memoire de magister m henache zahir

République Algérienne Démocratique et Populaire
Ministère de L’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique
Université Mouloud Mammeri de Tizi-Ouzou
Faculté des Sciences
Département De Chimie
MEMOIRE DE MAGISTER
SPECIALITE : CHIMIE
OPTION : CHIMIE DE L’ENVIRONNEMENT
Présenté par :
MR HENACHE ZAHIR
Sujet :
Devant le jury d’examen composé de :
Mr ALLIOUAT Mohamed Professeur ; UMBB Président
Mr TEZKRATT Said Maître de conférences (A) ; UMMTO Rapporteur
Mr DJAIDJA A/hamid Maître de conférences (A) ; UMMTO Examinateur
Mme DELLAH Saliha Maître de conférences (A) ; UMMTO Examinateur
Mr CHAOUCHI Ahcene Maître de conférences (A); UMMTO
Examinateur
Soutenue le 14 /06/2011
REFORMAGE SEC DU
MET
HANE
SUR DES
CATALYSEURS A BASE DE NICKEL SUPPORTES
PAR TiO2, CeO2 ET PAR L’OXYDE MIXTE CeO2-TiO2

REMERCIEMENTS
Le travail présenté dans ce mémoire a été réalisé au Laboratoire de recherche
en Chimie Appliqué et Génie Chimique (LCAGC) de l’université Mouloud MAMMERI
de Tizi-Ouzou.
Je suis très heureux d’exprimer mes sincères remerciements, ma profonde
gratitude et toute ma reconnaissance à l’égard de Monsieur TEZKRATT Said, Maître
de conférences à l’université de Tizi-Ouzou et directeur du laboratoire LCAGC qui a
dirigé ce travail avec une attention constante. Les conseils scientifiques qu’il m’a
prodigués, le temps qu’il m’a consacré ainsi que ces qualités humaines m’ont permis
de mener à bien mon travail.
Je remercie très chaleureusement Monsieur ALIOUAT Mohamed, Professeur
à l’UMBB pour l’honneur qu’il me fait en présidant le jury de ce mémoire.
Mes sincères remerciements vont également à Monsieur CHAOUCHI
Ahcene, Maître de conférences à l’UMMTO pour avoir accepté de juger ce travail.
Je voudrais également remercier Monsieur DJAIDJA Abdelhamaid, Maître de
conférences à l’UMMTO qui a bien voulu être membre de ce jury.
Je tiens à exprimer mes vifs remerciements à Madame DELLAH Saliha,
Maître de conférences à l’UMMTO pour avoir accepté d’examiner ce travail et de
participer au jury.
Je remercie vivement Monsieur KADI Hocine, Professeur à l’UMMTO pour
ses encouragements et pour son soutien qu’il a toujours affiché à mon égard.
Je suis particulièrement reconnaissant à Mademoiselle YAHI Nora pour son
soutien moral, ses encouragements et son aide précieuse toute au long de la
réalisation de ce mémoire.
Tout mes remerciements vont également à Mme D.HALLICHE, Melle
TOUAHRA Fouzia et Melle OUAZNA du laboratoire du gaz naturel de la faculté de
chimie de Bab-Ezzouar pour m’avoir aidé et contribué à la réalisation de ce travail.
Je remercie également monsieur CHEKNOUNE Salem et Melle MANSOURI
Sadia et tout mes collègues du laboratoire LCAGC et tout ceux qui m’ont aidé de près
ou de loin.

SOMMAIRE
INTRODUCTION GENERALE ..............................................................................................................1
CHAPITRE I
ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. Introduction ................................................................................................................. 5
I.1.Catalyse et catalyseur ............................................................................................ 5
I.2. Critères de choix .................................................................................................. 6
I.2.1. L’activité .................................................................................................... 6
I.2.2. La sélectivité .............................................................................................. 6
I.2.3. La stabilité ................................................................................................ 6
I.4. Contraintes ............................................................................................................ 7
II. Les supports TiO2 et CeO2 ........................................................................................ 8
II.1. L’oxyde de titane (TiO2) ..................................................................................... 8
II.2. L’oxyde de cérium (CeO2) ................................................................................ 10
II.3.Les avantages d’utilisation des structures bien définies dans les réactions de
reformage du méthane ................................................................................................... 12
III. Le gaz naturel .......................................................................................................... 13
III.1. Utilisation du gaz naturel ................................................................................. 15
III.2. Composition du gaz naturel ............................................................................ 16
III.3. Propriétés physiques et thermiques du méthane ............................................. 17
III.4. Chimie du méthane .......................................................................................... 18
IV. Le gaz de synthèse .................................................................................................. 19
V. Production de gaz de synthèse ................................................................................ 20
VI. Reformage sec du méthane ................................................................................ 22
VI.1. Catalyseurs de reformage sec du méthane ....................................................... 22
VI.2. Effet du support ............................................................................................... 23
VI.3. Effet du promoteur .......................................................................................... 26
VI.4. Effet du précurseur ......................................................................................... 27
VI.5. Effet de la température de calcination ............................................................ 28
VI.6. Effet de la technique de préparation ................................................................ 29
VII. Désactivation des catalyseurs ................................................................................ 30
VII.1. Formation de carbone .................................................................................... 30
VII.2. Le frittage ....................................................................................................... 31
VII.3. Les différentes formes de carbone ................................................................. 31
VII.4. Rôle des interactions métal-support sur la formation du coke ....................... 32
VIII. Mécanisme et cinétique du reformage sec du méthane ....................................... 34
Références bibliographiques ......................................................................................... 36

CHAPITRE II
TECHNIQUES EXPERIMENTALES
I. Introduction ............................................................................................................... 43
II. Techniques de caractérisation structurale et texturale des catalyseurs…………….43
II.1. Diffraction des rayons X .................................................................................... 43
II.1.1. Principe de la méthode ................................................................................ 43
II.1.2. La loi de Debye-Scherre .............................................................................. 44
II.1.3. Dispositif expérimental ............................................................................... 44
II.2. Spectroscopie infrarouge (FTIR) ....................................................................... 45
II.1.1. Principe de la technique .............................................................................. 45
II.1.2. Spectre infrarouge ....................................................................................... 46
II.1.3. Type d’appareil ........................................................................................... 46
II.3. Mesure de la surface spécifique par la méthode BRUNAUER-EMMET-
TELLER (BET) ............................................................................................................ 47
II.4. Microscopie électronique à balayage (MEB) ..................................................... 49
III. Description du test catalytique……………………………………………………………50
III.1. Test catalytique……………………………………………………………………….50
III.2. Méthodologie d’analyse chromatographique…………………………………………52
III.2.1. Etalonnage chromatographique…………………………………………………..52
III.2.1.1. Temps de rétention de chaque gaz…………………………………………..52
III.2.1.2. Calcul des facteurs de réponse Kfi de chaque gaz analysé…………………..53
III.3. Mise en œuvre du test catalytique…………………………………………………….54
III.3.1. Activation du catalyseur………………………………………………………….54
III.3.2. Réaction catalytique....................................................................................….......54
III.4. Formules de calcul…...………………………………………………………………54
III.4.1. Composition des mélanges gazeux ( Xi )….……………………………………..54
III.4.2. Le taux de conversion……………………………………………………………55
III.4.3. Sélectivité en (%)………………………………………………………………...55
III.4.4. Estimation de la productivité de CO (n CO)…………………………….........56
III.4.5. Bilan théorique des produits carbonés…………………………………...56
Références bibliographiques…………………………………………………………58
CHAPITRE III
SYNTHESE ET CARACTERISATION
DES CATALYSEURS
I.Intoduction ................................................................................................................. 59
II. Description de la méthode de préparation ................................................................ 59
II.1. L’imprégnation .................................................................................................. 59
II.2. Le séchage ......................................................................................................... 59
II.3. La calcination .................................................................................................... 60
II.4. L’activation ....................................................................................................... 60
III. Synthèse des catalyseurs ......................................................................................... 60

III.1. Préparation des supports CeO2(5%)-TiO2(95%) et CeO2(50%)-TiO2(50%) ... 61
III.1.1. La dissolution ........................................................................................... 61
III.1.2. Le séchage ................................................................................................ 61
III.1.3 La calcination ............................................................................................. 62
III.2. Préparation du support CeO2(5%)-TiO2(95) ................................................... 62
III.3. Préparation des supports CeO2(50%)-TiO2(50%) .......................................... 65
III.4. Préparation des catalyseurs 10%Ni/TiO2 , 10%Ni/CeO2 ,
10%Ni/CeO2(5%)-TiO2(95%) et 10%Ni/CeO2(50%)-TiO2(50%) .............................. 67
IV. Caractérisation physico-chimique des catalyseurs ................................................. 70
IV.1. Diffraction des rayons X .................................................................................. 70
IV.2. Spectroscopie infrarouge ................................................................................. 73
IV.3. Microscopie électronique à balayage (MEB) .................................................. 77
IV.4. Mesure de la surface spécifique ...................................................................... 81
Références bibliographiques ......................................................................................... 82
CHAPITRE IV
ETUDE DE LA REACTION CH4/CO2
I. Introduction ............................................................................................................... 83
II. Mise en régime des différents catalyseurs ............................................................... 84
III. Résultats et discussion ............................................................................................ 84
II.1. Activité du catalyseur 10%Ni/CeO2 ................................................................ 87
II.2. Activité du catalyseur 10%Ni/TiO2 ................................................................. 88
II.3. Activité des catalyseurs 10%Ni/CeO2(5%)-TiO2(95%) et 10%Ni/CeO2(50%)-
TiO2(50%) ................................................................................................................ 88
Références bibliographiques ......................................................................................... 90
Conclusion générale ...................................................................................................... 91