Soutenances autorisées pour l'ED « École Doctorale Physique, Sciences de l'Ingénieur, Matériaux, Énergie »
(ED 591 PSIME)
Liste des soutenances actuelles 5
Ρrοductiοn phοtοcatalytique de l’hydrοgène à partir de l’acide fοrmique sοus lumière visible : Ρhοtοcatalyseurs à base d’οxyde de Cuivre et de Fer
Doctorant·e
ABDELLI Hanen
Direction de thèse
EL ROZ MOHAMAD (Directeur·trice de thèse)
CHTOUROU RADHOUANE (Co-directeur·trice de thèse)
Date de la soutenance
04/07/2023 à 10:30
Lieu de la soutenance
Faculté des Sciences de Tunis, Campus Universitaire El-Manar, 2092 El Manar Tunis, Tunisie
Rapporteurs de la thèse
HICHEM HAMZAOUI AHMED CNRSM
HMADEH MOHAMAD Université américaine de Beyrouth
Membres du jurys
AL LAKISS LOUWANDA,
,
Université de Caen Normandie (UCN)
CHTOUROU RADHOUANE,
,
Université de Tunis - Tunisie
EL ROZ MOHAMAD,
,
ENSICAEN
HICHEM HAMZAOUI AHMED,
,
CNRSM
HMADEH MOHAMAD,
,
Université américaine de Beyrouth
Résumé
Le développement technologique visant à construire une société utilisant l'hydrogène comme moyen d'énergie, avec une faible charge environnementale et un rendement élevé, est nécessaire de toute urgence. Toutefois, l'hydrogène étant inflammable, les problèmes de sécurité liés à son stockage et à son transport limitent son utilisation en tant que combustible. L’utilisation des transporteurs organiques liquides d'hydrogène (TOLHs, ou LOHCs pour Liquid Organic Hydrogen Carriers) présente une alternative très prometteuse. Ils permettent de stocker et de transporter efficacement l'hydrogène avec une faible densité énergétique et volumétrique. A cet égard, l'acide formique est reconnu comme l'un des transporteurs d'hydrogène les plus prometteurs. Dans le cadre de cette thèse, nous nous sommes principalement intéressés à la production photocatalytique de l’hydrogène à partir de l’acide formique sous lumière visible en utilisant des photocatalyseurs à base d’oxyde de Cuivre et de Fer. Ces photocatalyseurs ont montré une très bonne activité et sélectivité pour la déshydrogénation de l’acide formique sous lumière visible à température ambiante et sous flux continu.
Les résultats obtenus dans cette thèse donnent non seulement un aperçu des facteurs affectant la réaction mais aussi des perspectives pour améliorer à la fois l’activité des photocatalyseurs et la sélectivité de la déshydrogénation. Par conséquent, les catalyseurs à base de cuivre, connus pour leur stabilité relativement faible dans les procédés en phase liquide, peuvent bien être considérés comme des photocatalyseurs très prometteurs spécifiquement en phase gazeuse/vapeur. Les connaissances fondamentales résultant de ce travail devraient peut avoir un impact significatif sur le développement durable et rentable de la production hautement sélective d'hydrogène à partir de l'acide formique dans des conditions douces.
Abstract
Technological development aimed at building society expending hydrogen as an energy source, with low environmental impact and high efficiency, is urgently needed. However, as hydrogen is flammable, safety issues linked to its storage and transport limit its use as a fuel. The use of liquid organic hydrogen carriers (LOHCs) presents a very promising alternative. They enable an efficient storage and transport of hydrogen at low energy and volumetric densities. In this respect, formic acid is recognized as one of the most promising LOHC.
In this thesis, we focused on the photocatalytic production of hydrogen from formic acid, using copper-iron oxide photocatalysts. These photocatalysts showed very good activity and selectivity for the dehydrogenation of formic acid under visible light at room temperature and under continuous flow. The results obtained in this thesis not only provide insight into the factors affecting the reaction, but also offer prospects for improving both photocatalyst activity and dehydrogenation selectivity. As a result, copper-based catalysts, known for their relatively low stability in liquid-phase processes, may well be considered highly promising photocatalysts specifically in the gas/vapor phase. The fundamental insights resulting from this work should have a significant impact on the sustainable and cost-effective development of highly selective hydrogen production from formic acid under mild conditions.
CESSOU ARMELLE (Directeur·trice de thèse)
LECORDIER BERTRAND (Co-encadrant·e de thèse)
VAREA EMILIEN (Co-encadrant·e de thèse)
Date de la soutenance
21/02/2024 à 14:00
Lieu de la soutenance
Laboratoire CORIA
Rapporteurs de la thèse
CHATELLIER LUDOVIC UNIVERSITE POITIERS
MAZELLIER NICOLAS Université d'Orléans
Membres du jurys
CESSOU ARMELLE,
,
Université de Rouen Normandie (URN)
CHATELLIER LUDOVIC,
,
UNIVERSITE POITIERS
FOUCAUT JEAN-MARC,
,
ECOLE CENTRALE LILLE
LECORDIER BERTRAND,
,
Université de Rouen Normandie (URN)
MAZELLIER NICOLAS,
,
Université d'Orléans
PERRET GAELE,
,
Université Le Havre Normandie (ULHN)
SELARU LUMINITA,
,
Université de Rouen Normandie (URN)
Résumé
L’objectif principal de cette thèse est d’évaluer quantitativement le comportement dynamique
de l’écoulement d’air turbulent autour d’un profil aérodynamique NACA en
fonction de l’écoulement en amont. L’écoulement en amont est constitué d’une famille
de structures cohérentes, chacune ayant ses propres échelles temporelles et spatiales. En
outre, cet écoulement en amont peut inclure un cisaillement moyen dû à une couche limite
à grande échelle. Ces situations se rencontrent couramment dans les parcs d’éoliennes et de
turbines marines, où le sillage généré par une turbine devient l’écoulement en amont de la
suivante, et où la couche limite atmosphérique peut influencer la dynamique de l’écoulement
de l’air du profil aérodynamique. La recherche aérodynamique sur les éoliennes s’est principalement
concentrée sur la réponse générale des profils aérodynamiques et sur l’écoulement
en aval. Cependant, les profils aérodynamiques ne sont pas encore pris en compte dans un
écoulement en amont avec la présence d’une famille de structures cohérentes. Cette étude
prend en compte les aspects spatiaux et temporels, ce qui est crucial pour comprendre
comment l’énergie cinétique transportée par ces mouvements cohérents est capturée dans
le sillage. La nouveauté du projet est de fournir une analyse complémentaire et plus
détaillée des interactions entre le profil aérodynamique et l’écoulement en amont, basée sur
l’analyse de l’intermittence des conditions en amont. Cela permet de mieux comprendre la
réponse dynamique de l’aile en aval et la distribution de l’énergie cinétique sur l’aile. Pour
atteindre cet objectif, les distributions de pression (structures cohérentes) doivent être
moyennées en phase avec un conditionnement basé sur la dynamique du flux en amont.
Ce type d’analyse représente une nouvelle approche et nécessite le développement de
méthodes spécialisées à appliquer à des cas complexes. L’un des principaux domaines
d’investigation du projet est l’étude de l’énergie cinétique turbulente totale (TKE) lorsque
les paquets de structures cohérentes en amont interagissent avec le profil aérodynamique en
aval. En outre, d’autres recherches peuvent être menées sur l’énergie cinétique turbulente,
en considérant les interactions entre les différentes composantes des fluctuations, telles
que les interactions entre le mouvement cohérent et le mouvement aléatoire. Ce travail de
thèse est intégré dans le cadre du projet DYNEOL (ANR-17-CE06-0020) qui est financé
par l’Agence Nationale de la Recherche (ANR). Le projet est une recherche collaborative
associant quatre laboratoires français.
Abstract
The primary objective of the thesis is to quantitatively assess the dynamic behavior of
turbulent airflow around a NACA airfoil as a function of the upstream flow. The upstream
flow consists of a family of coherent structures, each with its own distinct temporal and
spatial scales. Additionally, this upstream flow may include a mean shear due to a largescale
boundary layer. These situations are commonly encountered in wind and marine
turbine farms, where the wake generated by one turbine becomes the upstream flow for
the next one, and where the atmospheric boundary layer can influence the dynamics of
the airfoil’s airflow. Aerodynamic research on wind turbines has primarily focused on the
general response of airfoils, and the flow downstream. However, airfoils are not considered
yet in an upstream flow with the presence of a family of coherent structures. This study
takes into account the spatial and temporal aspects, which is crucial for understanding
how efficiently the kinetic energy carried by these coherent motions is captured within
the wake. The novelty of the project is to provide a complementary and more detailed
analysis of the airfoil-upstream flow interactions based on the analysis of the intermittency
of the upstream conditions. This helps to gain insights into the dynamic response of
the downstream airfoil and the distribution of kinetic energy over the airfoil. To achieve
this goal, pressure distributions (coherent structures) must be phase-averaged with a
conditioning based on the dynamics of the upstream flow. This type of analysis represents
a novel approach and requires the development of specialized methods to be applied to
such complex cases. One of the key areas of investigation within the project is the study
of the total turbulent kinetic energy (TKE) when the upstream coherent structure packets
interact with the downstream airfoil. Additionally, further research can be involved into
turbulent kinetic energy, considering the interactions between different components of
fluctuations, such as the interactions between coherent and random motion. This thesis
work is integrated in the framework of DYNEOL (ANR-17-CE06-0020) project that is
funded by the French National Agency of Research (ANR). The project is a collaborative
research involving four French laboratories, including the CORIA laboratory.
Structuratiοn οf SrΤiΟ3 surfaces and ΜοS2 2D material induced by swift heavy iοn irradiatiοn at grazing incidence
Doctorant·e
RAHALI Radia
Direction de thèse
LEBIUS HENNING (Directeur·trice de thèse)
Date de la soutenance
05/02/2024 à 09:15
Lieu de la soutenance
Université de Caen Normandie - salle des thèses- Bâtiment Science 3 - Campus 2 - Côte de nacre Boulevard Maréchal Juin 14032 Caen Cedex 5.
La modification des matériaux a permis de faire des progrès significatifs dans les domaines technologiques en permettant un contrôle et une manipulation précis des propriétés des matériaux. Pour garantir le succès des applications, il est essentiel de disposer de techniques permettant de contrôler la taille, la forme et la morphologie des structures créées. Cette thèse explore l'utilisation d'ions lourds rapides (SHI) pour créer des nano- et microstructures sur les surfaces du titanate de strontium (SrTiO3) et du disulfure de molybdène (MoS2) avec une géométrie d'incidence rasante. Les résultats démontrent que l'irradiation aux ions lourds rapides peut induire diverses modifications de surface, telles que chaines de nanobosses, des cratères, des structures ondulatoires et de l'amorphisation. La thèse démontre qu'en ajustant la fluence et l'angle d'incidence du faisceau d'ions, des structures d'onde périodiques peuvent être formées sur la surface de SrTiO3. Ces structures peuvent avoir des tailles différentes, avec des tranchées plus ou moins prononcées. Cette structure peut être utilisée pour des dépôts de couches de matériaux bidimensionnels et obtenir des hétéro-structures avec des interfaces bien définies. Les résultats démontrent également que l'irradiation peut induire des pliages dans des échantillons monocouches de MoS2. L'angle d'incidence du faisceau d'ions et le substrat utilisé peuvent contrôler les défauts. Le choix du substrat peut également influencer la densité et la longueur des plis. Il est montré que l'utilisation de SrTiO3 comme substrat permet la création de plis de longueurs variables sans la nécessité de conditions d'orientation cristallographique spécifiques.
Abstract
Materials modification has enabled significant advancements in the technological fields by allowing for precise control and manipulation of material properties. To ensure successful applications, it is crucial to have techniques that offer control over the size, shape, and morphology of the structures created. This thesis explores the use of swift heavy ions (SHI) to create nano- and microstructures on the surfaces of strontium titanate (SrTiO3) and molybdenum disulphide (MoS2) under grazing incidence geometry. The results show that SHI irradiation can induce various surface modifications, such as elongated surface defects, wave-like structures, and amorphization. This research demonstrates that by adjusting the fluence and angle of incidence of the ion beam, periodic wave-like structures can be formed on the surface of SrTiO3. These structures can be deepened to obtain more pronounced valley, which can be used to directly grow two-dimensional materials and obtain heterostructures with well-defined interfaces. The results also demonstrates that SHI irradiation can induce foldings in MoS2 samples. The angle of incidence of the ion beam and the substrate used can control the defects. The choice of substrate can also influence folds density and length. It is shown that using SrTiO3 as a substrate allows the folding with variable lengths without the need for specific crystallographic orientation conditions.
Single biοmass pellet degradatiοn during cοmbustiοn: influence οf raw elemental cοmpοsitiοn determined by LΙBS
Doctorant·e
ACEVEDO TURBI PAHOLA ANNETTE
Direction de thèse
COPPALLE ALEXIS (Directeur·trice de thèse)
LACOUR CORINE (Co-encadrant·e de thèse)
MOREL VINCENT (Co-encadrant·e de thèse)
Date de la soutenance
31/01/2024 à 13:30
Lieu de la soutenance
Salle de conférence du CORIA
Rapporteurs de la thèse
MOTTO-ROS VINCENT Université Claude Bernard Lyon 1
TSAMBER VALERIE Université de Haute Alsace
Membres du jurys
COPPALLE ALEXIS,
,
INSA de Rouen Normandie
HONORE DAVID,
,
INSA de Rouen Normandie
LACOUR CORINE,
,
INSA de Rouen Normandie
MOREL VINCENT,
,
Université de Rouen Normandie (URN)
MORIN CELINE,
,
Université Polytechnique Hauts-de-France
MOTTO-ROS VINCENT,
,
Université Claude Bernard Lyon 1
ROGAUME YANN,
,
Université de Lorraine
TSAMBER VALERIE,
,
Université de Haute Alsace
Résumé
La demande mondiale croissante d’énergie et les préoccupations environnementales croissantes ont propulsé l’exploration d’alternatives durables aux sources de carburant conventionnelles. La biomasse se présente comme une ressource renouvelable prometteuse, capable d'atténuer la crise énergétique mondiale tout en garantissant la durabilité environnementale. Cette étude se penche sur le comportement de combustion de trois biomasses distinctes : le bois d'origine forestière, le miscanthus herbacé et la paille d'orge résiduelle agricole. En examinant le comportement des particules individuelles pendant la combustion, la recherche cherche à élucider les processus fondamentaux régissant la conversion de la biomasse en énergie et à comprendre les comportements de combustion uniques des différentes sources de biomasse. La complexité de la combustion de la biomasse, influencée par des facteurs tels que la composition chimique, la teneur en éléments et les étapes de combustion, est au cœur de l'enquête. Les premiers résultats mettent en évidence les effets catalytiques potentiels d’éléments mineurs comme le sodium (Na) et le potassium (K) sur le comportement de combustion, ce qui nécessite des études approfondies pour comprendre pleinement leur influence. Grâce à une caractérisation complète, l'étude identifie trois étapes critiques de combustion des particules de biomasse : la perte d'humidité, la dévolatilisation et l'oxydation du charbon, révélant des distinctions significatives dans les points d'inflammation entre les sources de biomasse étudiées. La thèse vise à contribuer de manière significative à la compréhension de la production d'énergie basée sur la biomasse et de ses implications environnementales, en fournissant une base pour les progrès futurs dans l'utilisation de la biomasse, la production d'énergie et les pratiques durables.
Abstract
The escalating global demand for energy and mounting environmental concerns have propelled the exploration of sustainable alternatives to conventional fuel sources. Biomass stands out as a promising renewable resource capable of alleviating the worldwide energy crisis while addressing environmental sustainability. This study delves into the combustion behavior of three distinct biomass: forest-derived wood, herbaceous miscanthus, and agricultural residue barley straw. By scrutinizing individual particle behavior during combustion, the research seeks to unravel the fundamental processes governing biomass conversion into energy and understand the unique combustion behaviors of different biomass sources. The complexity of biomass combustion, influenced by factors like chemical composition, elemental content, and combustion stages, lies at the heart of the investigation. Initial findings highlight potential catalytic effects of minor elements like sodium (Na) and potassium (K) on combustion behavior, prompting the need for in-depth studies to fully comprehend their influence. Through comprehensive characterization, the study identifies three critical combustion stages for biomass particles: humidity loss, devolatilization, and char oxidation, revealing significant distinctions in ignition points among the investigated biomass sources. The thesis aims to significantly contribute to understanding biomass-based energy generation and its environmental implications, providing a foundation for future advancements in biomass utilization, energy production, and sustainable practices.
La compréhension de la manière dont la chimie de surface, la composition des matériaux et les conditions de dépôt affectent la fonction cellulaire est cruciale pour la création de substrats en biomédecine et pour les prothèses orthopédiques. Cette thèse examine l'impact des films minces d'oxydes métalliques sur le comportement des cellules humaines et bactériennes, en se concentrant sur VOx, CuTiO, Al2O3, ZnO et TiO2 en tant que substrats. Grâce à la technique de dépôt laser pulsé (PLD), nous avons obtenu une rugosité de surface de 0,1 à 0,9 nm et évalué les caractéristiques hydrophiles de tous les films. Cela garantit des paramètres de recherche idéaux pour l'adhérence cellulaire.
Notre recherche initiale indique que VOx adhère et favorise la prolifération des cellules souches mésenchymateuses dérivées de la moelle osseuse humaine (hBMMSCs) lorsqu'il est déposé à 400°C. De plus, les revêtements VOx ont favorisé la chondrogénèse sans avoir d'effet sur la différenciation adipogénique et ostéogénique. Par ailleurs, les films Cu0,75Ti0,25O2 ont été testés pour leurs caractéristiques antibactériennes, montrant une diminution de 20 % de la prolifération bactérienne, indiquant un potentiel d'inhibition de la croissance des biofilms.
Après avoir examiné la biocompatibilité des films VOx et CuTiO, nous avons entrepris une investigation plus approfondie, incluant les cellules cancéreuses et l'inhibition du développement cellulaire sur d'autres films d'oxydes métalliques. À cette fin, nous avons utilisé des films minces composés d'oxydes binaires tels que ZnO, Al2O3, CuO, VOx et TiO2 pour étudier le comportement des cellules cancéreuses, produisant des résultats divers. TiO2 et Al2O3 ont amélioré l'adhérence et la prolifération à des niveaux équivalents ou supérieurs à ceux observés sur un support en polyéthylène téréphtalate (PET) classique. Cependant, CuO et ZnO ont pu éliminer les cellules SKOV3 présentes dans le cancer de l'ovaire. Cette recherche approfondie démontre les réponses biologiques complexes et variées aux revêtements minces composés d'oxydes métalliques, renforçant ainsi notre compréhension de l'impact de ces films sur différents types cellulaires, soulignant l'importance du choix des matériaux en recherche biomédicale.
Abstract
Understanding how surface chemistry, material composition, and deposition conditions affect cellular function is crucial for building substrates for bio medicine and orthopedic
prostheses. This thesis examines the impact of metal oxide thin films on human and bacterial cell behavior, focusing on VOx, CuTiO, Al2O3, ZnO, and TiO2 as substrates. With Pulsed Laser Deposition (PLD), we achieved 0.1-0.9 nm surface roughness and evaluated all films’ hydrophilic characteristics. This ensures ideal cell adhesion research settings. VOx adheres to and promotes the proliferation of human bone marrow-derived mesenchymal stem cells (hBMMSCs) when deposited at 400°C, according to our initial research. Additionally, VOx coatings promoted chondrogenesis while having no effect on adipogenic and osteogenic differentiation. furthermore, Cu0.75Ti0.25O2 films were tested for antibacterial characteristics. A decrease of 20% in bacterial proliferation indicates that these coatings have the potential to inhibit the growth of biofilms. Following our examination of the bio-compatibility of VOx and CuTiO films, we proceeded to conduct a more in-depth investigation including cancer cells and the inhibition of cell development on other metal oxide films. For this purpose, we employed thin films composed of binary oxides such as ZnO, Al2O3, CuO, VOx, and TiO2 to investigate the behavior of cancer cells, yielding diverse outcomes. TiO2 and Al2O3 enhanced adhesion and proliferation to levels that were equivalent to or higher than those observed on regular polyethylene terephthalate (PET) support. However, CuO and ZnO were able to eradicate SKOV3 cells that were seen in ovarian cancer. This extensive investigation demonstrates the intricate and varied biological responses to thin coatings composed of metal oxides. The findings augment our comprehension of the impact of oxide thin films on various cell types, underscoring the significance of material choice in biomedical research.
