A une époque où les technologies nouvelles fleurissent chaque jour, un domaine particulier se détache : l’électronique organique. Par son utilité et sa facilité de mise en œuvre, l’électronique organique affiche de grandes promesses pour l’avenir. Dans le but d’améliorer le procédé de fabrication et la durée de vie de ces dispositifs, le travail de cette thèse s'est focalisé sur la synthèse de copolymères à architectures variées à base de poly(3-hexylthiophène) (P3HT). Après avoir exposé les problématiques et objectifs de la thèse dans une première partie, la synthèse de différents précurseurs P3HT est décrite. Ces matériaux représentent la base des travaux présentés dans cet ouvrage. Dans un premier temps, l'optimisation de la synthèse des copolymères à blocs rigide-flexible a été réalisée en suivant une stratégie adaptée pour une application en électronique organique. La conception de nouveaux matériaux semi-conducteurs à architectures ramifiées est traitée par la suite. Enfin, le dernier chapitre porte sur l'intégration d’un copolymère, le P3HT-b-Poly(4vinylpyridine), en cellule photovoltaïque organique en tant qu'additif de la couche active. Cette approche s’avère être particulièrement puissante, permettant notamment de diminuer le temps et le coût énergétique de la mise en œuvre de ces cellules en s’affranchissant d’une étape clé de la fabrication, le recuit. / At a time when new technologies emerge every day, a specific domain stands out: the organic electronic. Through its low cost processing or even its utility, the organic electronic constitutes a very promising future.In order to improve the fabrication process and the lifetime of the devices, the work of this thesis was focused on the synthesis of copolymers with various architectures based on poly(3-hexylthiophene) (P3HT). After a first part where main issues and objectives are presented, the synthesis of different P3HT-based precursors is described in a part which could be considered as the heart of these works. Starting with appropriated precursors, the optimization of rod-coil diblock copolymer synthesis was performed following a strategy designed specifically for organic electronic application. Moreover, the precursors were used for the conception of new semi-conducting materials with a variety of architectures, such as graft and star copolymers. Finally, the last part deals with the integration of the P3HT-b-Poly(4-vinylpyridine) copolymer into organic solar cell as an additive of the active layer. This approach turns out to be powerful, especially allowing decreasing the time and the energy cost by avoiding the key step of the fabrication process of those devices, the annealing step.

La chimie des thiols est un outil puissant et polyvalent pour la préparation de polymères et de matériaux fonctionnels. La fonction thiol est cependant incompatible avec la polymérisation radicalaire. Au cours de cette thèse, l'évaluation de fonctions thiocarbonyl et thioester en tant que groupements protecteurs de thiols lors de polymérisations radicalaires contrôlées a montré que le groupement xanthate, ou dithiocarbonate, est un excellent groupement protecteur. Des copolymères polythiol linéaires bien définis ont ainsi pu être synthétisés à partir d'un monomère méthacrylate portant une fonction xanthate. Les polythiols pouvant conduire à des réactions de réticulation via la formation de ponts disulfure, des séquences monotopes de déprotection par aminolyse et fonctionnalisation des polythiols via différentes réactions thiol-X ont ensuite été mises au point. Les monomères fonctionnels xanthate ont ensuite été mis à profit pour synthétiser des polymères branchés. L'aminolyse d'une partie des xanthates avant la polymérisation permet en effet d'obtenir des monomères thiol et ainsi d'introduire du transfert aux thiols lors de la polymérisation. Les polymères branchés fonctionnels obtenus présentent des viscosités plus faibles, ainsi qu'une structure plus compacte, que leurs analogues linéaires. / Thiol chemistry is a versatile and powerful tool for the preparation of functional polymers and materials. However, thiols are incompatible with radical polymerization. In this thesis, thiocarbonyl and thioester moieties were evaluated as thiol protecting groups for controlled radical polymerizations. The xanthate, or dithiocarbonate, moiety proved to be the best all-around protecting group, and well-defined polythiol copolymers were prepared from a methacrylate monomer carrying a xanthate moiety. As polythiol are prone to gel formation due to the formation of disulfide bridges, one-pot deprotection and functionalization were carried out via aminolysis and subsequent functionalization with different thiol-X reactions. The functional monomer carrying a xanthate group was then used to prepare branched polymers. Partial aminolysis of the xanthate moieties leads to monomers carrying a thiol group, which introduced transfer to thiol during the polymerization. The functional branched polymers obtained have lower viscosities and a more compact structure than their linear analogues.

Deux types de matériaux membranaires ont été développés pour la séparation du CO2. Les premiers associent un matériau polymère de référence (Pebax®) à de nouveaux additifs pseudopeptidiques bioconjugués. Ces bioconjugués pseudopeptide-polymère ont été obtenus par une stratégie de synthèse de type « grafting-to » à partir de pseudopeptides 1:1[α/α-Nα-Bn-hydrazino] dimère et tétramère fonctionnalisés par une fonction alcyne. La partie oligomérique poly(acrylate de diéthylène glycol) (PEDEGA) a été synthétisée de façon contrôlée par « Single Electron Transfer Living Radical Polymerization » (SET-LRP) à partir d’un amorceur azido fonctionnel permettant un couplage direct par chimie « click » CuAAC. L'influence de ces additifs sur les propriétés de sorption et de séparation du CO2 a été analysée en termes de relations propriétés-morphologie-structure. Ces additifs originaux ont permis d’augmenter les performances de séparation du CO2 de la membrane référence ; en améliorant de 46% la perméabilité au CO2, tout en maintenant de bonnes sélectivités αCO2/N2 = 44 et αCO2/CH4 = 13. Par ailleurs, deux familles de poly(uréthane-imide)s (PUIs) à architecture contrôlée ont été développées dans l'objectif d'obtenir des matériaux avec des proportions très élevées en unités oxyde d'éthylène tout en évitant leur cristallisation. Des PUIs multi-blocs linéaires ont été synthétisés par polycondensation avec différentes tailles de bloc souple polyéther Jeffamine, correspondant à des taux massiques de phase souple variant entre 40% et 70%. Afin d'augmenter encore la proportion de phase souple jusqu'à la valeur très élevée de 85%, des PUIs multi-blocs greffés ont ensuite obtenus par une stratégie de "grafting-to" à partir d'un précurseur PUI comportant des fonctions alcyne latérales et d'oligomères azido-PEDEGA de différentes masses molaires. L’évolution de leurs performances de séparation du CO2 a été corrélée à leur proportion de phase souple et morphologie et à leur capacité d’interaction avec le CO2. Au taux maximal de phase souple (85%), on obtient des performances élevées (PCO2 = 196 Barrer ; αCO2/N2 = 39 et αCO2/CH4 = 12). Ainsi, par rapport au PUI greffable précurseur, le greffage d'oligomères PEDEGA a permis de multiplier la perméabilité jusqu’à 17 fois en maintenant la valeur élevée de αCO2/N2 constante et avec une diminution de seulement 30% de αCO2/CH4. En permettant d'obtenir une proportion très élevée de phase souple non cristalline, la stratégie de greffage s'est donc révélée exceptionnellement efficace pour améliorer les performances des copolymères multi-blocs PUI pour la capture du CO2. / In this PhD thesis, two types of membrane materials were developed for CO2 separation. The first ones associate a reference polymer material (Pebax®) with new pseudopeptidic bioconjugates additives. These pseudopeptide-polymer bioconjugates were obtained by a "grafting-to" synthetical pathway from alkyne-functionalized 1:1[α/α-Nα-Bn-hydrazino] dimer and tetramer pseudopeptides. Poly(diethylene glycol acrylate) (PEDEGA) oligomeric part was synthesized under controlled conditions using Single Electron Transfer Living Radical Polymerization (SET-LRP) from an azido-functionalized initiator allowing direct coupling via CuAAC "click" chemistry. The influence of these additives on CO2 sorption and separation properties was analyzed in terms of properties-morphology-structure relationships. These original additives allowed to enhance CO2 separation performances of the reference membrane, increasing CO2 permeability by 46%, and maintaining good selectivities αCO2/N2 = 44 et αCO2/CH4 = 13. In another work, two families of poly(urethane-imide)s (PUIs) with controlled architecture were developed for obtaining membrane materials with high content in ethylene-oxide units while avoiding their crystallization. Linear multi-blocks PUIs were first synthesized by polycondensation with different sizes of Jeffamine polyether soft block, corresponding to soft block contents varying from 40 to 70%wt. To further increase the soft phase content until a very high level (85%wt), grafted multi-blocks PUIs were obtained by a "grafting-to" strategy from an alkyne-functionalized precursor PUI and azido-PEDEGA oligomers with different molar weights. The evolution of their CO2 separation performances were correlated to their soft phase content, morphology and CO2 sorption ability. For the maximum soft phase content (85%wt), high performances were obtained for CO2 separation (PCO2 = 196 Barrer ; αCO2/N2 = 39 et αCO2/CH4 = 12). Compared to the precursor PUI, the grafting strategy allowed to increase CO2 permeability 17-fold. At the same time, the good selectivity αCO2/N2 was maintained with a slight decrease (-30%) of the selectivity αCO2/CH4. By allowing very high non-crystalline soft phase contents, the grafting strategy was exceptionally efficient in improving multi-block copolymer performances for CO2 capture

L'accès à de nouvelles techniques de synthèse simples permettant l'obtention d'architectures macromoléculaires complexes et bien définies demeure un enjeu permanent. Les réactions de couplage dites " click " permettent de relever en parti ce défi et dans cette catégorie, les γ-thiolactones sont apparues comme un nouvel outil important. Dans ce contexte, nous avons développé un nouveau procédé de synthèse de mono- et bis(γ-thiolactones) fonctionnelles basé sur la chimie radicalaire des xanthates, permettant l'accès à une bibliothèque de thiolactones porteuses de groupements fonctionnels divers. La réactivité de ces molécules a été testée au travers de la réaction amine-thiol-ène avec la fonctionnalisation d'extrémités de chaînes polymères et la polymérisation par étapes. Un exemple d'utilisation de ces polymères est présenté avec la stabilisation de nanoparticule de gadolinium en milieu aqueux. Enfin, une série de thiolactones portant des groupements susceptibles de jouer le rôle d'amorceurs et d'agents de contrôle en polymérisation radicalaire par désactivation réversible ont permis l'obtention de polymères fonctionnalisés thiolactone en bout de chaîne. Ces polymères ont par la suite été utilisés dans des réactions de modifications post-polymérisation permettant l'incorporation de groupements possédant des propriétés de fluorescences par exemple. / The development of simple synthetic protocols allowing the construction of complex and well-defined macromolecular architectures remains an ongoing challenge. The so-called "click" coupling reactions make it partially possible. Among these reactions, the use of γ-thiolactones has emerged as a new important tool. In this context, we have developed a new procedure for the synthesis of functional mono- and bis(γ-thiolactones) based on the radical chemistry of xanthates, allowing access to a library of thiolactones bearing various groups. The reactivity of these molecules was tested with the amine-thiol-ene conjugation for the functionalization of polymer chain-ends and step-growth polymerization. An application of these functionalized polymers was presented with the stabilization of gadolinium nanoparticles in water. Finally, a series of thiolactone-functional initiators or control agents for reversible-deactivation radical polymerization techniques allowed us to obtain thiolactone-terminated polymers. These polymers were then used for post-polymerization modification reactions with the incorporation of a new fluorescent group for example.