Site institutionnel du Laboratoire Ampère - CNRS UMR5005

Layal ABDALLAH soutiendra sa thèse le 13/05/2026 à 09h00.
Lieu : Amphi 203, bâtiment W1 de l’École Centrale de Lyon à Ecully

Jury :
Rapporteuses :
 Sophie Tingry, DR2 CNRS, Institut Européen des Membranes, ENSCM, Université de Montpellier
 Elsa Weiss-Hortala, MCF, HDR, IMT Mines Albi, UMR CNRS 5302, Université de Toulouse

Examinatrices :
 Hafsa Korri-Youssoufi, Directrice de recherche, ICMMO, UMR-CNRS-8182, Université Paris-Saclay, CNRS (Présidente du jury)
 Valerie Stambouli-Sene, Chargée de Recherche CNRS, Laboratoire des Matériaux et du Génie Physique, INP, UGA

Encadrement :
 Christian Vollaire, Pr, Laboratoire Ampère, Centrale Lyon (Directeur de thèse)
 Naoufel Haddour, MCF, Laboratoire Ampère, Centrale Lyon (co-encadrant)
 Chantal Gondran, Pr, Département de Chimie Moléculaire de Grenoble, UGA (co-encadrante)

Résumé : la transition énergétique repose sur le développement massif des énergies renouvelables, telles que l’énergie éolienne et l’énergie solaire, afin de réduire la dépendance aux ressources fossiles et limiter leurs impacts environnementaux. Cependant, l’intermittence de ces sources alternatives rend nécessaire la mise en place de solutions de stockage durables, capables de réguler la production et la consommation d’énergie et de gérer les fluctuations rapides de puissance. Dans ce contexte, les condensateurs électrolytiques à double couche (EDLC) occupent une place particulière parmi les technologies de stockage électrochimique. Bien qu’ils ne soient pas adaptés au stockage de longue durée en raison de leur densité énergétique limitée, les EDLC se distinguent par une densité de puissance élevée, des temps de réponse très courts et une excellente stabilité cyclique. Ces propriétés en font des dispositifs particulièrement adaptés à la stabilisation des systèmes énergétiques et à la gestion des fluctuations rapides de charge, en complément d’autres technologies de stockage à plus forte densité énergétique. Les performances des EDLC dépendent fortement de la nature des électrodes, généralement constituées d’un matériau actif, d’un additif conducteur et d’un liant, souvent à base de polymères fluorés. Or, les matériaux conventionnels, tels que le graphène et les nanotubes de carbones, sont majoritairement issus de ressources fossiles et nécessitent des procédés de fabrication coûteux et énergivores. Il devient donc essentiel de développer des alternatives plus durables, tout en conservant de bonnes performances électrochimiques.
Dans ce contexte, cette thèse s’intéresse au développement et à l’optimisation d’électrodes biosourcées conductrices pour les EDLC. L’étude se concentre particulièrement sur l’utilisation du biochar comme alternative aux matériaux actifs conventionnels des électrodes. Issu de la pyrolyse de la biomasse, le biochar est un matériau carboné présentant de nombreux avantages : ressource renouvelable et abondante, coût de production relativement faible, teneur élevée en carbone et surface spécifique élevée avec une porosité modulable. De plus, ses propriétés structurales, physico-chimiques et électriques peuvent être ajustées par le contrôle des conditions de synthèse et par des méthodes de modifications physiques ou chimiques, ce qui le rend particulièrement adapté à la fabrication de matériaux d’électrodes performants pour les supercondensateurs.
Les travaux de cette thèse s’articulent autour de trois axes principaux. Le premier axe porte sur l’influence de la température de pyrolyse de la biomasse sur les propriétés structurales, physico-chimiques et électriques des biochars issus de bois de cèdre, ainsi que leurs performances électrochimiques en tant que matériaux d’électrodes. Les biochars obtenus à des températures de pyrolyse entre 800 et 1100 °C ont été caractérisés par des méthodes d’analyse structurale (MEB, BET), physico-chimique (FTIR, Raman, angle de contact) et électrique (4 pointes) ainsi qu’électrochimique (CV, EIS et tests galvanostatiques). Dans le cadre de cette étude, un liant biosourcé à base de chitosane a été testé comme alternative aux liants fluorés conventionnels, dans le but de de réduire l’impact environnemental des électrodes. Le second axe vise à explorer des biochars dérivés de différentes biomasses (marc de café, bois de cèdre, bambou et paille de blé). Différentes méthodes de traitements chimiques, telles que l’activation à l’acide nitrique et l’imprégnation au nitrate de fer, ont été appliquées afin d’étudier l’impact de la nature de la biomasse et des traitements sur les propriétés des biochars produits et leurs performances électrochimiques. Enfin, le dernier axe concerne la valorisation de déchets textiles à base de coton pour l’élaboration d’électrodes structurées et autoportées, sans la nécessité d’ajout de liants fluorés. Cette approche permet à la fois de simplifier le procédé de fabrication, d’améliorer la durabilité des électrodes et de valoriser un gisement de déchets encore peu exploité. Les biochars issus de textiles conservent une morphologie fibreuse après pyrolyse, facilitant leur intégration directe comme électrodes dans des dispositifs de supercondensateurs.

Mots-clés : Biomasse, biochar, température de pyrolyse, propriétés structurales et physico-chimiques, modification pré-pyrolytique, matériaux d’électrodes, liants biosourcés, électrodes autoportées, EDLC.