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Section 32 - Chimie organique, minérale, industrielle

Les thèses se rapportant à la section CNU "Section 32 - Chimie organique, minérale, industrielle"

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  • Heterogeneous metal-catalysed C-C coupling reactions: research and development    - Fodor Anna  -  09 février 2016

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    Des nouveaux catalyseurs bimétalliques à base de palladium et de cuivre ont été développés. Deux voies de préparation ont été testées : l'imprégnation successive (TSI) et la co-imprégnation (CI) en utilisant la zéolithe 4Å (4A) et l'oxyde mixte MgAlxOy comme support. Les catalyseurs ont été caractérisés à l'état frais et testés dans la réaction de couplage Suzuki–Miyaura afin de comparer leurs activités, sélectivités et stabilités. L'étude de stabilité nous a montré que le catalyseur Cu-Pd-4A-TSI restait actif pendant six cycles alors que l'activité du catalyseur Cu-Pd-4A-CI diminuait. Sur le support MgAlxOy, le catalyseur CI était stable pendant six cycles contrairement au catalyseur TSI. Nous avons montré que le point clé pour l'obtention d'une bonne activité et stabilité est la présence de la phase active correspondant à l'alliage Cu/Pd 1/1 identifiée grâce à la caractérisation des catalyseurs et ce quelle que soit la méthode de préparation des catalyseurs. Une différence cruciale existe entre les catalyseurs supportés sur MgAlxOy et 4A : le catalyseur Cu–Pd supporté sur MgAlxOy permet de réduire le temps de réaction de moitié pour une même conversion par rapport à Cu-Pd-4A-TSI. De plus, l'utilisation d'un support plus basique permet, dans une certaine mesure, la diminution de la quantité de la base ajoutée durant la réaction. La réaction Petasis-borono Mannich a été aussi effectuée avec succès sur ces catalyseurs.

  • Impact of biological pre-treatment on membrane fouling and micropollutant rejection in water recycling    - Ayache Chrystelle  -  28 février 2013

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    Une des solutions alternatives les plus fiables contre la raréfaction des ressources en eau et la dégradation de leur qualité est la réutilisation des eaux usées. Aujourd'hui la technologie membranaire basse et haute pression s'impose comme la technologie de choix pour la production directe et indirecte d'eau potable du fait de la très haute qualité de l'eau produite. Néanmoins, le colmatage des membranes, affectant techniquement et économiquement les filières de traitement, reste aujourd'hui l'un des principaux défis. Les objectifs de cette thèse sont d'améliorer la compréhension du colmatage membranaire dans le recyclage des eaux usées en étudiant le rôle de la qualité de l'effluent secondaire sur le développement du colmatage et l'impact du colmatage sur la qualité de l'eau produite. Afin d'atteindre ces objectifs, une meilleure connaissance de la qualité des effluents secondaires et de leur impact sur les procédés membranaires s'avère indispensable. Les différentes fractions organiques des effluents ont été caractérisées à l'aide de techniques innovantes telles que la spectroscopie de fluorescence à 3 dimensions (EEM) et la chromatographie liquide couplée à une détection carbone (LC-OCD). Une unité à échelle pilote, composée d'ultrafiltration suivie d'une osmose inverse à deux étages, a été mise en place sur deux sites distincts. Plusieurs doses de monochloramine ont été testées (0 à 2 mg/L NH2Cl) afin de donner des recommandations d'optimisation de traitement.

  • Metal oxide synthesis and its application in the heterogeneous catalytic oxidation processes, using H2O2 or peroxydisulfate as oxidant    - Hou Liwei  -  13 septembre 2013

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    Parmi les procédés avancés d'oxydation (AOPs), les procédés de type Fenton (réactif de Fenton: Fe2+/H2O2) et les procédés d'oxydation par le persulfate, sont décrits comme des procédés très performants. Le procédé Fenton est une voie prometteuse et attractive pour le traitement d'une large variété de composés organiques polluants, difficiles à traiter par les voies classiques de dépollution. Au cours du procédé Fenton, des radicaux hydroxyles, molécules à fort pouvoir oxydant capable de réagir avec pratiquement tous types de composés organiques et inorganiques, sont générés. De même, du fait de la structure similaire entre H2O2 et les ions peroxydisulfate, ces derniers peuvent se décomposer en radicaux sulfates (SO4-•), un autre type d'oxydant hautement réactif pouvant réagir avec les composés organiques. Cependant, les procédés Fenton et d'activation du peroxydisulfate classiques présentent plusieurs inconvénients. En effet, la solution doit être acidifiée avant la réaction, et des procédés complexes de purification / séparation sont nécessaires après réaction. Afin de contourner ces inconvénients, le développement de procédés de traitement hétérogènes est proposé pour le traitement de l'eau. Dans cette optique de développement de procédés économes, les oxydes de fer comme la magnétite sont proposés comme remplaçants des sels solubles de fer. Une utilisation de tels matériaux, à l'état solide, présente des avantages indéniables, dont la séparation aisée de l'espèce active après réaction par sédimentation ou filtration. Dans le cadre de ce travail de doctorat, différents types d'oxydes de fer, hématite ou magnétite, ont été synthétisés en milieu liquide ionique. La morphologie, les propriétés structurales, les rapports de surface FeII/FeIII, les surfaces spécifiques, les tailles de domaine cristallin, etc. ont été évaluées. Deux molécules différentes, la tétracycline (TC) et le phenol, couramment utilisées dans l'industrie chimique, ont été sélectionnées comme polluants modèles afin d'évaluer les performances des matériaux préparés pour leur élimination. Une partie importante du travail de doctorat a donc été l'étude des propriétés des matériaux pour l'élimination de polluants organiques par le procédé Fenton hétérogène. Les résultats montrent clairement que les principaux facteurs affectant les performances du procédé sont reliés aux propriétés de la phase active, du fait du caractère surfacique des réactions. La stabilité des systèmes catalytiques préparés est néanmoins une propriété cruciale également étudiée. Le manuscrit de doctorat met donc l'accent sur la conception de matériaux originaux destinés à une utilisation dans les procédés avancés d'oxydation dans l'eau.

  • Optimization of the balance between activity and selectivity on a hydroisomerization catalyst    - Batalha Nuno Miguel Rocha  -  08 octobre 2012

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    Un des principaux défis lors de l'élaboration des catalyseurs adéquats pour le procédé de déparaffinage catalytique (hydroisomérisation) est de maximiser le rendement en isomères et l'activité du catalyseur, tout en maintenant une faible sélectivité en produits de craquage. En effet, des catalyseurs avec sélectivité de forme à base de zéolithes à taille de pore intermédiaire, par exemple Pt/ZSM-22, sont sélectives en isomères, tandis que les zéolithes à large pore sont plus actifs, mais moins sélectif. L'objectif principal de cette thèse était, alors, d’étudier et de développer un catalyseur à la fois actif et sélectif en isomères. Deux études parallèles ont été realisées: la première basée sur l'impact de la proximité entre les sites actifs sur la réaction (Part I), et la seconde, portant sur le développement d'un catalyseur d'hydroisomérisation de haute performance en utilisant des nanocristaux de zéolithe BEA comme support acide (Part II). La participation de l’épandage d’hydrogène (Hsp) sur le mécanisme de la réaction d'hydroisomérisation a été démontrée. En effet, lorsque les sites actifs sont proches, les espèces Hsp diffusent au voisinage des sites acides provocant l'hydrogénation directe des ions carbénium. Un mécanisme de réaction a, alors, été proposé utilisant ce phénomène comme une alternative au mécanisme classique proposé par Weisz, où la réaction d'hydrogénation a lieu uniquement sur les sites métalliques. Ce phénomène justifie l'activité et la sélectivité plus élevées observées sur les catalyseurs, où les sites actifs sont proches. Sur la deuxième partie de ce manuscrit, des nanocristaux de zéolithe BEA ont été utilisés pour développer un catalyseur d’hy

  • Synthetic molecular nanodevices for selective peptide-based therapy    - Fernandes Anthony  -  23 avril 2009

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    Malgré les nombreux progrès réalisés en chimiothérapie anticancéreuses ces dernières décennies, les méthodes conventionnelles de traitement demeurent encore problématiques. En effet, le manque de sélectivité des traitements entraîne très souvent d'importants effets secondaires, empêchant par là même l'utilisation d'une quantité suffisante de drogue nécessaire à éradiquer les cellules tumorales. Afin de contourner ce problème plusieurs systèmes de ciblages thérapeutiques sont actuellement en cours d'évaluation et ont déjà fourni des résultats encourageants in vivo. Bien que certains peptides semblent attirer une particulière attention du fait de leur diversité structurale et de leur haute spécificité, leur utilisation thérapeutique reste précaire. En effet, ces molécules sont très rapidement dégradées in vivo et incapables, pour la plupart, de traverser les membranes cellulaires. De nombreuses alternatives ont été étudiées afin d'améliorer leur bio-disponibilité et leur stabilité métabolique. Dans ce cadre, la dérivatisation de peptide sous forme de rotaxane (molécule " entrelacée " comprenant un ou plusieurs macrocycles piégé autour d'un axe munis de groupements terminaux encombrants) semble être une solution plus qu'intéressante. Le macrocycle permet en effet de modifier de façon très favorable les propriétés physico-chimiques du peptide (solubilité, pénétration à travers les membranes) ainsi que de le protéger totalement contre toute attaque extérieure (peptidases...) ! Le concept que nous développons actuellement vise à associer la stratégie de ciblage thérapeutique développée à Poitiers par le Prof. Gesson, au système d'assemblage supramoléculaire...

  • Activation acide ou superacide : synthèse de nouveaux composés azotés fluorés et polycycliques    - Metayer Benoît  -  07 novembre 2014

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    Le fluor est devenu un élément incontournable en chimie médicinale. Les propriétés physico-chimiques induites par l'incorporation de cet atome dans les composés organiques en font un outil efficace dans la conception de mimes de fonctions chimiques. Les difficultés pour accéder aux composés azotés fluorés permettent d'envisager l'utilisation des milieux superacides et acides fluorants comme alternative de synthèse. Dans la première partie, la réactivité de N-allyl-N-arylbenzènesulfonamides en milieu superacide HF / SbF5 a été étudiée. La non observation de la cyclisation de type Friedel-Craft intramoléculaire initialement envisagée pour ces composés a été expliquée grâce à une étude mécanistique utilisant la RMN basse température in situ. En modifiant les conditions opératoires, la synthèse de N-arylbenzènesulfonamides α-fluorés a pu être développée. Les structures obtenues ont été testées pour l'inhibition des anhydrases carboniques. Dans la seconde partie, une nouvelle réaction d'hydrofluoration d'ynamides dans le milieu HF / pyridine a été développée. Cette stratégie a permis d'obtenir régio- et stéréosélectivement des (E)-α-fluoroènamides originaux. Par analogie avec les fluoroalcènes décrits en tant que mimes d'amides, les α-fluoroènamides sont potentiellement des isostères de la fonction urée. Le biomimétisme de ces structures est discuté grâce aux résultats d'études structurales réalisées par modélisation moléculaire. La réactivité surprenante de structures ortho-substituées en milieu superacide a permis le développement d'une réaction de polycyclisation intramoléculaire d'ynamides, cette nouvelle méthode permettant d'accéder en une étape à des polycycles azotés à haute valeur ajoutée.

  • Activation superélectrophile en milieu superacide : synthèse de nouveaux synthons halofluorés azotés    - Le Darz Alexandre  -  24 novembre 2014

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    Les propriétés exceptionnelles des composés fluorés ont entrainées un développement considérable de la chimie du fluor depuis les années 1950. Aujourd'hui les substances fluorées se retrouvent dans la plupart des domaines tels que la chimie thérapeutique ou l'agrochimie. L'atome d'azote étant ubiquitaire en chimie médicinale, le développement de voies synthétiques permettant l'obtention de fluoroamines est donc essentiel. Au laboratoire, une étude a précédemment été menée sur la réaction de bromofluoration de composés azotés insaturés en milieu superacide de type HF/SbF5. Le NBS utilisé comme donneur d'ion broménium, après activation par polyprotonation, a permis d'accéder à des composés azotés bromofluorés difficiles à obtenir en milieux classiques. Cependant l'ion bromonium s'isomérise rapidement conduisant aux produits difluorés. Les ions chloroniums ayant une réactivité différente de celle des ions bromoniums, ce travail porte sur l'étude des ions chloroniums dans des systèmes dicationiques générés en milieu superacide. Dans un premier temps l'impact des paramètres expérimentaux a été étudié par analyse des produits de réaction et par des expériences de RMN in situ. L'étude a ensuite été étendue à un panel de substrats afin de mesurer l'impact de la structure du substrat sur la réaction de chlorofluoration. Enfin l'effet de substituants halogènes sur la double liaison carbone-carbone a été étudié. Ces travaux ont permis de mettre en lumière le mécanisme réactionnel impliqué dans cette réaction, puis d'appliquer la méthode pour la préparation de composés biologiquement actifs.

  • Application et développement de techniques d'analyse de biogéomarqueurs moléculaires : mesure de l’impact d'une perturbation argileuse sur le développement d'une tourbière du Limousin    - Younes Khaled  -  20 octobre 2016

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    Ce travail a porté sur l'étude de la structure et de la dynamique des bio(géo)macromolécules de la tourbière des Sagnes (Limousin, France) à l'aide de méthodes de dégradation chimiques et thermochimiques. La première partie a été consacrée à l'application de méthodes de dégradation chimiques pour apprécier l'impact d'une perturbation argileuse contemporaine sur la tourbière étudiée dans le cadre d'un partenariat entre l'université de Poitiers et AREVA. La tourbière présente un fonctionnement normal : activité microbienne et apport de matière organique en surface (acrotelme et mésotelme) et état du sédiment profond (catotelme) non perturbés. La seule influence notable du dépôt argileux, c'est l'augmentation apparente de l'activité de bactéries sulfato-réductrices sous sa zone de dépôt. Une seconde partie de développement analytique a tout d'abord porté sur l'évaluation de la capacité de la thermochimiolyse préparative en présence de TMAH d'analyser en un temps court et simultanément plusieurs familles de biogéomarqueurs. Pour cela, les résultats obtenus ont été comparés avec ceux obtenus par les méthodes chimiques habituellement utilisées. Compte-tenu des différents mécanismes impliqués, la thermochimiolyse apparait plus comme une méthode complémentaire. Enfin, une nouvelle méthode d'analyse des sucres (utilisation du bromure d'acyle) a été développée. Cette méthode a permis l'analyse sélective des sucres de la fraction lignocellulosique (principalement xylose et arabinose).

  • Caractérisation des interactions entre un plasma non-thermique et des matériaux    - Rodrigues Anthony  -  08 novembre 2013

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    L'étude des interactions entre les espèces actives générées par un plasma non thermique et diverses surfaces de matériaux font l'objet de ce travail. Dans un premier temps, des polymères provenant de la biomasse ont été le sujet de nos recherches. Ils représentent une source importante de molécules plateforme telle que le glucose à partir desquelles peuvent être générés des produits de haute valeur ajoutée. Plus précisément, les effets d'un plasma à décharge à barrière diélectrique sur la structure et la dépolymérisation de l'inuline, de la cellulose et de l'amidon ont été étudiés. Une variation des paramètres électriques et chimiques de la décharge plasma a été effectuée et leurs effets sur les biopolymères évalués afin de comprendre les mécanismes de réaction. Nos résultats ont montré qu'un traitement initial par le plasma permettait d'augmenter considérablement le rendement final en sucre monomère (fructose ou glucose) par rapport au même produit de départ non traité par le plasma (84 et 54% de glucose à partir réciproquement de l'amidon et de la cellulose traités par plasma, au lieu de 65 et 1 % pour les mêmes produits non traités). Cet effet pourrait être du en partie à une dépolymérisation par attaque acide induite au sein du plasma sur les zones amorphes des biopolymères. Dans un second temps, l'étude a porté sur l'élimination des COV par couplage plasma non-thermique et catalyseur. Pour cette étude, nous avons conçu et mis en oeuvre un appareillage original formé par un réacteur plasma-catalyseur permettant une analyse sous atmosphère contrôlée de la surface du catalyseur par spectroscopie IR (DRIFT). Cet appareillage a permis d'étudier la décomposition de quatre COV (isopropanol, acétone, éthanol et toluène) adsorbé sur différents oxydes métalliques (g-Al2O3, CeO2 et TiO2) placés dans la zone de décharge en temps réel (in-situ). Les premiers résultats ont permis d'élucider certaines voies de décomposition de ces différents COV.

  • Caractérisation moléculaire et dynamique de la matière organique de compost (déchets verts, biodéchets) dans un sol    - Célérier Julien  -  28 février 2008

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    L'objet de ce travail a consisté en un suivi à la fois spatial et temporel de l'évolution des constituants organiques d'un compost de déchets verts et bio-déchets épandu sur un sol sous prairie. Trois quantités de compost ont été apportées sur le sol : 50, 100 et 150 t/ha. L'évolution de la matière organique des sols amendés a été étudiée après divers fractionnements chimiques et physiques. La dynamique spatiale de cette MO a été appréhendée par l'analyse de marqueurs moléculaires lipidiques contenus dans la matière organique dissoute. Les différents échantillons de sol ont été analysés de manière globale par analyse élémentaire, ATD-ATG et IRTF. Ces analyses ont mis en évidence une augmentation de la quantité de MO après apport de compost, mais également une meilleure conservation des lipides et des sucres lors d'épandages successifs des plus faibles doses. Cet apport de composés bio-disponibles favorise une augmentation de l'activité biologique dans le sol. Il en résulte un accroissement de la stabilité structurale du sol dès un an, probablement dû à l'agrégation des particules organo-minérales fines. D'autres différences lors de l'incorporation de la matière organique déchet ont été mises en évidence par l'étude des échantillons en thermochimiolyse (en présence de TMAH). En effet, les fractions granulométriques ont montré une incorporation préférentielle des composés issus du bois, après 7 mois, et des graminées après 13 mois. En ce qui concerne les substances humiques, le phénomène opposé a été observé dans les acides humiques et l'humine, alors que les acides fulviques ont montré essentiellement une MO dérivant des graminées.

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