LA NORME EUROPEENNE CONCERNANT LA DEPOLLUTION AUTOMOBILE DEVENANT DE PLUS EN PLUS SEVERES, LE TRAITEMENT CATALYTIQUE DES GAZ D'ECHAPPEMENT DES MOTEURS DIESEL EST DEVENUE INDISPENSABLE. DANS CE MILIEU FORTEMENT OXYDANT, LA REDUCTION DES OXYDES D'AZOTE PRESENTE UN REEL DEFI. LA PREMIERE GENERATION DE CATALYSEURS POUR LA REDUCTION DES OXYDES D'AZOTE EN MILIEU OXYDANT, DES ZEOLITHES CONTENANT DU CUIVRE ET DU PLATINE, S'ETANT AVEREE TROP INSTABLE PENDANT L'UTILISATION PROLONGEE, NOUS AVONS DEVELOPPE DES CATALYSEURS A BASE DE PLATINE DEPOSE SUR DES OXYDES DE TYPE PYROCHLORE. LES ECHANTILLONS ONT ETE PREPARES PAR DES TECHNIQUES DE CHIMIE DOUCE. BIEN QUE LEUR SURFACE SPECIFIQUE SOIT FAIBLE PAR RAPPORT A L'ALUMINE, DES DISPERSIONS DE PLATINE DE TRENTE CINQ POUR CENT ONT ETE MESUREES PAR CHIMISORPTION DU MONOXYDE DE CARBONE. LA MICROSCOPIE ELECTRONIQUE REVELE QUE LA DISTRIBUTION DU PLATINE EST BIMODALE. SELON LA SPECTROSCOPIE DE PHOTOELECTRONS, LE PLATINE EST PRESENT ESSENTIELLEMENT SOUS FORME OXYDEE DANS LES CONDITIONS DE REACTION. LA REDUCTION EN TEMPERATURE PROGRAMMEE MONTRE QUE LA REDUCTION DE CET OXYDE EST TRES DIFFICILE ET N'EST POSSIBLE QUE SI L'ON UTILISE DE L'HYDROGENE PUR. L'ETUDE DE LA REDUCTION DES OXYDES D'AZOTE SUR CES SYSTEMES S'EST FAITE EN DEUX TEMPS: TOUT D'ABORD, NOUS AVONS EVALUE LES CATALYSEURS DANS DES CONDITIONS SIMULANT LES GAZ D'ECHAPPEMENT DIESEL. DANS UN DEUXIEME TEMPS, NOUS AVONS REALISE DES ETUDES MECANISTIQUES SUR LE CATALYSEUR LE PLUS ACTIF. NOS ETUDES, NOTAMMENT SUR L'ETAT D'OXYDATION DU PLATINE PENDANT LA REACTION, SUR LA FORMATION OU NON D'UN DEPOT CARBONE A LA SURFACE DU CATALYSEUR ET SUR LA NATURE EXACTE DE L'OXYDE D'AZOTE ACTIF, AINSI QU'UNE ETUDE SYSTEMATIQUE DE L'INFLUENCE DES CONCENTRATIONS DES PRINCIPAUX REACTIFS, NOUS ONT CONDUIT DE PROPOSER UN MECANISME DE TYPE LANGMUIR-HINSHELWOOD SUR DES SITES ACTIFS D'OXYDE DE PLATINE

DANS UNE PREMIERE PARTIE, NOUS AVONS ETUDIE L'INFLUENCE DE LA CERINE SUR LE COMPORTEMENT CATALYTIQUE DU PLATINE POUR LA REACTION D'OXYDATION DU MONOXYDE DE CARBONE PAR L'OXYGENE. APRES AVOIR MIS EN EVIDENCE (PAR REDUCTION EN TEMPERATURE PROGRAMMEE EN UTILISANT LE CO COMME MOLECULE REDUCTRICE) LA PRESENCE D'UNE INTERACTION ENTRE LE PLATINE ET LA CERINE, NOUS AVONS MONTRE QUE CETTE INTERACTION CONDUISAIT, APRES UN PRETRAITEMENT EN MILIEU REDUCTEUR, A UN GAIN D'ACTIVITE IMPORTANT PAR RAPPORT AU PLATINE SEUL, CE GAIN DISPARAISSANT APRES UN PRETRAITEMENT EN MILIEU GLOBALEMENT OXYDANT. POUR CHAQUE CAS DE FIGURE, NOUS AVONS PROPOSE DES SITES CATALYTIQUES AINSI QUE DES MECANISMES REACTIONNELS PERMETTANT D'EXPLIQUER CES PHENOMENES. LA SECONDE PARTIE DE NOTRE TRAVAIL A CONSISTE A EVALUER L'IMPORTANCE DU PHOSPHORE ET/OU DU ZINC DANS LES PHENOMENES D'EMPOISONNEMENT D'UN CATALYSEUR AU PLATINE. UNE SERIE DE CATALYSEURS DE REFERENCE A ETE SELECTIVEMENT EMPOISONNEE PAR CES ADDITIFS GRACE A UNE TECHNIQUE D'IMPREGNATION-CALCINATION PREALABLEMENT MISE AU POINT. POUR LES REACTIONS DE DEPOLLUTION DES GAZ D'ECHAPPEMENT AUTOMOBILE, IL A ETE MONTRE QUE LES DEPOTS DE P ET DE P+ZN CONDUISAIENT A DESACTIVER LE PLATINE, MAIS QU'AU CONTRAIRE, LE ZN SE COMPORTAIT COMME UN PROMOTEUR DU CATALYSEUR. AFIN DE VERIFIER CE DERNIER RESULTAT, NOUS PROPOSONS D'ADOPTER UNE NOUVELLE TECHNIQUE DE DEPOT QUI POURRAIT CONSTITUER LA BASE D'UNE SIMULATION PLUS REALISTE DE L'EMPOISONNEMENT

L'accroissement du parc automobile a engendré le problème de la pollution atmosphérique. Des systèmes catalytiques ont alors été développés en vue de réduire ces émissions polluantes. Les véhicules munis de moteur diesel sont handicapés par la présence à l'échappement de petites particules riches en carbone et d'oxydes d'azote. La littérature a montré que la zéolithe Cu-ZsM-5 est capable de réduire les oxydes d'azote dans les conditions d'un échappement diesel. Au cours de ce travail, l'analyse des régimes transitaires a montré qu'un intermédiaire se synthétisait sur le catalyseur. Il nécessite pour se former la présence de propène et d'oxydes d'azote. L'oxygène n'est pas indispensable à ce niveau. Il a par ailleurs été montré que l'intermédiaire n'est pas constitué par un dépôt de coke, ni par un produit d'oxydation partielle du propène. Le dioxyde d'azote réagit alors avec cet intermédiaire et est réduit en azote. Par une approche quantitative de ces phénomènes, il a été montré qu'une réaction compétitive intervenait entre l'intermédiaire et l'oxygène. Elle contribue à la destruction d'une partie de l'intermédiaire par combustion

LES DEUX POINTS ESSENTIELS DE CE TRAVAIL SONT D'UNE PART LA CONCEPTION ET LA MISE AU POINT D'UN PILOTE AUTOMATISE ET INFORMATISE PERMETTANT DE SIMULER LE FONCTIONNEMENT D'UN POT CATALYTIQUE EN REGIME TRANSITOIRE, ET D'AUTRE PART L'ETUDE DES PROCESSUS CHIMIQUES INDUITS PAR CE REGIME, EN FONCTION DE LA NATURE DES CATALYSEURS. LA REALISATION DU PILOTE A PERMIS D'ETUDIER LE COMPORTEMENT DES CATALYSEURS DE DEPOLLUTION DES GAZ D'ECHAPPEMENT AUTOMOBILE DANS DES CONDITIONS PROCHES DE CELLES DU FONCTIONNEMENT REEL D'UN POT CATALYTIQUE. LES DIFFERENTS TESTS QUI ONT ETE DEVELOPPES ONT PERMIS DANS UN PREMIER TEMPS, D'ETUDIER L'INFLUENCE DU SUPPORT (AL2O3, CEO2, TIO2, ZRO2), DE LA PHASE METALLIQUE (PT, RH), ET DES DOPANTS (CEO2), SUR L'ACTIVITE DES CATALYSEURS. DANS UN SECOND TEMPS, NOUS NOUS SOMES ATTACHES A LA COMPREHENSION DES DIFFRENTS PROCESSUS TRANSITOIRES, AVANT D'ETUDIER PLUS PARTICULIEREMENT LES DEUX PRINCIPAUX PROCESSUS QUI SONT LE STOCKAGE D'OXYGENE ET LA REACTION DU GAZ A L'EAU. UNE ANALYSE DE CES PROCESSUS PAR SPECTROSCOPIE DE PHOTOABSORPTION X A PERMIS UNE ETUDE PHYSIQUE IN-SITU DU COMPORTEMENT DES CATALYSEURS. L'UTILISATION DE CETTE TECHNIQUE A PERMIS DE METTRE EN EVIDENCE QUE SEULE LA SURFACE DE L'OXYDE DE CERIUM PARTICIPE AU STOCKAGE D'OXYGENE ET QUE LA REACTION DU GAZ A L'EAU EST FAVORISEE PAR LA FORMATION D'UN OXYDE METALLIQUE A LA SURFACE DU CATALYSEUR. LA DERNIERE PARTIE DE CE TRAVAIL A PERMIS DE DEVELOPPER UN NOUVEAU CATALYSEUR DE DEPOLLUTION DES GAZ D'ECHAPPEMENT AUTOMOBILE, SANS METAUX PRECIEUX. CE CATALYSEUR PRESENTE UNE ACTIVITE NETTEMENT SUPERIEURE A CELLE DES CATALYSEURS CONVENTIONNELS A BASE DE METAUX PRECIEUX

Cette étude vise à obtenir la réduction catalytique sélective des oxydes d'azote (NOx), présents dans les gaz en sortie de moteur Diesel, par les hydrocarbures et l’hydrogène. L’objectif était de développer des catalyseurs exempts de platine et rhodium. Le choix s’est reporté sur le palladium déposé sur des supports type perovskites. L’inconvénient majeur des métaux nobles est leur faible sélectivité en régime pauvre. Pratiquement, l’introduction d’un supplément d’agents réducteurs est envisageable, permettant un gain de conversion des NOx notamment aux faibles températures. La conversion sélective en N2 doit également être promue. En effet, la formation de N2O est souvent observée aux faibles températures et faibles conversions. Celle-ci doit être minimisée en raison de son impact sur l’effet de serre. Cette réaction a été menée sur perovskite LaFeO3 imprégnées au palladium dans un environnement riche en oxygène, eau et dioxyde de carbone. Une forte dépendance des résultats en fonction des méthodes de préparation et/ou des modifications du support a été observée, ainsi qu’une influence du précurseur d’imprégnation. Les interactions entre le métal noble et le support jouent un rôle clé dans la conservation d’une activité en réduction des NO après vieillissement des catalyseurs sous milieu réactionnel. Cet effet est attribué à une plus grande stabilisation de l’état de dispersion du palladium sur la perovskite contrairement aux supports conventionnels tels que l’alumine.

Les émissions automobiles font l'objet dans la plupart des pays industrialisés de mesures réglementaires qui sont, au fil des années, de plus en plus contraignantes. Les limites imposées pour l'an 2000 obligent notamment les constructeurs à développer, après le catalyseur trois voies pour les moteurs essence, également un catalyseur de réduction des oxydes d'azote pour les moteurs diesel. Ce travail de thèse avait ainsi pour objectif l'étude et le développement de catalyseurs à base de zéolithes pour la réduction de NO dans les conditions d'un échappement diesel. Il a été supporté par les constructeurs automobiles français Peugeot et Renault. Le choix des zéolithes a été effectué à partir des trois principaux critères suivants : la stabilité thermique, pour une utilisation à des températures allant jusqu'à 700-800°C, la microporosité qui devait être suffisante pour accepter les molécules de NO et de l'hydrocarbure utilisé (C3H6) ainsi qu'une capacité d'échange d'ions puisque le cation échangeable de la zéolithe dit cation de compensation participe en tant que site actif à la réduction catalytique de NO. La zéolithe ZSM-5, déjà largement mentionnée dans la littérature, a par ailleurs servi de catalyseur de référence. Plusieurs types de zéolithes ont été envisagés. Il s'agissait soit de zéolithes de compositions voisines de celle de la ZSM-5 (de type aluminosilicate) mais de structures différentes et avec des porosités voisines (MCM-22, bêta, EMT et EMO) ou beaucoup plus élevées (MCM-41), soit de zéolithes ayant à la fois des compositions et des structures différentes (comme le titanosilicate ETS-10 ou les silicoaluminophosphates). Pour la plupart d'entre elles, les conditions de synthèse ont été optimisées et différentes caractérisations ont été mises en oeuvre avant le conditionnement pour l'étude de l'activité catalytique. Les matériaux ont également été analysés après tests catalytiques. Pour les meilleurs d'entre eux (EMT et EMO) une étude plus approfondie a été menée ; elle visait à étudier leur désactivation dans les conditions d'un échappement diesel et a conduit à effectuer différents essais d'optimisation (post-synthèse) de leur stabilité thermique et hydrothermique ; celles-ci étant généralement insuffisantes pour une application éventuelle des zéolithes dans la réduction de NO pour les échappements de moteurs diesel