Inass EL HAJJ : Le mélange eutectique LiCl-KCl fondu : un nouveau milieu pour l’intercalation dans le graphite d’alcalino-terreux et de lanthanoïdes

Résumé :
Les composés d’intercalation du graphite (CIG) constituent une classe de matériaux bidimensionnels faisant l’objet de nombreuses études théoriques et expérimentales. En particulier, ces composés ont suscité de nombreux travaux de la part de la communauté scientifique au regard de leurs propriétés supraconductrices à basse température. De nombreux CIG, déjà reportés dans la littérature, ont été synthétisés en faisant varier la nature des espèces intercalées. Les premiers d’entre eux, qui résultent d’une réaction d’intercalation entre le graphite et les métaux alcalins, ont été obtenus par action directe de la vapeur métallique sur le graphite dès 1926. Depuis lors, des recherches foisonnantes ont concerné les systèmes graphite-donneurs d’électrons, et notamment ceux faisant intervenir les métaux alcalinoterreux et lanthanoïdes. Ces dernières années, la recherche au laboratoire s’est orientée vers l’utilisation d’une nouvelle méthode de synthèse consistant en l’utilisation d’un milieu eutectique LiCl-KCl comme intermédiaire de réaction entre certains métaux (strontium, baryum, ytterbium et samarium) et le graphite. C’est dans ce cadre que s’inscrit ce travail de thèse, et les composés ainsi obtenus ont été soumis à des caractérisations par diffraction des rayons X, microsonde nucléaire et spectroscopie Raman afin de réaliser des études structurales, chimiques et des propriétés physiques. L’analyse enthalpique différentielle a également été mise en œuvre afin de mieux appréhender la chimie en milieu sels fondus.
Ainsi, la première partie de ce travail consiste à détailler les résultats obtenus concernant les composés binaires de premier stade SrC6 et BaC6 ainsi qu’à établir les points communs et les différences entre ces deux phases, en comparaison avec la littérature. Des tentatives de synthèse des composés binaires YbC6 et SmC6 sont également reportées.
Le deuxième volet de ce travail se focalise sur de nouvelles phases synthétisées à partir des systèmes graphite-Ba/LiCl-KCl et graphite-Sr/LiCl-KCl. Dans chaque cas, deux composés notés α et β ; ont pu être identifiés et caractérisés. Un mécanisme réactionnel expliquant la formation de ces phases a pu être proposé. Des études calorimétriques sont également réalisées dans le but d’étudier le comportement des métaux vis-à-vis de l’eutectique et d’aller plus loin dans la compréhension des phénomènes chimiques conduisant à l’obtention de composés d’intercalation du graphite dans ce milieu.

Mots clés :
intercalation – graphite – alcalino-terreux – lanthanoїdes – sels fondus – DRX – microsonde nucléaire – Raman – DSC

Composition du jury :
> Rapporteurs :
- Marc DUBOIS, Professeur, ICCF, Université Clermont Auvergne
- Guillaume ROGEZ, Directeur de recherche CNRS, IPCMS, Université de Strasbourg
> Examinateurs :
- Nicolas EMERY, Chargé de recherche CNRS, ICMPE, Université Paris‑Est Créteil
- Claire HEROLD, Directrice de recherche CNRS, IJL, Université de Lorraine
> Direction de thèse :
- Sébastien CAHEN, Directeur de thèse, Maître de conférences, IJL, Université de Lorraine
- Lucie SPEYER, Co-directrice de thèse, Maître de conférences, IJL, Université de Lorraine