Ce travail concerne l'étude des modifications de nanocharges lamellaires synthétiques (α-ZrP) et de leur influence sur les propriétés mécaniques et barrière aux gaz de nanocomposites à matrice élastomère (SBR). Cette étude s'inscrit dans le cadre de l'amélioration de l'étanchéité des pneumatiques. L'une des originalités de ce travail a résidé dans l'introduction des nanocharges hydrophiles par le biais d'une dispersion aqueuse (slurry), dans la matrice SBR hydrophobe. La première phase de ce travail a consisté à entreprendre plusieurs types de modification des nanocharges afin d'étudier les mécanismes d'intercalation et/ou d'exfoliation des ces dernières dans le slurry. Ces différentes familles de charges modifiées ont été utilisées pour réaliser des nanocomposites selon différentes voies de mise en oeuvre : principalement solvant et latex. Nous avons ensuite étudié l'influence, (i) de la nature des intercalants, (ii) des distances interfoliaires initiales des nanocharges et (iii) des procédés de mise en oeuvre des nanocomposites, sur la morphologie et les propriétés finales des matériaux. Cette étude a montré la synergie de ces trois paramètres et mis en évidence l'importance du contrôle des interactions charges modifiées/matrice sur les propriétés de transport de gaz. Parmi l'ensemble des matériaux synthétisés, nous avons pu mettre en avant une formulation, permettant d'atteindre des propriétés mécaniques et barrière intéressantes. Cette formulation, en voie latex, est basée sur l'utilisation de la charge modifiée aminosilane et de l'agent de couplage Si69

Dans ce travail de thèse nous décrirons tout d'abord la synthèse de nouveaux composés terpénoïdes par télomérisation de l'éthanolamine avec l'isoprène. Ensuite nous présentons l'utilisation de cette méthode pour la fonctionnalisation des poly-carbohydrates non alimentaires comme le chitosane et une hémicellulose (la gomme de guar) dans l'eau. Avec les substrats bifonctionnels (éthanolamine, chitosane), la réaction de télomérisation des diènes peut avoir lieu avec l'amine ou l'alcool pour conduire à la formation d'éthers ou d'alkylamines fonctionnalisés à longue chaine carbonée. Cette réaction est catalysée par des complexes de palladium-phosphine formés in-situ et est réalisée en présence ou en absence d'une base dans différents solvants (Eau, MeOH, i-PrOH, Eau/iPrOH), y compris en milieu biphasique.L'influence des paramètres réactionnels tels que l'effet du solvant, du précurseur de palladium, de la charge en catalyseur, du rapport Ligand/Palladium, de la nature des ligands phosphines, de la température et du temps réactionnel, de la quantité de diène et de la quantité de la base, a été étudiée. L'activité et la sélectivité de la réaction ont été déterminées en réalisant des analyses de chromatographie gazeuse GC (pour les terpénoïdes), des analyses RMN 1D et 2D (pour les terpénoïdes et les polysaccharides modifiées). Ceci a permis la détermination des conversions, ainsi que des degrés de substitution (DS) des polysaccharides modifiés. Des analyses élémentaires {C, H, N} ont été réalisées pour valider les structures et la pureté des produits obtenus. La stabilité thermique des télomères des carbohydrates (chitosane et gomme de guar) a été étudiée par analyse thermogravimétrique (ATG).Avec l'éthanolamine, le rendement total en terpénoïdes varie de 31% à 81 %, distribués entre des monotélomères (50-80%) et des ditélomères (20-50%). Pour les polysaccharides, des degrés de substitution compris entre 0.03 et 0.61 (DS =0.61 dans l'eau) pour les alkyl-chitosane et 0.01 et 0.31 (dans l'eau) pour la gomme de guar modifiée sont obtenus / In this thesis, we will first describe the synthesis of new terpenoid compounds by telomerization of isoprene with ethanolamine. Then we will present the usage of this method for the functionalization of non-food related poly-carbohydrates such as the hemicellulose (guar gum) and the chitosan in water.With the bifunctional substrates (ethanolamine, chitosan), the reaction of telomerization of the dienes can take place between the amine or the alcohol in order to lead either to the formation of the ethers or to the formation of the functionalized alkylamines with a long carbon chain. This reaction is catalyzed by palladium-phosphine complexes formed in situ, and realized in the presence or in the absence of a base in different solvents (water, MeOH, i-PrOH, water/iPrOH), and in biphasic medium.The influence of reactional parameters such as the effect of the solvent, that of the precursor of palladium, that of the catalyst charge, that of the Ligand/Palladium ratio, that of the nature of the phosphines ligands, that of the temperature and the reaction time, as well as the effect of the quantity of diene and of the base were studied.The activity and the selectivity of the reaction were determined using the gas chromatography analysis (for the terpenoids), and 1D & 2D RMN analyses (for the terpenoids and modified polysaccharides). This allowed us to determine the conversions and the degree of substitution of the modified polysaccharides. Elementary analysis (C, H, N) were also performed to validate the structures and the purity of the products obtained. The thermal stability of the carbohydrates telomeres (chitosan and guar gum) was studied by thermogravimetric analysis.With the ethanolamine, the total yield in terpenoids varied between 31% and 81% and was distributed between monotelomers (50-80%) and ditelomers (20-50%).For the polysaccharides, the degree of substitution obtained varied between 0.03 and 0.61 (DS=0.61 in water) for the alkyl-chitosan and between 0.01 and 0.31 (in water) for the modified guar gum

Ce travail porte sur la préparation et la caractérisation de catalyseurs bimétalliques Cu-Zn, Ni-Zn et Fe-Zn supportés sur TiO2 avec des rapports atomiques variables et sur l'étude de leurs propriétés catalytiques pour l'hydrogénation sélective d'hydrocarbures polyinsaturés. Les méthodes de co-dépôt-précipitation à l'urée (DPu) et co-dépôt-précipitation à pH fixe (DP8) ont été utilisées pour la préparation des matériaux. Les ions métalliques se déposent séquentiellement sur la surface de TiO2 (selon la séquence CuII < ZnII ?FeII <NiII) durant la méthode DPu, alors qu'ils se déposent simultanément en utilisant la méthode DP8. Après réduction de l'échantillon à une température appropriée (350°C pour Cu-Zn, 450°C pour Ni-Zn et 500°C pour Fe-Zn), les analyses par DRX et STEM-HAADF couplé à EDS ont montré que des nanoparticules bimétalliques étaient formées pour les systèmes Cu-Zn/TiO2 (alliage Cu3Zn1 ou Cu0.9Zn0.1) et Ni-Zn/TiO2 (alliage Ni1Zn1 ou Ni4Zn1) avec une taille moyenne de particule inférieure à 5 nm. Seul du fer métallique a été détecté par DRX dans le cas de Fe-Zn/TiO2. Zn est inactif pour l'hydrogénation sélective du butadiène et agit comme un modificateur des catalyseurs monométalliques dont l'activité suit la séquence: Cu < Fe < Ni. L'ajout de Zn diminue légèrement l'activité, influence la sélectivité en butènes, mais augmente fortement la stabilité des catalyseurs. Cette plus grande stabilité des catalyseurs bimétalliques a été attribuée à la formation d'une quantité inférieure de dépôt carboné pendant la réaction, ceci résultant de la modification de la taille des ensembles de surface du métal actif par alliage avec Zn. / This work investigates the preparation and characterization of titania-supported non-noble bimetallic Cu-Zn, Ni-Zn and Fe-Zn catalysts with various atomic ratios and their catalytic properties for the selective hydrogenation of polyunsaturated hydrocarbons. Co-deposition-precipitation with urea (DPu) and co-deposition-precipitation at fixed pH (DP8) methods were employed for the samples preparation. The metal ions were sequentially deposited onto the TiO2 surface (the sequence of pH for ions deposition being CuII < ZnII ≈FeII < NiII) during the DPu, while they were simultaneously deposited using DP8 method. After sample reduction at proper temperature (350 °C for Cu-Zn, 450 °C for Ni-Zn and 500 °C for Fe-Zn), XRD and STEM-HAADF coupled with EDS showed that bimetallic nanoparticles were formed in Cu-Zn/TiO2 (Cu3Zn1 or Cu0.9Zn0.1 alloy) and Ni-Zn systems (Ni1Zn1 or Ni4Zn1 alloy) with average particle size smaller than 5 nm. Only metallic Fe was detected by XRD in Fe-Zn/TiO2. Zn is inactive for butadiene selective hydrogenation, and acts as a modifier of the monometallic catalysts whose activity follows the sequence: Cu < Fe < Ni. The addition of Zn slightly decreases the activity and influences the selectivity to butenes, but provides much more stable catalysts. The higher stability of the bimetallic catalysts was ascribed to the formation of lower amount of carbonaceous species during the reaction, resulting from the change in the size of the active metal surface ensembles by alloying with Zn.

L’hydrogénation sélective d’hydrocarbures polyinsaturés présente un fort intérêt pour l’industrie pétrolière. Cette réaction est catalysée par des particules métalliques ou des alliages et a lieu sous pression d’hydrogène. Dans ce travail nous étudions la réaction d’hydrogénation sélective du butadiène en 1-butene en présence des catalyseurs Pt(111) et Sn/Pt-Pt(111). Cette étude a été menée à l’aide du programme VASP (Vienna Abinitio Simulation Package) qui permet de simuler des systèmes solides et surfaciques dans le cadre de la théorie de la fonctionnelle de la densité (DFT). Le choix des catalyseurs a été dicté par les communautés expérimentale et industrielle qui utilisent le plus souvent le platine car très actif, ou des alliages de platine-étain, moins actifs mais beaucoup plus sélectifs. L’hydrogénation du butadiène a déjà été étudiée par le passé mais uniquement à T=0 K et sans prendre en compte les conditions réelles de pression des réactifs. Notre but étant de comprendre les pas élémentaires de cette réaction, nous avons choisi de l’étudier à des conditions de T et de P proches de celles utilisées expérimentalement, c’est-à-dire 300-400 K et 1-10 bar. A cette fin, nous avons mis en place un modèle thermodynamique pour évaluer, dans un premier temps, la composition de la surface lors de la réaction. Il est alors apparu que la configuration de surface la plus stable correspond à une couverture de une monocouche d’hydrogène ce qui suggère un mécanisme de type Eley-Rideal. Puis nous avons étudié l’aspect cinétique ce cette réaction et calculé les chemins réactionnels pour différents recouvrements en hydrogène. Nous avons conclu qu’il existe une forte compétitivité entre le mécanisme pressenti, appelé Langmuir-Hinshelwood et impliquant des espèces fortement adsorbées, et le mécanisme Eley-Rideal proposant une adsorption faible de l’un des réactifs. Les calculs ont été effectués avec les fonctionnelles PBE et optPBE pour apporter un point de comparaison des méthodes. / Petroleum industry has a strong interest in the selective hydrogenation of polyunsaturated hydrocarbons. This reaction is catalyzed by metallic particles or alloys and happens under pressure of hydrogen. In this work, we study the selective hydrogenation of butadiene into 1-butene, on two model catalysts which are Pt(111) and Sn/Pt-Pt(111). For this, we used the VASP code (Vienna Abinitio Simulation Package) that allows to perform periodic calculations in the framework of the Density Functional Theory (DFT). The choice of the catalysts was driven by the experimental and industrial communities who mostly use platinum because of its high activity, or alloys such as tin-platinum alloy, less active but more selective. Butadiene hydrogenation was already modeled in the past but only at T=0 K and without taking into account the real pressure conditions of the reactants. Our aim is to understand the impact of the reaction conditions which is why we ran this study at T and P conditions close to the one used experimentally, e.g. 300-400 K et 1-10 bar. For this, we setup a thermodynamic model to evaluate in a first step the surface composition when the reaction occurs. It came out that the most stable surface configuration corresponds to a coverage of 1 ML of hydrogen which suggests an Eley-Rideal type mechanism. Then we studied the kinetic aspect of this reaction and we calculated the hydrogenation pathways for different coverages of hydrogen. We concluded that there is a strong competition between the sensed mechanism, called Langmuir-Hinshelwood mechanism and implying strongly adsorbed species, and the Eley-Rideal mechanism, proposing a weak adsorption of one of the two reactants.

L’or, habituellement considéré comme catalytiquement inactif, fait preuve d’une activité étonnante pour diverses réactions d’oxydation pourvu qu’il soit supporté sur un oxyde approprié. Ces dix dernières années, des méthodes de synthèse par dissolution sélective du composé le moins noble d’un alliage métallique (dealloying) ont permis l’obtention de catalyseurs d’or nanoporeux. Ces catalyseurs font preuve d’une très forte activité catalytique vis-à-vis de la réaction d’oxydation du monoxyde de carbone. Cependant, des études plus récentes semblent montrer que cette activité est due aux impuretés présentes dans les catalyseurs, qui sont imputables aux limitations de la méthode de synthèse utilisée. Dans cette étude, un catalyseur nanoporeux d’or pur a été obtenu par oxydation spontanée d’un alliage AuZr à température ambiante puis dissolution sélective totale de ZrO2 dans HF. Ce catalyseur démontre des caractéristiques structurales et morphologiques similaires à celles des échantillons obtenus par dealloying. Leur évaluation catalytique a été réalisée par réaction d’oxydation du CO et en PrOx : les résultats montrent que l’or pur nanoporeux n’est pas catalytiquement actif. La préparation de catalyseurs AgAu selon la même méthode a permis l’obtention de catalyseurs de différentes teneurs en argent, proches des résidus obtenus par dealloying. L’impact de la présence de l’impureté d’argent sur la catalyse est avéré : elle permet d’exacerber l’activité de l’or à température ambiante par synergie des deux éléments. Cependant, l’effet promoteur de l’hydrogène disparaît en PrOx et l’impact de la concentration d’argent est faible lors de l’oxydation du CO. Une étude exploratoire sur les nanomousses NiPd a été menée en parallèle. Le palladium, qui présente le meilleur compromis activité/sélectivité pour les hydrogénations sélectives, voit son activité exacerbée lorsqu’il est déposé à la surface d’un monocristal de Nickel. Cet effet n’existe pas pour des nanoparticules Pd/Ni supportées. Un catalyseur NiPd a donc été préparé dans cette étude selon la méthode des nickels de Raney® afin de combiner les propriétés des monocristaux et des nanoparticules / Gold, generally considered as catalytically inactive, demonstrates a surprising activity toward several oxidation reactions when supported on a proper oxide. New synthesis ways have been developed for ten years to obtain nanoporous gold catalysts based on selective dissolution of the less noble component of a metallic alloy (dealloying). These catalysts exhibit very high activity towards the carbon monoxide oxidation reaction. However recent studies seem to reveal that this activity could be due to impurities inherent to dealloying. In this study a very pure nanoporous catalyst was obtained by spontaneous oxidation of a AuZr alloy at room temperature; a total selective dissolution of ZrO2 was then carried out in HF. Its structural and morphological characteristics proved to be similar to the dealloyed catalysts ones. The evaluation of its catalytic properties by CO oxidation showed that pure nanoporous gold was not catalytically active. Besides bimetallic AgAu catalysts were prepared following the same preparation method with three silver concentrations chosen close to the residual impurities concentrations obtained by dealloying. Their catalytic properties proved to be impacted by silver impurities: gold activity was emphasized at room temperature by synergy between the two elements. However, the promotional effect of hydrogen disappeared in PrOx and the role of silver concentration was low for CO oxidation. In parallel an exploratory study was carried out on NiPd nanofoams. The catalysts were prepared following the Raney® nickel method to improve the palladium activity towards the selective hydrogenation reaction. The results showed a slight increase of the catalytic activity

Le sujet de cette thèse concerne l’élaboration de copolymères greffés possédant un squelette poly(1,4-butadiène) et une haute densité de greffons polaires. La synthèse de copolymères à squelette strictement poly(1,4-butadiène) et possédant une haute densité de greffons selon un enchaînement strictement tête-à-tête a été réalisée par polymérisation par ouverture de cycle par métathèse (ROMP) de monomères cyclobutène 3,4-disubstitués. Le choix des greffons polaires s’est porté sur des poly(Ɛ-caprolactone)s (PCL) et des poly(L-lactide)s (PLLA) obtenus par polymérisation par ouverture de cycle (ROP). Ces polyesters aliphatiques qui présentent une biocompatibilité élevée et une (bio)dégradation rapide, sont utilisés dans de nombreuses applications biomédicales. De plus, les copolymères greffés à greffons polyester peuvent donner accès à des nanomatériaux poreux suite à leur organisation en solution ou à l’état solide, suivie de l’hydrolyse des chaînes polyester.Les copolymères greffés poly(1,4-butadiène)-g-polyester ont été synthétisés selon les stratégies grafting through et grafting from, à partir d’inimers (initiator-monomer) cyclobutène portant une ou deux fonctionalités alcool, capable d’amorcer la ROP du L-lactide ou de l’ Ɛ-caprolactone. La stratégie grafting through a, dans un premier temps, été étudiée. Des macromonomères polyester de type PCL ou PLLA ont été synthétisés. La ROMP de ces macromonomères a conduit à des copolymères greffés poly(1,4-butadiène)-g-polyesters en forme d’étoile de structure définie et dont la densité des greffons est parfaitement contrôlée. La stratégie grafting from a, quant-à-elle, permis d’accéder à des copolymères greffés en forme de peigne. L’organisation des architectures macromoléculaires obtenues a été visualisée par microscopie à force atomique (AFM) et microscopie électronique à transmission (TEM). / The objective of this work was the preparation of graft copolymers with a poly(1,4-butadiene) backbone and a high density of polar grafts. We used a consecutive Ring-Opening Metathesis Polymerization (ROMP)/Ring-Opening Polymerization (ROP) route to prepare poly(1,4-butadiene)-g-polyesters from cyclobutenyl macromonomers bearing one or two polyester segment(s) derived from L-lactide (L-LA) or Ɛ-caprolactone (Ɛ-CL). Poly(L-lactide)s (PLLA) or poly(Ɛ-caprolactone)s (PCL) are important polymers as they are easily (bio)degradable and have tremendous applications as engineering plastics and within the biomedical field. An attractive feature of polyester-grafted copolymers is their potential to act as building blocks for nanomaterials synthesis thanks to the hydrolytically degradable polyester grafts. Cyclobutenyl polyester macromonomers bearing one and two PCL or PLLA arms have been successfully prepared by organocatalyzed ROP of Ɛ-CL or L-LA from a cyclobutenyl alcohol acting as an initiator. Subsequent "grafting through" by ROMP using Grubbs’ second generation catalyst afforded poybutadiene brushes featuring pendant polyester (PLLA or PCL) side-chains. This efficient ROP/ROMP two-step approach has thus allowed the synthesis of well-defined poly(1,4-butadiene)-g-polyester copolymers. The synthesis of graft copolymers via the grafting from approach by ROMP and ROP was also studied. ROMP of 3,4-disubstituted cyclobutenes containing one and two initiating hydroxyl sites for ROP was first investigated with ruthenium initiators. The resulting well-defined poly(1,4-butadiene)s were then used as macroinitiators for the ROP of L-LA or Ɛ-CL. After the ROP, brush copolymers with high molecular weight have been obtained and characterized by microscopy.

Ce travail concerne l'étude des modifications de nanocharges lamellaires synthétiques (α-ZrP) et de leur influence sur les propriétés mécaniques et barrière aux gaz de nanocomposites à matrice élastomère (SBR). Cette étude s'inscrit dans le cadre de l'amélioration de l'étanchéité des pneumatiques. L'une des originalités de ce travail a résidé dans l'introduction des nanocharges hydrophiles par le biais d'une dispersion aqueuse (slurry), dans la matrice SBR hydrophobe. La première phase de ce travail a consisté à entreprendre plusieurs types de modification des nanocharges afin d'étudier les mécanismes d'intercalation et/ou d'exfoliation des ces dernières dans le slurry. Ces différentes familles de charges modifiées ont été utilisées pour réaliser des nanocomposites selon différentes voies de mise en oeuvre : principalement solvant et latex. Nous avons ensuite étudié l'influence, (i) de la nature des intercalants, (ii) des distances interfoliaires initiales des nanocharges et (iii) des procédés de mise en oeuvre des nanocomposites, sur la morphologie et les propriétés finales des matériaux. Cette étude a montré la synergie de ces trois paramètres et mis en évidence l'importance du contrôle des interactions charges modifiées/matrice sur les propriétés de transport de gaz. Parmi l'ensemble des matériaux synthétisés, nous avons pu mettre en avant une formulation, permettant d'atteindre des propriétés mécaniques et barrière intéressantes. Cette formulation, en voie latex, est basée sur l'utilisation de la charge modifiée aminosilane et de l'agent de couplage Si69 / This work concerns the study of the modification of synthetic lamellar nanofillers (α-ZrP) and their influence on mechanical and gas barrier properties of elastomeric nanocomposites (SBR). This study is part of improving the tire tightness. One of the originalities of this work is the introduction of hydrophilic nanofillers through an aqueous dispersion (slurry) in the hydrophobic SBR matrix. The first step of this work was to undertake several types of nanofiller modifications state in order to study their intercalation/exfoliation mechanisms in a slurry. These different families of modified fillers were then used to make nanocomposites with different ways of implementations: mainly solvent and latex ones. The influence of, (i) the nature of the intercalating agent, (ii) the initial nanofiller interlayer distance and (iii) the nanocomposite implementation processes, on the morphology and final properties of materials were studied. The synergy of these three parameters was demonstrated and the importance of controlling the modified filler/matrix interactions on the gas transport and mechanical properties was also proved. Among all the synthesized materials, a formulation was put forward which allowed to achieve interesting mechanical and barrier properties. This formulation, processed by the latex route, is based on the use of aminosilane modified nanofillers and the Si69 coupling agent