Les polyesters aliphatiques dégradables tels que la poly(e-caprolactone) (PCL), le poly(glycolide) (PGA) ou le poly(lactide) (PLA) présentent de nombreuses applications dans le domaine biomédical. Lors de leur utilisation comme implant, le contrôle des propriétés de surface des polyesters est d'un intérêt considérable. En effet, les interactions avec le milieu vivant ont lieu aux interfaces. Ce travail de thèse vise donc le développement d'une méthode simple et généralisable de couplage de petites molécules, macromolécules et biomolécules sur des surfaces de PLA, en évitant sa dégradation. Cette méthode est basée sur une stratégie en deux étapes, initialement développée en solution sur la PCL et comprenant une activation anionique dans des conditions spécifiques, suivie de la fonctionnalisation par un groupe propargyle afin d'obtenir une surface de PLA « clickable ». Cette méthodologie a ensuite été utilisée pour synthétiser des surfaces de PLA (bio)actives anti-bactériennes et visibles en IRM. Les stratégies ont été initialement développées et optimisées en milieu homogène avec la PCL. Ensuite, les surfaces de PLA ont été modifiées, en milieu hétérogène, par CUAAC de poly(ammonium quaternaire)s fonctionnalisés azoture et d'un complexe de gadolinium fonctionnalisé azoture. / Biodegradable aliphatic polyesters such as poly(e-caprolactone) (PCL), poly(glycolide) (PGA) or poly(lactide) (PLA) are widely used in biomedical applications. When employed as an implantable material, the control of the surface properties of polyesters is of great interest because biochemical reactions occur on the surface or at interfaces. This work proposes a simple and versatile method to immobilize simple molecules, macromolecules, and biomolecules on PLA surfaces while preventing polymer degradation. The method is based on a one-pot, two-step procedure, first developed in solution with PCL and comprises an anionic activation under selected conditions followed by propargylation to form a ¡°clickable¡± PLA surface. This methodology is then employed to generate bioactive surfaces, namely antibacterial PLA surfaces and MRI-visible PLA surfaces. In a first place, chemical strategies are developed and optimized in homogeneous systems using PCL. Subsequently, PLA surfaces are modified, under heterogeneous conditions, by grafting of well-defined ¦Á-azido-functionalized poly(quaternary ammonium)s and an ¦Á-azido-functionalized complex of gadolinium to the propargylated PLA surface using "click" chemistry.

Ce travail de thèse a été conduit dans le but d’élaborer des papiers résistants à l’eau liquide et ayant des propriétés antifongiques, ce par utilisation de composés biosourcés. Deux approches ont été proposées : soit une modification en surface par enduction, soit une modification des fibres de cellulose. Dans le cas de la modification en surface, deux formulations d’enductions ont été étudiées. La première, composée de chitosane et de carbonate de calcium précipité (PCC) modifié, a été utilisée pour limiter le développement de moisissures et améliorer la résistance des papiers à l’eau. La formulation incorporant 20 % de PCC modifié a montré un retard de croissance significatif de la souche fongique sélectionnée en tant que souche cible. La seconde formulation, destinée à améliorer la résistance à l’eau des papiers, par enduction d'un latex prévulcanisé d’hévéa, a montré de très bons résultats, conduisant à une réduction de près de 95 % de l’absorption d’eau liquide. Toutefois, une perte d’opacité des papiers a été observée après pénétration de l’eau dans le matériau. Par conséquent, une seconde approche a été proposée, basée sur la modification physico-chimique des fibres de cellulose. Un procédé d’hybridation a été utilisé, permettant l’adsorption d’acide stéarique sur le PCC synthétisé in situ à la surface des fibres de cellulose. Un compromis entre la rétention des charges, la résistance à l’eau et les propriétés mécaniques a pu être proposé. Après détermination des conditions optimales de mise à l’échelle industrielle du procédé d’hybridation, un essai industriel a pu être réalisé et a conduit à des résultats prometteurs. / The present work investigates the creation of water-resistant and antifungal papers by using biobased compounds. Two approaches were developed: A surface modification by coating or a cellulose fibre modification. For the coating approach, two formulations were studied. The first one, consisting in chitosan and modified precipitated calcium carbonate (PCC) was mainly used to limit the development of molds while improving paper water resistance. The formulation incorporating 20 % of modified PCC showed a significant increase of the lag phase of the target fungal strain. The second coating formulation, especially designed to improve papers water resistance by a coating layer of prevulcanized natural rubber latex, showed very positive results, leading to 95 % reduction of liquid water absorption but with a negative impact on the material opacity after water penetration. As a consequence, physico-chemical modification of cellulose fibre was investigated in a second approach. An hybridization process was used, leading to stearic acid adsorption on in situ PCC synthesized at the surface of cellulosic fibres. A compromise between fillers retention, water resistance and mechanical properties was found. After determination of optimal conditions carried out to an industrial scale up, an industrial pilot was performed and gave promising results.

Das Ziel der Arbeit „The Technological improvement of Portuguese pinewood by chemical modification” bestand darin, die Charakteristiken des Holzes der See-Kiefer (Pinus pinaster Ait.) und den Einfluss der chemischen Modifizierung hinsichtlich des Widerstandes gegen Meeresorganismen, sowie ihrer physikalischen und mechanischen Eigenschaften zu untersuchen. Vier Modifizierungstypen wurden getestet: 1,3-Dimethylol-4,5-dihydroxyethylen-Harnstoff (DMDHEU), N-Methylol-Melamine (MMF), Tetra-alkoxysilane (TEOS) und Wachs. Diese Arbeit besteht aus zwei Teilen: eine vorläufige und eine Haupt-Studie. In ersterer wurde eine Vielzahl von Materialeigenschaften untersucht - physikalische und mechanische Eigenschaften und ihre Wechselwirkungen. Besonderes Augenmerk wurde auf die Resistenz gegenüber Meeresorganismen gelegt, wobei die Rolle der Härte, der Form der Proben sowie der Toxizität der Chemikalien untersucht wurde. Im zweiten Teil der Arbeit wurde eine ausführliche Studie zum Thema Kriechen durchgeführt. Art und Grad der Modifizierung wurden in Abhängigkeit von der Belastung, von verschiedenen Umgebungsbedingungen und vom mechano-sorptiven Effekt evaluiert. Obwohl die Steifigkeit nicht signifikant verschieden war, traten Unterschiede in den anderen Eigenschaften auf. Einerseits waren die Anti-Quellungs-Effizienz und Steifigkeit-Stabilisierung erhöht. Andererseits waren die Bruchschlagarbeit und die Gleichgewichtsfeuchte signifikant durch Zellwand-Modifizierung (DMDHEU und MMF-Harz) reduziert, wobei eine enge Wechselbeziehung zwischen letzteren Variablen beobachtet wurde. Unter hohem Belastungsgrad oder unter dem Einfluss des mechano-sorptiven Effekts war für das modifizierte Holz mit Zellwandreaktion (DMDHEU and MMF) das Ausmaß des Kriechens geringer als das des unmodifiziertem Holzes. Für beide Arten von Harz wurde das relative Kriechen deutlich verringert, trotz unterschiedlicher Veränderungen in der Ausgleichsfeuchte, Steifigkeit Stabilisierung und Festigkeit. Die Anti-Kriech-Effizienz zeigte eine enge Korrelation mit der Abnahme der Gleichgewichtsfeuchte, der Anti-Quell-Effizienz und der Steifigkeits-Stabilisationseffizienz. Die lumen-füllende Modifizierung mit TEOS-Lösung hatte weder einen Einfluss auf den Kriech-Faktor noch auf die Gleichgewichtsfeuchte und die Steifigkeits-Stabilisationseffizienz. Bei den Meerwasseruntersuchungen waren die wichtigsten Schlussfolgerungen, dass die Härte und die Form der Proben keinen Einfluss auf die Resistenz gegenüber einem Befall durch die Meerwasser-Bohrschädlinge (Limnoriden und Terediniden) haben. Lumen-füllende Modifizierungen (TEOS und Wachs) hatten keine Wirkung hinsichtlich der Resistenz gegen Meerwasser-Bohrschädlinge. Hölzer, die mit Kondensationsharzen (DMDHEU und MMF) modifiziert waren, waren von einem Befall mit Limnoriden nicht betroffen. Aber nur DMDHEU mit einem Minimum an Modifizierung war geeignet, um einen Befall durch Terediniden über eine Expositionsdauer von 3 Jahren zu verhindern. Die Verwendung von modifiziertem Holz als Baumaterial für nicht-tragende Bauteile wie Anwendungen in Feuchträumen, Wandfassaden oder Gartenmöbeln ist bekannt. Diese Untersuchung unterstützt die Ausweitung seiner Anwendung für tragende Bauteile, besonders wenn das Design durch die Möglichkeit von Deformation bestimmt wird, die seine Funktionsfähigkeit einschränkt. Deshalb müssen das Versprödungsverhalten, insbesondere bei der Zellwand-Modifizierung mit DMDHEU, und die Designmöglichkeiten für mechanische Verbindungen bestimmt werden, um die Anwendungsmöglichkeiten des modifizierten Holzes als tragende Komponente auszuweiten, bei denen oft der Grenzzustand der Tragfähigkeit das Design der strukturellen Komponenten bestimmt.

New derivatives of carbon nanostructures: nanotubes, nano-onions and nanocrystalline diamonds were obtained through fluorination and subsequent functionalization with sucrose. Chemically modified nanocarbons show high solubility in water, ethanol, DMF and can be used as biomaterials for medical applications. It was demonstrated that sucrose functionalized nanostructures can find applications in nanocomposites due to improved dispersion enabled by polyol functional groups. Additionally, pristine and chemically derivatized carbon nanotubes were studied as nanofillers in epoxy composites. Carbon nanotubes tailored with amino functionalities demonstrated better dispersion and crosslinking with epoxy polymer yielding improved tensile strength and elastic properties of nanocomposites. Reductive functionalization of nanocarbons, also known as Billups reaction, is a powerful method to yield nanomaterials with high degree of surface functionalization. In this method, nanocarbon salts prepared by treatment with lithium or sodium in liquid ammonia react readily with alkyl and aryl halides as well as bromo carboxylic acids. Functionalized materials are soluble in various organic or aqueous solvents. Water soluble nanodiamond derivatives were also synthesized by reductive functionalization of annealed nanodiamonds. Nanodiamond heat pretreatment was necessary to yield surface graphene layers and facilitate electron transfer from reducing agent to the surface of nanoparticles. Other carbon materials such as activated carbon and anthracite coal were also derivatized using reductive functionalization to yield water soluble activated carbon and partially soluble in organic solvents anthracite. It was shown that activated carbon can be effectively functionalized by Billups method. New derivatives of activated carbon can improve water treatment targeting specific impurities and bio active contaminants. It was demonstrated that functionalized carbon nanotubes are suitable for real time radiation measurements. Radiation sensor incorporating derivatized carbon nanotubes is lightweight and reusable. In summary, functionalization of carbon nanomaterials opens new avenues for processing and applications ranging from biomedicine to radiation sensing in space.