrons plus efficace entre le photosensibilisateur et le catalyseur Fe@FeOx grâce à la liaison covalente entre ces deux composants. Le greffage covalent s'est avéré améliorer non seulement l'activité photocatalytique mais également la stabilité du système. Enfin, des NPs NiFe amorphes (diamètre env. 4 nm) avec deux compositions différentes (Ni_0,5Fe_0,5 NPs et Ni_0,68Fe_0,32 NPs) ont été synthétisées, oxydées à l'air et fonctionnalisées avec de l'acide 3-aminopropyl phosphonique. L'activité électrocatalytique de ces NP hydrosolubles a été étudiée en milieu alcalin, en comparaison avec des NPs NiOx, FeOx et Ni_0.1Fe_0.9Ox. Les NPs hydrosolubles contenant 32% de Fe (Ni_0,68Fe_0,32Ox) ont montré l'activité la plus élevée et une bonne durabilité en solution alcaline. Ces caractéristiques rendent ces NP amorphes potentiellement applicables dans les cellules photoélectrochimiques pour la photodécomposition de l'eau
In this work, different nanostructured catalytic systems have been synthesized by an organometallic approach to produce nanoparticles (NPs) of small size and narrow size distribution, and their catalytic activity in the water oxidation reaction has been evaluated. First Fe NPs stabilized by oleic acid were synthesized that displayed an average size of ca. 10 nm ± 1.1 nm. A gamma-Fe_2O_3 oxide layer ca. 2.6 nm thick has been formed at their surface to obtain Fe@FeOx core-shell structure of ca. 11.5 ± 2.3 nm in diameter. Despite their hydrophobicity, these nanoparticles showed good electrocatalytic activity in alkaline conditions. As the gamma-Fe_2O_3 oxide shell is well adapted to the grafting of phosphonic groups, these Fe@FeOx NPs were grafted with different aminophosphonic acids in order to transfer them into water. Preliminary assessment of their catalytic activity showed improved activity for the NPs functionalized by 3-aminopropylphosphonic acid which opens promising prospects. Subsequently, a Ru-phenanthroline light-harvester with a pendant phosphonate group was synthesized and grafted onto the Fe@FeOx core/shell NPs to afford a novel hybrid photoanode for solar-driven water splitting. Mono- and biphasic processes were investigated to graft the Ru-complex at the surface of the NPs. The monophasic process was found to be more efficient as it provided a higher grafting density at the surface of the NPs (respectively 56 and 9 Ru per nanoparticles for the mono and biphasic processes). Photoelectrochemical measurements showed that the hybrid nanocatalyst comprising the highest Ru content was ca. 9-fold more catalytically active than a simple mixture between a ruthenium polypyridyl photosensitizer bearing no grafting group and the Fe@FeOx nanoparticles, and 40-fold more active than the pristine Fe@FeOx NPs. The performance enhancement could be attributed to a more efficient electron transfer between the ruthenium polypyridyl photosensitizer and the Fe@FeOx water oxidation catalyst thanks to the covalent bonding between these two components. The covalent grafting was found to improve not only the photocatalytic activity but also the stability of the system. Finally, amorphous NiFe NPs (diameter ca. 4 nm) with two different ratios between Ni and Fe (Ni_0.5Fe_0.5 NPs and Ni_0.68Fe_0.32 NPs) were synthesized, oxidized in air and grafted with 3-aminopropylphosphonic acid in order to obtain hydrophilic systems. The electrocatalytic activity of these water-soluble NPs was studied in alkaline solution, in comparison with that of crude NiOx NPs, FeOx NPs, and Ni_0.1Fe_0.9Ox NPs. The water soluble NPs containing 32 % of Fe (Ni_0.68Fe_0.32Ox) showed the highest activity and a good durability in alkaline solution. These characteristics make these amorphous NPs potentially applicable in photoelectrochemical cells for water splitting

L'oxydation de l'eau et la production du dioxygène atmosphérique sont réalisées par le Photosystème II. Le centre catalytique du PSII est constitué d'un cluster de 4 ions manganèse et de 1 ion calcium. Sous l'action de la lumière, le complexe Mn4Ca passe par 5 états d'oxydation successifs (S0 à S4) avant l'émission d'oxygène au cours de la transition S4 à S0. Bien que l'ion Ca2+ soit détecté dans les structures cristallographiques actuelles, son rôle reste à préciser. Un deuxième cofacteur est mis en jeu : le chlorure, dont la position et le rôle dans le dégagement d'oxygène ne sont pas clairement définis. Pour étudier ces deux cofacteurs, nous avons réalisé le remplacement biosynthétique du Ca2+ et du Cl- par du Sr2+ et/ou du Br- dans la cyanobactérie thermophile Thermosynechococcus elongatus. Le dégagement d'oxygène sous éclairement continu diminue après substitution des cofacteurs. Il varie dans l'ordre suivant : Ca/Cl>Ca/Br>Sr/Cl>Sr/Br. Dans le chapitre III, nous mettons en évidence que cette baisse d'activité est due à un ralentissement de certaines étapes du transfert d'électron, et plus particulièrement de la transition S3 à S0 durant laquelle une phase de délai a été mise en évidence. Nous montrons que cette phase de délai correspond à une modification de l'environnement électrostatique de la chlorophylle P680, impliquant très probablement des mouvements de protons. Nous arrivons ainsi à détecter un intermédiaire réactionnel au cours de la transition, grâce au ralentissement dû à l'échange des cofacteurs Ca2+ et Cl-. Ces cinétiques ralenties accompagnent une baisse du niveau d'énergie libre de l'état S3 et donc du potentiel d'oxydo-réduction du couple S3/S2. Dans le chapitre IV, le chlorure est remplacé biochimiquement par de l'iodure après une étude des conditions d'échangeabilité de l'halogénure. A nouveau, une baisse d'activité sous éclairement continu est expliquée par un ralentissement des cinétiques d'oxydation du cluster de Mn4Ca. Les propriétés thermodynamiques du PSII sont modifiées en présence d'Imais il reste à savoir si cela est dû à la réduction du cluster de Mn4Ca par l'iodure, ou à une augmentation du potentiel redox du couple S3/S2. Dans le chapitre V, nous nous intéressons à différents aspects structuraux des échantillons substitués biosynthétiquement. D'une part, nous mettons en évidence l'implication directe du Ca2+ dans la fixation des molécules d'eau substrat, ainsi que des phénomènes de protonation/déprotonation ayant lieu au cours du cycle des états Si. D'autre part, nous montrons que nos résultats sont en faveur de l'existence de deux sites de fixation aux halogénures.

La chimie des complexes cyclopentadiènyle du molybdène et du tungstène à hauts degrés d'oxydation avec des ligands oxo, imido ou sulfure a connu une importance croissante. En particulier, l'intérêt pour les complexes Cp* oxo du molybdène et du tungstène est lié à leur potentiel en catalyse d'oxydation. La plupart des avancées dans la chimie du molybdène et du tungstène concerne d'ailleurs l'étude des processus d'oxydation. Un besoin important dans ce domaine est de trouver une synthèse plus efficace et plus simple des dimères Cp* oxo du molybdène et du tungstène. Une voie de synthèse améliorée des deux complexes dimères classiques [Cp*2M2O5] (M=Mo, W), conduisant à de forts rendements, est décrite dans ce mémoire. Dans une autre partie, la réactivité du complexe de WVI avec des ligands donneurs soufrés est présentée, notamment les études sur l'interaction entre [Cp*2W2O5] et les acides mercaptocarboxyliques. En particulier, avec l'acide 3-mercaptopropionique, le composé [Cp*WO2(SCH2CH2COOH)] a été isolé et complètement caractérisé, y compris par diffraction des rayons X sur monocristal. Ce composé est le premier complexe du WVI où le métal a un environnement de coordination de type CpO2(SR). La comparaison avec les résultats de la réaction analogue de [Cp*2Mo2O5], qui s'accompagne d'une réduction facile du centre métallique, montre une plus forte tendance du molybdène à être réduit. Pour le complexe de tungstène, au contraire, une réaction réversible de simple échange de ligands a lieu. La réaction équivalente avec l'acide thioglycolique conduit à la formation d'un adduit de même stoechiométrie à faible rapport substrat/W mais possédant un cycle à 5 chaînons dans une structure asymétrique [Cp*WO(OH)(SCH2COO)]. Cependant, pour des rapports substrat/W plus importants, les solutions deviennent très foncées indiquant une réduction du métal conduisant à divers sous-produits comme l'indique la RMN du mélange. Des études détaillées de spéciation du composé [Cp*2W2O5], par RMN du proton et par conductivité électrique dans différent solvants coordinats et dissociants (acétone, DMSO, MeOH, MeCN, H2O) sont présentées dans cette thèse. Les études RMN sont en plein accord avec les mesures de conductivité, indiquant que les espèces présentes dans tous les solvants organiques sont exclusivement ou au moins très majoritairement non-dissociées. Ces études expérimentales démontrent également qu'au moins deux espèces sont formées dans des solvants polaires, ce qui est corroboré par des calculs DFT. Les complexes Cp*Mo oxo ont prouvé être des précatalyseurs efficaces d'oxydation. Cette étude a été focalisée sur l'étude de l'activité catalytique de [Cp*2Mo2O5] avec l'hydroperoxyde de tertiobutyle (TBHP) dans le décane comme oxydant dans des mélanges MeCN/Toluène. De fortes activités ont été observées dans des conditions douces, avec des charges catalytiques pouvant être diminuées jusqu'à 1%, avec de fortes chimiosélectivités dans la réaction d'époxydation du cyclooctène
The chemistry of molybdenum and tungsten cyclopentadienyl complexes in higher oxidation states with oxo, imido and sulfide ligands has increased in significance. Interest in Cp* oxo molybdenum and tungsten complexes is particularly motivated by their potential in oxidation catalysis. Most advances in the chemistry of molybdenum and tungsten systems involve investigations on oxidation processes. An important need in this area is to find a better and simpler procedure for the synthesis of dinuclear Cp* oxo molybdenum and tungsten complexes. Improved high-yield synthetic routes to the well-known starting compounds [Cp*2M2O5] (M=Mo, W) are described in the thesis. Subsequently, the reactivity of the WVI complex with sulphur donor ligands is presented. This comprises the investigation of the interaction between [Cp*2W2O5] and mercaptocarboxylic acids, especially 3-mercaptopropionic acid, which resulted in the isolation and structural characterization of compound [Cp*WO2(SCH2CH2COOH)]. This is the first reported structure of WVI surrounded by a CpO2(SR) ligand set. Comparison with the results of the corresponding reaction of [Cp*2Mo2O5], which leads to facile metal reduction, shows a greater tendency of the Mo compound to be reduced. For the W complex, on the other hand, a reversible reaction gives rise to a simple Cp*WVI ligand exchange product. The corresponding reaction for thioglycolic acid resulted in an adduct having the same stoichiometry at low substrate/W ratio, but containing a 5-membered cycle in an asymmetric [Cp*WO(OH)(SCH2COO)] structure. However, the deepening of the solution color when using greater substrate/W ratios indicates the intervention of metal reduction to yield several by-products as shown by NMR. Cp*Mo oxo complexes have proven to be efficient catalyst precursors for the epoxidation of olefins and the thesis also focused on the catalytic activity of [Cp*2Mo2O5] with TBHP (in decane) as oxidant in the MeCN/Toluene system. High activities were observed under mild conditions with catalyst loadings as low as %1 and with high chemoselectivities for the epoxidation of cyclooctene. The rate law for the catalyzed process has been derived and the difference with respect to the previously determined rate law for the same process with H2O2 as oxidant is discussed. The activation parameters for the catalytic process have also been derived by the Eyring analysis from variable-temperature kinetic data. A puzzling difference in relative reactivity of the Mo and W systems (W >> Mo when using H2O2, W << Mo when using TBHP), however, remains without a satisfactory rationalization. A detailed investigations of the speciation behavior of the tungsten compound, [Cp*2W2O5], through combined 1H NMR and electrical conductivity studies in a variety of coordinating and dissociating solvents (acetone, DMSO, MeOH, MeCN, H2O) is presented in the thesis. The combined 1H NMR investigations are in complete agreement with the results of the electrical conductivity studies, in the sense that the dominant or exclusive species in all organic solvents is undissociated. These experimental studies demonstrate that at least two species are formed in polar solvents and are corroborated by a computational study

Le problème étudié dans cette thèse est le contrôle d'un système DOC (Diesel Oxidation Catalyst) tel qu'utilisé dans les systèmes de dépollution des gaz d'échappements des moteurs Diesel automobiles. Ce système est par nature un système à paramètres distribués en raison de sa géométrie allongée parcourue par un flux gazeux en contact avec un catalyseur réparti. Après avoir étudié expérimentalement ce système, nous avons décidé de prendre en compte cette nature répartie, qui comme on le montre, se retrouve également dans les autres systèmes de dépollution (filtres à particules, pièges à NOx, SCR). Une première contribution du manuscrit consiste en un modèle, dit modèle pour le contrôle, du système DOC. Celui-ci est obtenu par des simplifications successives, justifiées expérimentalement (observations, estimations des ordres de grandeurs) ou mathématiquement (développements asymptotiques, changements de variables). Ce modèle permet de rendre compte de la complexité de la réponse de la température de sortie du DOC à des variations des grandeurs d'entrée. En particulier, les effets de réponses inverses et de retards sont bien représentés. Une seconde contribution est un ensemble d'algorithmes de contrôle (feedback, feedforward, et synchronisation) permettant de maîtriser les phénomènes thermiques dans le DOC. Ces deux contributions ont été testées expérimentalement et validées. En conclusion, les performances obtenues sont évaluées. En résumé, en utilisant l'approche présentée dans ce manuscrit, il est possible de contrôler, en conditions réelles, la température de sortie du DOC à +/- 15 degrés.

Les thiols et l'hydrogene sulfure sont a l'origine de nombreuses nuisances olfactives. La phtalocyanine de cobalt est connue pour ses bonnes capacites de destruction de ces molecules soufrees. Elle catalyse leur oxydation ; les produits d'oxydation respectifs sont le disulfure et le soufre elementaire. Ces proprietes catalytiques d'oxydation ont fait l'objet de nombreuses etudes en catalyse homogene liquide-liquide et heterogene liquide-solide. Le procede merox en est un exemple industriel. Dans une premiere partie de ce travail, nous avons demontre que la phtalocyanine de cobalt sulfonee commerciale est egalement un excellent catalyseur d'oxydation, a temperature ambiante et en regime dynamique continu, des thiols en phase gazeuse. Le 2-mercaptoethanol, par son passage sur un filtre catalytique, est oxyde en disulfure, uniquement en presence d'oxygene et de vapeur d'eau. Dans une deuxieme partie, nous avons synthetise et caracterise une phtalocyanine de cobalt tetrafonctionnalisee par la fonction acide o(ch 2) 5cooh. La polycondensation de ce monomere avec le diaminodiphenylmethane, en solution dans le dmf, a conduit a un catalyseur polymere insoluble et macroporeux. Cette macroporosite a ete mise en evidence par microscopie electronique a balayage et par l'allure de l'isotherme d'adsorption du diazote a 77 k.

Dans un contexte de raréfaction des ressources pétrolières et de pressions environnementales, l’industrie chimique a besoin d'innover en développant de nouvelles filières destinées à l'élaboration de bioproduits, à partir de matières premières d'origine végétale. Les acides gras insaturés obtenus à partir des huiles végétales, constituent ainsi une ressource renouvelable à fort potentiel permettant de diversifier les approvisionnements d'origine pétrolière. Notre intérêt s'est porté sur la réaction de scission oxydative d’acides gras insaturés pour conduire à des monoacides et diacides à chaînes courtes et impaires, peu ou pas disponibles à l’état naturel. Ce type de chaînes hydrocarbonées est recherché dans l’industrie, car elles possèdent des propriétés spécifiques, mais elles ne sont actuellement produites qu'à partir de ressources fossiles. L'objectif était donc de mettre au point un procédé de clivage oxydatif performant, moins onéreux et moins polluant que l’ozonolyse, le seul procédé industriel opérationnel. Les conditions oxydantes sélectionnées font appel à l’eau oxygénée en tant qu’oxydant, associée à un catalyseur de transfert de phase, sans avoir recours à un solvant organique. Plusieurs catalyseurs de transfert de phase Q3{PO4[WO(O2)2]4} ont été préparés à partir de l’acide tungstophosphorique, d’eau oxygénée et d'un sel d’ammonium quaternaire (Q+,Cl-), afin de comparer leur efficacité à transférer l'oxygène vers le substrat en phase organique. Une optimisation des paramètres réactionnels a été effectuée avec le catalyseur le plus performant. De plus, deux protocoles ont été mis au point, pour la préparation in-situ du catalyseur et pour sa récupération en fin de réaction. Le procédé a été généralisé à des dérivés d’acides gras dans le but d’obtenir d'autres acides à chaînes courtes, répondant à une large gamme d'applications. Le gain environnemental lié à ce nouveau procédé a été évalué par le calcul d’indicateurs verts. Afin d’envisager un recyclage plus aisé du catalyseur, l’anion oxodiperoxotungstate {PO4[WO(O2)2]4}3-, l’espèce active du catalyseur, a été supporté sur des résines échangeuses d’anions. Deux types de résines macroporeuses ont été testées : des résines commerciales (Amberlite IRA 900 et Lewatit K7367) et des résines modifiées (type Merrifield). Nous avons montré que ces dernières conduisent à de meilleurs rendements de scission oxydative de l’acide oléique que les résines commerciales, et ce, malgré la présence de solvants. Cependant, l’immobilisation de l’anion oxodiperoxotungstate sur les résines commerciales a permis la synthèse en une seule étape d’acétals, composés présentant un grand intérêt pour la synthèse de dérivés à haute valeur ajoutée. En utilisant l’acétone, à la fois comme réactif et solvant, nous avons obtenu de bons rendements en cétal. De plus, la réaction d’acétalisation « one-pot » de l’acide oléique a pu être étendue à d’autres solvants (alcools), offrant la possibilité de synthétiser un large panel d’acétals. Le procédé développé est particulièrement intéressant car il conduit directement à la synthèse d’acétals ou de cétals à partir d’un acide gras insaturé biosourcé, en évitant les étapes de réactions intermédiaires
In a context of scarce oil resources and environmental pressures, the chemical industry needs to innovate by developing new production chains aiming the design of bioproducts from biobased raw materials. Unsaturated fatty acids derived from vegetable oils, thus represents renewable resources with a great potential, allowing to diversify petroleum based supplies. Our interest is focused on the oxidative cleavage reaction of unsaturated fatty acids to yield mono-acids and di-acids with shorter and odd hydrocarbon chains, which are not available at a natural state. Such hydrocarbon chains are attractive for industry because they meet specific properties. But, they are currently only produced from fossil resources. Therefore, the objective was to develop an efficient method for oxidative cleavage, less expensive and less polluting than ozonolysis, the only operational industrial process. The selected oxidizing conditions employs hydrogen peroxide as oxidant, together with a phase transfer catalyst, without using an organic solvent. Several phase transfer catalysts Q3{PO4[WO(O2)2]4} were prepared from tungstophosphoric acid, hydrogen peroxide and a quaternary ammonium salt (Q+,Cl-), in order to compare their effectiveness in transferring oxygen to the substrate in the organic phase. An optimization of reaction parameters was carried out with the most performing catalyst. In addition, two protocols have been developed for the in-situ preparation of the catalyst and its recovery after reaction. The method was extended to fatty acids derivatives, in order to obtain other short chain acids, having a wide range of applications. The environmental benefits associated with this new method were evaluated by calculating green indicators. To consider an easier recycling of the catalyst, the oxodiperoxotungstate anion {PO4[WO(O2)2]4}3-, the active species of the catalyst was supported on anion-exchange resins. Two types of macroporous resins were tested: commercial resins (Amberlite IRA 900 and Lewatit K7367) and modified resins (type Merrifield). We showed that the modified resins, lead to the oxidative cleavage of oleic acid with higher yields than commercial ones, despite the presence of solvent. However, the immobilisation of the oxodiperoxtungstate anion on commercial resins allows the one-step synthesis of acetals, compounds of great interest for the synthesis of derivatives with a high added value. Using acetone as both reagent and solvent, we obtained good yields in ketal. Furthermore, the "one-pot" acetalization reaction of oleic acid was extended to other solvents (alcohols) as an opportunity to synthesize a wide range of acetals. The developed process is particularly interesting as it leads to the direct synthesis of ketal or acetals from an unsaturated fatty acid, avoiding the intermediate reaction steps