L‘objectif du présent travail est de démontrer la versatilité de méthodologie radiolytique et de l‘étendre à la synthèse de différents PCs dans l‘eau. Le poly(3,4-ethylènedioxythiophène), PEDOT, et le polypyrrole, PPy, ont ainsi été préparés avec succès et caractérisés en solution aqueuse, ou après dépôt sur substrat, par des techniques spectroscopiques et microscopiques. La stabilité thermique et la conductivité électrique de ces matériaux radio synthétisés ont été étudiées et comparées aux propriétés des PCs produits par les méthodologies traditionnelles. Nous avons étudié l‘influence de la nature des espèces radiolytiques oxydantes, de la force ionique du milieu, du pH de la solution et de la présence de surfactants, sur le mécanisme de croissance des PCs, sur le rendement de polymérisation, sur la morphologie des matériaux radio synthétisés ainsi que sur les propriétés optiques et électriques de ces derniers. Nous avons utilisé la radiolyse pour la synthèse de nano composites hybrides à base de PCs et de métaux de transition. Plusieurs voies de synthèse ont été développées : synthèse en une ou deux étapes, par oxydation ou réduction des monomères. La nouvelle stratégie de synthèse par radiolyse, qui est décrite dans ce manuscrit, ouvre la voie à la préparation de très nombreuses familles de PCs et de leurs composites, que ce soit en solution aqueuse ou dans des environnements alternatifs (en milieu organique, sur support, en milieu hétérogène), ce qui laisse augurer de nombreuses applications fort prometteuses / The aim of the present work is to demonstrate the versatility of the gamma (γ)-rays based radiolytic method and to extend our methodology to the synthesis of various conducting polymers (CPs) in water in different experimental conditions. Poly(3,4-ethylenedioxythiophene) (PEDOT) and polypyrrole (PPy) conjugated polymers were successfully prepared and characterized in solution and after deposition by complementary spectroscopic and microscopic techniques. Also their thermal stability and their electrical conductivity were studied and compared with those of CPs prepared by conventional methods. The influence of the nature of radiation-induced oxidizing radicals, of the ionic strength, of the medium, of the pH, of the presence of surfactant-based soft templates on the growth mechanism, on the efficiency of polymerization, on the morphology of the obtained CPs as well as on their absorption and conducting properties was checked. Also, the radiolytic method was extend to the synthesis of CPs/noble metal nanocomposites. Different preparation methodologies were developed based on two-step method and one-pot method, by using oxidation route or reduction route. Our new radiolytic strategy described and extended in this manuscript opens the way for the preparation of different kinds of CPs and CPs nanocomposites not only in aqueous solutions but also in various environments foreshadowing many promising applications..

Ce travail porte sur la formulation de nouveaux gels permettant de détecter visuellement par changement de couleur une contamination radioactive surfacique α ou γ. Un film mince de gel (< 1mm) est pulvérisé sur la paroi et est facilement récupéré après séchage. Des gels de gomme de xanthane transparents, viscoélastique et contenant des colorants radiosensibles ont été formulés. Des irradiations γ de colorants organiques et de complexe coloré Fer (II)- Xylénol orange dans des gels de silice et de xanthane ont été effectuées. Les mécanismes et les vitesses d'oxydation par radiolyse ont été précisés en fonction de la dose absorbée. Notamment, le xylénol orange et l'erioglaucine sont les deux colorants les plus radiosensibles. Le gel Fer (II)- Xylénol orange- Xanthane, noté FXX, a permis de révéler une tache contamination de 137Césium (émetteur γ d'activité0 = 20 KBq) au bout de 48 heures par oxydation du complexe coloré xylénol orange- Fe (II). Par ailleurs, ce même gel a permis de détecter une contamination surfacique de 239plutonium (émetteur α d'activité0 = 3720 Bq) au bout d'une journée.Pour la récupération après séchage, l'ajout de la silice dans le gel de xanthane a permis de mettre en évidence un résidu final qui délamine à faible concentration en silice ou qui fracture à une concentration élevée en silice. Enfin, l'ajout d'acide (> 2 M) a conduit à un séchage partiel du gel afin d'obtenir un film humide récupérable. / This work deals with the formulation of new gels to detect visually radioactive surface contamination α or γ by color changing. A thin gel film (<1mm) is sprayed onto the wall and is easily recovered after drying, Transparent, viscoelastic polymer xanthan gels and with radiosensitive dyes were selected.γ irradiation of organic dyes and colored complex Fe (II)- xylenol orange in silica and Xanthan gel were performed. Mechanisms and kinetics of oxidation by radiolysis were identified as a function of absorbed dose. The gel iron (II)-xylenol orange- Xanthane, noted FXX, revealed a spot of contamination by 137cesium (γ emitter of Activity0 = 20 KBq) after 48 hours by oxidation of the complex xylenol orange- ion (II). Moreover, the same gel detected a surface contamination by 239plutonium (transmitter Activity0 = 3720 Bq) after one day.For recovering after drying, the addition of silica to xanthan gel helped highlight a final dry residue delaminates at low concentration of silica or fracture at high silica concentration. However, the addition of acid (> 2 M) led to a partial drying of the gel giving a wet film recoverable.

La technologie supercondensateur a fait l'objet d'un grand intérêt ces dernières années. Cependant, tandis qu'une grande attention a été donnée aux électrodes, aux électrolytes et aux électrolytes de polymère gélifiée, peu d'études ont été centrées sur l'amélioration des séparateurs macroporeux. Dans le cadre du projet SEPBATT/DURAMAT, les séparateurs macroporeux à base de poly(fluorure de vinylidène) (PVdF) ont été préparés par inversion de phase, pour les supercondensateurs. Nos membranes présentent également une bonne stabilité thermique, en revanche leurs propriétés mécaniques sont significativement plus faibles que celles des membranes commerciales. De plus le séparateur PVdF de porosité 80% rempli par l'électrolyte à base d'AN atteint, à 25°C, 18mS/cm, tandis que dans les mêmes conditions mais avec le séparateur commercial en cellulose, la conductivité n'atteint que 10 mS/cm. Ce travail a été complété par l'étude de techniques de renforcement (addition de composites, réticulation par l'irradiation) appliquées aux membranes précédemment préparées, pour augmenter leur tenue mécanique. Ces membranes ont montré un renforcement des propriétés mécaniques sans nuire aux propriétés de conduction ionique (15 mS/cm).

La technologie supercondensateur a fait l'objet d'un grand intérêt ces dernières années. Cependant, tandis qu'une grande attention a été donnée aux électrodes, aux électrolytes et aux électrolytes de polymère gélifiée, peu d'études ont été centrées sur l'amélioration des séparateurs macroporeux. Dans le cadre du projet SEPBATT/DURAMAT, les séparateurs macroporeux à base de poly(fluorure de vinylidène) (PVdF) ont été préparés par inversion de phase, pour les supercondensateurs. Nos membranes présentent également une bonne stabilité thermique, en revanche leurs propriétés mécaniques sont significativement plus faibles que celles des membranes commerciales. De plus le séparateur PVdF de porosité 80% rempli par l'électrolyte à base d'AN atteint, à 25°C, 18mS/cm, tandis que dans les mêmes conditions mais avec le séparateur commercial en cellulose, la conductivité n'atteint que 10 mS/cm. Ce travail a été complété par l'étude de techniques de renforcement (addition de composites, réticulation par l'irradiation) appliquées aux membranes précédemment préparées, pour augmenter leur tenue mécanique. Ces membranes ont montré un renforcement des propriétés mécaniques sans nuire aux propriétés de conduction ionique (15 mS/cm). / Abstract In recent years a strong interest has been devoted to supercapacitor technology. However, while great attention has been paid to electrodes, electrolytes and gel polymer electrolytes, only few reports have been dedicated to macroporous separators. Hereby, in the frame of project SEPBATT/DURAMAT, macroporous poly(vinylidene fluoride) (PVdF) based separators were prepared by phase inversion technique for applications of supercapacitors. Their mechanical properties are relatively lower than those of commercial membranes nevertheless such membranes exhibit good thermal stability. Whereas commercial cellulose based separators filled with tetraethyl ammonium tetrafluoroborate + CH3CN electrolyte show 10 mS/cm (at 25°C), our PVdF macroporous separators exhibit significantly higher conductivity (18 mS/cm) under the same conditions. This study was completed with application of reinforcement techniques (addition of composites, crosslinking by irradiation) on to previously prepared membranes in order to increase their mechanical strength. Reinforced membranes showed good high mechanical strength whereas the ionic conductivity is almost maintained (15mS/cm).

Les systèmes plastiques à usage unique sont destinés aux industries biopharmaceutiques et biotechnologiques. Ils sont composés de polymères et sont appréciés pour leurs propriétés barrières au gaz et à la vapeur d’eau assurant une préservation des solutions contenues dans ces systèmes. Ces dispositifs présentent de nombreux avantages pour les industriels : ils permettent d’éviter un nettoyage des cuves en inox et ainsi de limiter des risques de contamination croisée. En vue de leur utilisation, ces dispositifs sont stérilisés par irradiation γ. Le but de cette étude est de mettre en évidence l'impact de la stérilisation γ sur certains polymères et sur certains antioxydants utilisés dans la fabrication des polymères. Plusieurs échantillons sont analysés avant et après la stérilisation en utilisant différentes doses de rayonnement γ et au cours du temps (vieillissements naturels). Les modifications de structure des polymères γ-irradiés (EVA, PE et EVOH) ont été caractérisées par diverses méthodes analytiques : IRTF, spectroscopie Raman, RPE, chromatographie… Les résultats sont traités en utilisant des méthodes chimiométriques, comme l’ACP (Analyse en Composantes Principales), l’AComDim (ANOVA Common Dimensions) et SIMPLISMA (Simple-to-use interactive self-modeling mixture analysis). L’ACP a permis de mettre en évidence l’impact de la dose d’irradiation sur le polymère. L’AComDim a conduit à identifier les facteurs responsables de l’évolution des structures (la dose γ, les temps et l’interaction dose γ × temps), alors que les différents lots n’induisent pas de déviation. Enfin, la méthode de résolution de courbe SIMPLISMA a été appliquée pour l’étude du cœur du matériau. / The single use plastic systems are designed for biopharmaceutical and biotechnology industries. They are principally made of polymers and they are very appreciated for their barrier properties to gas and water vapor ensuring preservation of the solutions contained in these single-use systems. These devices have many advantages for industrial: they avoid cleaning stainless steel tanks and thus limit the risk of cross-contamination. In view of their future use, these devices are sterilized by γ-irradiation. The purpose of this study is to highlight the impact of γ sterilization on some polymers and on some antioxidants used in the manufacture of polymers. The samples are analyzed before and after sterilization using different γ-doses and over time (natural ageing). The structural modifications of γ-irradiated polymers (EVA, EVOH and PE) were characterized by various analytical methods: FTIR, Raman spectroscopy, ESR, chromatography… Some results are analyzed using chemometric methods such as PCA (Principal Component Analysis), AComDim (ANOVA Common Dimensions), and SIMPLISMA (Simple-to-use interactive self-modeling mixture analysis). The PCA allowed to highlight the impact of the irradiation dose on the polymer. The AComDim method led to the identification of the factors contributing to the evolution of structures (γ-dose, ageing and γ × ageing interaction), whereas the several lots do not involve variation. Finally, the curve resolution method, SIMPLISMA, was applied to the study of the core of the material.

L’utilisation du procédé d’osmose inverse (OI) pour le traitement d’effluents nucléaires aqueux pose la problématique des effets de radiolyse et de vieillissement des membranes sous irradiation ɣ. Les performances des membranes (perméabilité, taux de rétention en strontium et césium) après irradiation ɣ ont été étudiées. L’irradiation par une source externe (60Co) a été réalisée dans différentes conditions représentatives de situations réelles (0,1 à 1 MGy, à 0,5 et 5 kGy.h-1, présence ou absence d’eau et d’oxygène). Une démarche analytique innovante et complémentaire (FTIR-ATR, XPS, production de gaz et d’espèces hydrosolubles) a été mise en œuvre afin d’obtenir des informations pertinentes sur les effets de l’irradiation sur les matériaux constitutifs. La chute des performances, débutant entre 0,2 MGy et 0,5 MGy, en présence d’oxygène et d’eau (débit de dose 0,5 kGy.h-1), est liée à des scissions de chaînes localisées sur la couche active de la membrane. Les dégradations se sont révélées plus faibles en absence d’oxygène et d’eau et à débit de dose à élevé. Les performances des membranes ont ensuite été évaluées sur trois matrices aqueuses différentes représentant respectivement des effluents radioactifs issus de situation post-accidentelle, accidentelle ou procédé. Les essais menés à l’échelle laboratoire et pilote montrent que dans chaque cas, l’utilisation de l’OI est possible en choisissant des membranes et des conditions opératoires adaptées. Pour finir, le temps pour atteindre une valeur seuil de dose intégrée reçue par les membranes a été estimé grâce au logiciel RABBI : une dizaine de jours pour l’effluent accidentel, plusieurs années pour les deux autres cas. / The treatment of nuclear liquid wastes by reverse osmosis (RO) involved issues of the water radiolysis and the membrane ageing due to ɣ irradiation effects. Membrane performances (permeability, strontium and cesium retention) were assessed after ɣ irradiation. Irradiation was carried out with an external 60Co source in different conditions that simulated real used of the process (dose from 0.1 to 1 MGy, dose rate of 0.5 and 5 kGy.h-1, with or without oxygen or water). Several analytical methods were performed to evaluate irradiation effects (ATR-FTIR, XPS, gas production, water soluble species released from the membrane). The methodology developed led to relevant information due to an innovative analytical protocol. Membrane performances started dropping between 0.2 and 0.5 MGy with oxygen and water (dose rate 0.5 kGy.h-1). This shift was linked to chains scissions inside the membrane active layer. The membrane degradation was weaker without oxygen or water or at high dose rate (5 kGy.h-1). Results showed that each analysis comforted each other. Membrane performances were also evaluated with three different types of liquid effluents, representing radioactive effluents from a post-disaster situation (groundwater type), disaster situation (seawater) or process water. Experiments were carried out at lab and pilote scales. Results indicated that the treatment of each effluent was possible by RO with an adequate choice of membrane and operating parameters. Finally, the time to reach an integrated dose threshold for the membrane in real conditions was estimated with the RABBI software : a dozen of days in the case of disaster situation to several years in the two other cases.

Afin de protéger durablement les écosystèmes face aux rejets planifiés ou accidentels de radionucléides dans l’environnement, il est essentiel d’évaluer l’impact de l’exposition des organismes aux radiations ionisantes sur le long terme, à l’échelle de plusieurs générations. Dans ce contexte, ce travail de doctorat vise à améliorer la caractérisation des processus moléculaires et la prédiction des effets transgénérationnels lors d’une exposition aux radiations gamma. Une approche expérimentale concerne l’étude des modifications épigénétiques radio-induites, c’est-à-dire des modifications des mécanismes régulant l’activité des gènes sans modification de la séquence d’ADN elle-même et de leur transmission au fil des générations. Cette étude a permis de mettre en évidence que certaines modifications de la méthylation de l’ADN, l’un des mécanismes épigénétiques les plus étudiés, peuvent être transmises par la lignée germinale aux les générations non-exposées (génération F3) suite à une exposition parentale (génération F0) externe aux radiations gamma (6,5 µGy.h-1 et 41,3 mGy.h-1) pendant 25 jours. Dans une seconde approche, un modèle mécaniste DEBtox (Budget Energétique Dynamique appliqué à la toxicologie) est modifié pour permettre l’analyse des effets des radiations gamma sur la croissance et la reproduction de D. magna à l’échelle de plusieurs générations. Pour ce faire, on utilise des compartiments de dommage, dont le niveau peut être hérité d’une génération à la suivante. Le modèle est ajusté aux données avec des méthodes d’inférence bayésienne afin d’estimer les paramètres tout en tenant compte des incertitudes qui leur sont associées. / In order to durably protect ecosystems facing planned or accidental releases of radionuclides, the long-term impact of organism exposure to ionizing radiation must be studied on a multigenerational scale. The aim of this PhD is to improve the characterization of molecular processes and the prediction of transgenerational effects during a gamma irradiation. First, an experimental approach investigated on radio-induced modifications of epigenetic processes, i.e. changes in mechanisms that regulate gene expression without changing DNA sequence itself and on the transmission of these modifications to subsequent generations. Significant changes in DNA methylation, a well-studied epigenetic mechanism, detected in generation F3 clearly showed that epigenetic modifications could be transmitted to unexposed generations, in response to the exposure of a parental generation (F0) to external gamma radiation (6.5 µGy.h-1 et 41.3 mGy.h-1) for 25 days. Second, a mechanistic modelling approach used a modified version of the DEBtox model (Dynamic Energy Budget model applied to toxicology) in order to analyze effects of gamma radiation on D. magna growth and reproduction over several generations. To that end, damage compartments, with damage levels that were transmitted from one generation to the next, were included. The model was fitted to data using Bayesian inference methods, in order to estimate the parameters while considering their associated uncertainty.

Ce travail porte sur la modification de matrices polymères à base de fluorure de vinylidene pour permettre leur utilisation en tant que membrane séparatrice dans les supercapacités. Basé sur un procédé d'irradiation par rayonnement γ, l'objectif principal était la limitation du gonflement du polymère lorsqu'il est mis en contact d'un milieu liquide relatif à l'application tout en gardant d'excellentes affinités avec celui-ci. Le processus de base exploité étant la formation et la réaction des radicaux lors de l'irradiation du polymère, une partie de la thèse a été consacrée à leur étude par résonance paramagnétique électronique (RPE). Un modèle de simulation de spectre RPE a été mis en place pour identifier et quantifier chacune des espèces radicalaires. L'effet de la dose d'irradiation, de la durée d'un recuit et de la nature de la matrice polymère (homo, copolymère) sur la proportion de ces espèces et sur leur réactivité a été évalué. Un lien avec la formation d'un réseau a été proposé. Une attention particulière a ensuite été apportée à l'augmentation de la densité de réticulation avec le concours d'un agent réticulant, le TAIC. Pour terminer, une stratégie de modification des propriétés de surface du PVDF a été élaborée. Elle consiste dans un premier temps à radiogreffer un polymère à la surface du PVDF puis à modifier, dans un second temps, les greffons par une chimie douce et sélective. En conclusion, les approches complémentaires développées au cours de cette thèse ont permis de comprendre la radiolyse des polymères et de mettre à profit les processus élémentaires pour développer des stratégies robustes et prometteuses de modulation des propriétés.

L'utilisation de polymères issus de ressources renouvelables et la substitution de pièces massives par des produits alvéolaires constituent des approches intéressantes dans le contexte actuel de développement durable. Cette thèse porte donc sur le développement de polymères et composites alvéolaires bio-sourcés à base d'acide polylactique (PLA) et de fibres de cellulose obtenus par extrusion moussage en présence d'un agent d'expansion chimique endothermique (CFA). Les conditions d'extrusion moussage du PLA ont été optimisées selon des critères de réduction de densité. Un jeu optimal de paramètres en extrusion mono-vis (profil de température, vitesse de vis, conditions de refroidissement) a permis d'atteindre une fraction de vide de 47 % avec un taux de cellules ouvertes entre 10 et 26 %. Les paramètres matériaux (grade de PLA, nature et taux de CFA) montrent un effet notable sur la fraction de vide, la taille et la densité de cellules ainsi que sur les propriétés mécaniques. Une modification du PLA par irradiation g (à différentes doses et taux d'agent de réticulation TAIC) ou par incorporation d'un allongeur de chaine époxydé à des taux variables n'a pas permis d'augmenter la fraction de vide (44 % maximum) mais présente un effet significatif sur la taille des cellules (-39 %), la densité cellulaire (+60 %) et les propriétés mécaniques. L'incorporation de fibres de cellulose à différents taux et facteurs de forme (fibres courtes et microfibres) n'a pas amélioré la fraction de vide (10-25 %) mais a un effet sur la taille des cellules (-48 %) et le taux de cellules ouvertes (26-38 %). Le traitement des fibres par un aminosilane n'a pas induit de modification de propriétés.

La connaissance du comportement sous irradiation γ et en présence d'eau des Résines Echangeuses d'Ions est nécessaire pour prévoir leur impact sur l'environnement pendant la phase d'entreposage et dans un éventuel stockage en profondeur géologique. Les REI étudiées sont la résine MB400 en lit mélangé ainsi que ses composants anionique et cationique « purs ». La stratégie expérimentale suivie a été basée sur l'utilisation d'outils chimiométriques qui ont permis d'étudier l'effet du milieu d'irradiation, du débit de dose, de la dose et de la température de lixiviation. Les produits de radiolyse gazeux et hydrosolubles ont été analysés par Spectrométrie de Masse gaz et Chromatographie Ionique. Les REI génèrent principalement du H2g, du CO2g et des amines dont les quantités dépendent de la nature de la résine et des conditions d'irradiation. L'analyse des résines solides irradiées a été effectuée par spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourrier et par Résonance Magnétique Nucléaire. Ces techniques révèlent des modifications structurales différentes suivant les conditions d'irradiation. Le comportement sous eau des REI a été étudié sur une période de 143 jours en caractérisant la matière organique relarguée après lixiviation post-irradiation. Les études cinétiques montrent qu'au premier contact avec l'eau, toutes les espèces hydrosolubles sont relarguées. La quantité de Carbone Organique Total dépend, selon la nature de la résine, soit de la dose, soit du milieu d'irradiation. Le débit de dose n'a pas d'effet sur la dégradation et la lixiviation de la résine MB400 qui, néanmoins se comporte d'une façon différente de ses composants pris séparément. / The knowledge of the behavior under irradiation and in presence of water of Ion Exchange Resins (IER) is very necessary to predict their impact on the environment during the storage phase and in a possible deep geological disposal. The IER studied are the MB400 mixed bed resin and its « pure » anionic and cationic components. The experimental strategy used in this work was based on the use of chemometric tools permitting to estimate the effect of the irradiation atmosphere, the dose rate, the absorbed dose and the leaching temperature. The gaseous and water-soluble radiolysis products were analyzed by gas Mass Spectrometry (MS) and Ion Chromatography (IC). The IER generated principally H2g, CO2g and amines for which quantities depended of the resin nature and the irradiation conditions. The analysis of solid irradiated resins was investigated by Fourier Transformed Infrared (FTIR) and Nuclear Magnetic Resonance (13C NMR) techniques. The last ones revealed structural modifications of the IER solid matrix in function of the experimental conditions. Their behavior in presence of water was studied during 143 days by characterization of the organic matter released after their post-irradiation leaching. The kinetics showed that all the water-soluble components were releasing at the first contact with water. The Total Organic Carbon (TOC) quantity released depends, according to the resin nature, either on the dose, either on the irradiation atmosphere. The dose rate has no effect on the degradation and the leaching of the MB400 resin, which behaved differently than its pure components.