L’utilisation de la biomasse végétale, que ce soit à des fins énergétiques, papetières ou valorisation dans le domaine des biomatériaux via des filières de biorafineries, nécessite la séparation des différents copolymères qui la composent par des méthodes physique et/ou chimique. Par exemple, les méthodes classiques utilisées pour extraire la cellulose mettent en jeu des réactions acido-basiques et provoquent des modifications de la structure des lignines à cause des réactions de recondensation, de déalkylation et de déshydratation. L’exploitation des lignines dans le domaine des matériaux est limitée par plusieurs facteurs notamment leur faible solubilité dans les solvants usuels, leur poids moléculaire élevé et leur faible nombre de phénols libres à l’origine de leur réactivité chimique. Ce projet s’inscrit dans un contexte de valorisation des lignines industrielles en tenant compte la structure chimique spécifique de chaque type de lignine Son objectif consiste à développer de nouvelles stratégies permettant la rupture des liaisons les plus labiles sur la chaine propyle des sous unités phénylpropanoïdes puis leur fonctionnalisation en optimisant la formation d’éthers d’énols ou en permettant leur rupture directe en évitant au maximum les réactions de recondensation en utilisant les liquides ioniques comme milieu réactionnel. Un focus particulier sera fait sur la fonctionnalisation possible des éthers d’énols conduisant à une dépolymérisation sélective des lignines papetières qui en contiennent un taux non négligeable. Selon les lignines industrielles, ces méthodes devraient permettre d’obtenir des oligomères de plus faible masse, d’augmenter également la fraction phénolique et d’améliorer la solubilité des lignines transformées ainsi que leurs propriétés antioxydantes. / The ability to use plant biomass in energy, paper industry or valorization in the field of biomaterials via biorefineries, requires the separation of the various copolymers by physical or chemical methods. For exemple, the classic methods used to extract the cellulose involve acido-basic reactions and cause modifications of the structure of lignins because of recondensation, dealkylation and dehydration reactions. The exploitation of lignins in the field of materials is limited by several factors as their low solubility in usual solvents, their high molecular weight and low number of free phenol fonctions. This project joins in a context of valuation of the industrial lignins by taking into account the specific chemical structure of every type of lignin. Its obvective consists in developing new strategies to cleave weak bonds on the propyl chain of phenylpropan units, then their fonctionnalization by optimizing the formation of enol ethers or their direct cleavage by avoiding the reactions of recondensation by using ionic liquids as reaction medium. A particular focus will be made on the possible fonctionnalization of enol ethers for a selective depolymerization of industrial lignins who contain a not insignificant rate. According to the structur of lignins, these methods should allow to obtain oligomers with low molecular weight, to increase also the phenolic fraction and improve the solubility of the transformed lignins as well as their antioxidant properties.

Tableau d'honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2017-2018 / Cette thèse de doctorat porte sur l'application des liquides ioniques à base de phosphonium et d'ammonium pour l'enrichissement des minéraux à base d'éléments de terres rares. Le manuscrit de thèse a été divisé en quatre parties principales. Tout d'abord, l'utilisation des liquides ioniques à base de phosphonium et d'ammonium a été explorée dans trois procédés différents pour la valorisation des minéraux de terres rares. Ces trois approches ont été examinées pour des minéraux à base d’éléments de terres rares contenus dans un minerai complexe en provenance du gisement Niobec au Québec ainsi que des minéraux modèles de monazite et de bastnäsite associés à la gangue du minerai Niobec. Par la suite, l'application de ces liquides ioniques à l'extraction par solvant des éléments des terres rares a été étudiée par simulation à l’aide d’outil de chimie quantique. Dans le premier cas de valorisation des minéraux de terres rares, l'application d'un liquide ionique à base de phosphonium /ammonium comme collecteur aqueux pour la flottation par moussage de minéraux des terres rares a été étudiée. Dans cette étude, le liquide ionique a été identifié pour posséder des performances supérieures à celles offertes par les collecteurs classiques utilisés en industrie comme les collecteurs dérivés de l'acide hydroxamique industriel. Les interactions anioniques et cationiques du liquide ionique durant la flottation des minéraux d’éléments de terres rares ont été scrutées en détail pour révéler qu’une voie de synergie interne explique en partie les résultats de la flottation en terme de chimisorption de la partie anionique et de la physisorption et de la partie cationique du liquide ionique. Dans le deuxième cas d'enrichissement des minéraux de terres rares, le potentiel de la séparation minérale liquide (aqueuse)-liquide (organique) au moyen de trois types de liquides ioniques à base de phosphonium /ammonium a été étudié. Cette approche s'est avérée supérieure à la micro-flottation conventionnelle appliquée aux mêmes minéraux en termes de sélectivité. De même, il a été démontré que ce procédé peut être appliqué avec efficacité sur une large gamme de pH (4-9) et pour des particules finement broyées (- 105 μm) pour fins de valorisation des minéraux de terres rares. Il a été révélé que l'interaction du liquide ionique sur les surfaces minérales se produisait en phase aqueuse, en phase aqueuse-organique et également en phase organique favorisant ainsi l'activation des minéraux et la séparation subséquente. Dans le troisième cas d'enrichissement des minéraux de terres rares, le potentiel de séparation dans un mélange de deux liquides ioniques immiscibles a enfin été exploré. Un liquide ionique à base de phosphonium / ammonium comme phase dispersées sous forme de gouttelettes et trois liquides ioniques différents faisaint office de phase continue ont été utilisés pour évaluer cette nouvelle approche d'enrichissement des minéraux d’éléments de terres rares. Ce processus s’est avéré très prometteur en tant qu'alternative d'enrichissement des minéraux à base d’éléments de terres rares comparativment aux deux approches précédentes en termes de sélectivité et de récupération des éléments de terres rares. Enfin dans la dernière partie de la thèse, des simulations de type chimie quantique basée sur la théorie de la densité fonctionnelle (DFT) ont été mises en oeuvre pour proposer une méthode de classification reposant sur la stabilité de la formation de complexes à partir de trente différents liquides ioniques à base de phosphonium aidant à l'extraction par solvant des éléments de terres rares solvatés. Cette étude a d'une part montré que les liquides ioniques choisis peuvent être appliqués plus efficacement pour l'extraction par solvant des éléments de terres rares contenus dans les solutions aqueuses après digestion acide des minéraux par l’acide nitrique ou chlorhydrique plus que lors d’un recours à l'acide sulfurique. Il a ensuite été démontré que les groupements anioniques des liquides ioniques testés sont capables de former directement des liaisons covalentes par complexation avec les éléments des terres rares solvatés. Au contraire, les interactions des groupements cationiques ont été plus faibles se résumant à des interactions de sphère externe par rapport au complexes formés. Ce travail de recherche a permis d’explorer la faisabilité dans l'application des liquides ioniques à base de phosphonium au traitement des minéraux et des métaux de terres rares. Les résultats obtenus durant cette étude pourront contribuer à une meilleure compréhension de l’apport des liquides ioniques au secteur des industries des terres rares afin en ayant pour cible l'amélioration de l'efficacité des procédés d'enrichissement des minéraux et d'extraction par solvant des éléments de terres rares dissous. / This Ph.D. thesis examines the application of phosphonium/ammonium based ionic liquids in the beneficiation of rare earth element bearing minerals. It has been divided into four main parts. Firstly, the use of phosphonium/ammonium based ionic liquids in three different approaches for rare earth element minerals beneficiation has been explored. These three processes were examined for actual rare earth elements bearing complex ore from Niobec deposit as well as for its constitutive model minerals consisting of monazite and bastnäsite associated with other gangue minerals. Subsequently, application of phosphonium based ionic liquids in rare earth elements solvent extraction has been studied from quantumchemistry point of view. In the first process in rare earth element minerals beneficiation, application of a phosphonium/ammonium based ionic liquid as an aqueous collector for froth flotation of rare earth element minerals was studied. In this study, the ionic liquid revealed superior performance to recover rare earth elements bearing minerals as compared with industrial hydroxamic acid collectors. The ionic liquid anionic and cationic moieties interactions during rare earth element minerals flotation were rationalized in terms of an inner synergistic pathway, meaning that the uptake of both cationic and anionic moieties through ionic liquid collector adsorption occurred altogether. In the second process in rare earth element minerals beneficiation, the potential of liquid-liquid mineral separation mediated by means of three types of phosphonium/ammonium based ionic liquids to beneficiate rare earth elements bearing minerals was studied. This process was found to outperform micro-flotation of the same minerals in terms of selectivity. Likewise, it was shown that this process can be effectively applied over a wide range of pH (4-9) and for fine particle sizes (-105 μm) in rare earth element minerals beneficiation. Interaction of the ionic liquid on the mineral surfaces occurred in aqueous phase, aqueousorganic phases interface and also in the organic phase thereby promoting minerals activation and next separation. In the third process in rare earth element minerals beneficiation, the potential of ionic liquid-ionic liquid mineral separation process as a novel ionic liquid-based system to beneficiate rare earth elements bearing minerals was investigated. A phosphonium/ammonium based ionic liquid as droplet phase and three different ionic liquids as continuous phase were used to assess this approach of beneficiation of rare earth elements bearing minerals. This process revealed high potential, as an alternative, to beneficiate rare earth elements bearing ore as it even outperformed the two previous processes in terms of selectivity and rare earth elements recovery. In the last part of this thesis, quantum chemistry simulations based on DFT have been undertaken to rank the complex-forming ability of thirty different phosphonium based ionic liquids in solvent extraction of rare earth elements. This study firstly indicated that phosphonium based ionic liquids can be applied more effectively for solvent extraction of rare earth elements in pregnant solutions resulting from nitric and hydrochloride acids leaching process, and less by means of sulfuric acid leaching. It was also demonstrated that while anionic moieties of phosphonium based ionic liquids are able to make directly covalent bonds during complexation with rare earth elements, their cationic moieties can be involved in complexation through outer-sphere interactions. The implications of this research work include new insights towards application of phosphonium based ionic liquids into mineral and metal processing especially rare earth elements processing. Finding from this work can contribute to the rare earth industry in order to improve efficiency of mineral beneficiation and solvent extraction processes.

Le réchauffement climatique, résultant essentiellement des émissions anthropiques de dioxyde de carbone, demeure un sujet de grande préoccupation. Le captage et la séquestration du dioxyde de carbone est une solution viable permettant de prévoir une baisse des émissions de CO2 issues des importantes sources ponctuelles qui impliquent la combustion des carburants fossiles. Dans cette perspective, les systèmes aqueux d’alcanolamines offrent une solution prometteuse à court terme pour la capture du CO2 dans les installations de production d'électricité. Cependant, ces systèmes sont confrontés à divers accrocs opératoires tels que les limitations d’équilibre, les grandes quantités d’énergie requises pour la régénération, les pertes en solvant et la corrosion prononcée des installations, pour ne citer que ces quelques inconvénients. L’eau étant la principale cause de ces complications, une mesure à prendre pourrait être le remplacement de la phase aqueuse par un solvant plus stable. Les liquides ioniques à température ambiante, dotés d’une haute stabilité thermique et pratiquement non-volatils émergent en tant que candidats prometteurs. De plus, grâce à leur nature ajustable, ils peuvent être apprêtés conformément aux exigences du procédé. La substitution de la phase aqueuse dans les processus utilisant l’alcanolamine par les liquides ioniques à température ambiante ouvre une opportunité potentielle pour une capture efficace du CO2. Un aspect remarquable de ces systèmes serait la cristallisation du produit résultant de la capture du CO2 (c-à-d, le carbamate) au sein même du liquide ionique qui non seulement déjouerait les contraintes d’équilibre mais également pourvoirait une opportunité intéressante pour la séparation des produits. Étant donné le peu d’information disponible dans la littérature sur la viabilité des systèmes utilisant la combinaison d’amine et de liquide ionique, l’étude proposée ici a pour but d’apporter une meilleure compréhension sur l’efficacité à séparer le CO2 d’un mélange de type postcombustion à travers une approche plus systématique. À cet effet, des liquides ioniques à base d’imidazolium ([Cnmim][Tf2N], [Cnmim][BF4], [Cnmim][Otf]) ont été choisis. Deux alcanolamines, à savoir, le 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) et le diéthanolamine (DEA) ont été examinées en détail afin d’explorer la capture du CO2 et les possibilités de régénération qu’offre un système amine-liquide ionique. Les résultats ont révélé l’intérêt de la combinaison DEA-liquide ionique étant donné que ce système pourrait aider à réduire de manière significative l’écart entre les températures d’absorption et de régénération, promettant ainsi une perspective attrayante en termes d’économie d’énergie. En outre, les liquides ioniques ont également été scrutés du point de vue de leur nature hydrophobe/hydrophile afin d’étudier le comportement corrosif du mélange amine-liquide ionique au contact d’échantillons d’acier au carbone. Bien que l’utilisation des liquides ioniques hydrophiles ait aidé à abaisser la vitesse de corrosion jusqu’à concurrence de 72%, l’emploi de liquides ioniques hydrophobes s’avère plus efficace, car annulant quasiment le phénomène de corrosion même dans un environnement riche en CO2. Dans le cas des mélanges immiscibles comme DEA-[hmim][Tf2N], une agitation continue s’avère nécessaire afin d’assurer une dispersion prolongée des gouttelettes d’amine émulsifiées au sein de liquides ioniques et ainsi atteindre une vitesse de capture optimale. / Global warming, largely resulting from anthropogenic emissions of carbon dioxide, continues to remain a matter of great concern. Carbon capture and storage (CCS) is a viable solution to ensure a prevised fall in CO2 emissions from large point sources involving fossil fuel combustion. In this context, aqueous alkanolamine systems offer a promising near-term solution for CO2 capture from power generation facilities. However, these face several operational hitches such as equilibrium limitations, high regeneration energy requirement, solvent loss, and soaring corrosion occurrence. The main culprit in this respect is water and, accordingly, one feasible practice may be the replacement of aqueous phase with some stable solvent. Room-temperature ionic liquids (RTILs), with high thermal stability and practically no volatility, are emerging as promising aspirants. Moreover, owing to the tunable nature of ionic liquids, RTIL phase can be adapted in accordance with the process requirements. Replacing aqueous phase with RTIL in case of alkanolamine based processes provided a potential opportunity for efficient CO2 capture. The most striking aspect of these schemes was the crystallization of CO2-captured product (carbamate) inside the RTIL phase that not only helped evade equilibrium constraints but also rendered a worthy opportunity of product separation. Since there is little information available in the literature about the viability of amine-RTIL systems, the proposed research was aimed at better understanding CO2 separation proficiency of these fluids through a more systematic approach. Imidazolium RTILs ([Cnmim][Tf2N], [Cnmim][BF4], [Cnmim][Otf]) were chosen for this purpose. Two alkanolamines, 2-amino-2-methyl-1-propanol (AMP) and diethanolamine (DEA) were examined in detail to explore CO2 capture and regeneration capabilities of amine-RTIL systems. The results revealed the superiority of DEA-RTIL combination as this scheme could help significantly narrow the gap between absorption and regeneration temperatures thus promising a sparkling prospect of attenuating energy needs. Furthermore, ionic liquids were scrutinized in reference to their hydrophobic/hydrophilic nature to study the corrosion behaviour of carbon steel in amine-RTIL media. Though hydrophilic ionic liquids helped decrease corrosion occurrence up to 72%, hydrophobic RTIL appeared to be the most effective in this regard, virtually negating the corrosion phenomenon under CO2 rich environment. In case of immiscible blends like DEA-[hmim][Tf2N], continual agitation appeared to be a necessity to ensure a prolonged dispersion of amine in the RTIL phase and, thereby, to attain an optimal capture rate.

L'objectif de ces travaux était de synthétiser, caractériser et étudier le potentiel d'une sélection de liquides ioniques, pour la séparation de l'éthane et de l'éthène. L'influence dans l'absorption de l'éthène de la présence de trois cations métalliques, le lithium (I), le nickel (II) et le cuivre (II) dans un liquide ionique était également étudiée. Les liquides ioniques sélectionnés sont basés sur le cation imidazolium contenant des groupes fonctionnels au niveau de la chaine alkyle latérale. Les anions choisis sont le bis(trifluorométhylsulfonyl)imide, [NTf2], la dicyanamide, [DCA] et le méthylphosphite, [C1HPO3]. Sachant qu'un solvant de séparation idéale doit avoir une capacité d'absorption et une sélectivité de séparation élevées, une faible viscosité, une haute stabilité thermique et une cinétique d'absorption rapide pour le gaz sélectionné. Pour évaluer ces propriétés pour les milieux sélectionnés, plusieurs paramètres ont été déterminés la densité et la viscosité des liquides ioniques ainsi que l'absorption de chaque gaz dans les liquides ioniques. L'absorption de l'éthane et de l'éthène dans les liquides ioniques purs ainsi que dans les solutions de liquide ionique + sel métallique a été mesurée dans une gamme de températures comprises entre 303.15 K et 353.15 K et pour des pressions proches de l'atmosphérique. La sélectivité idéale des liquides ioniques pour l'absorption de l'éthane par rapport à l'éthène a ainsi pu être déterminée. La détermination de l'absorption en fonction de la température a permis d'accéder aux propriétés thermodynamiques de solvatation de ces gaz dans des liquides ioniques et à comprendre la manière dont les liquides ioniques interagissent avec ces solutés comment les liquides ioniques se structurent autour de ces molécules / The goal of this research was to synthesize, characterize and study the potential of selected ionic liquids as solvents for the separation of ethane and ethene. The influence on ethene absorption of the presence of three different metallic cations, lithium (I), nickel (II) and copper (II) in an ionic liquid was also studied. The selected ionic liquids are based in the imidazolium cation containing a functionalization in the alkyl side chain. The chosen anions were the bis(trifluorosulfonyl)imide, [NTf2], the dicyanamide, [DCA] and the methylphosphite, [C1HPO3]. Several parameters were taken into account for this primary evaluation, such as measurements of density, viscosity and absorption of each gas in the ionic liquids, since an ideal separation solvent should have a high absorption capacity and gas selectivity, low viscosity, high thermal stability and fast absorption kinetics for the selected gas. The absorption of the 2 gases in the pure ionic liquids and ionic liquid + metallic salt solutions was measured in the temperature range between 303.15 K and 353.15 K and for pressures close to atmospheric. The ideal selectivity of the ionic liquid for the absorption of ethane compared to ethene was determined. The determination of the gas solubility in function of the temperature allowed access to the thermodynamic properties of solvation of the gases in the ionic liquids, and a deeper understanding of the gas-ionic liquid interactions and the structure of the solution

Les Liquides Ioniques [LI] à température ambiante forment une nouvelle classe de matériaux, prometteurs dans des applications diverses. Les avantages que les LI soulèvent par rapport aux autres liquides moléculaires ou sels fondus résident dans la facilité à changer leurs propriétés intrinsèques en jouant sur la nature chimique de la combinaison [cation-anion]. Cependant, on n’est pas encore près à prédire les propriétés d’un LI en connaissant uniquement sa composition chimique. Par conséquent, nous avons fait des expériences de diffraction de rayons-x et de neutrons, complétées par une série de simulations de dynamiques moléculaires sur une famille de LI à bases de cations d’alkyl-methylimidazolium et d’anion Bromure. Ainsi, en changeant la longueur de la chaine alkyl, nous avons comparé la structure et la dynamique de trois LI de chaines ethyl, butyl et hexyl. La comparaison des résultats structuraux obtenus par la simulation avec ceux des rayons-x donnèrent complète satisfaction. Des résultats intéressants ont été obtenus, spécialement ceux issus de la comparaison de la structure et la dynamique du LI 1-ethyl-3-methylimidazolium Bromide en phase cristalline et liquide. Par ailleurs, l’hétérogénéité en phase volumique a pu être quantifiée ce qui a permis de déterminer que la ségrégation augmente avec la longueur de la chaine alkyl cationique. / Room temperature ionic liquids constitute a class of materials with many promising applications in very diverse fields. Their potentiality stems from the fact that their properties are very different from those of typical molecular solvents and furthermore they can be tailored by modifying the combination of ions forming the liquid. However it is not yet possible to predict which species will produce a particular set of properties. Therefore we have done a systematic computer simulation study on a series of three room temperature ionic liquids based on the alkyl-methylimidazolium cation combined with the bromium anion. The length of the alkyl chain of the cation and the anions has been increased progressively, going from ethyl to butyl and hexyl, in order to explore the structural and dynamical changes brought about by such change. Simulation results are also compared satisfactorily to high-energy x-ray diffraction and quasi elastic neutron scattering data obtained by us. Our results show that the structure of liquid 1-ethyl-3methylimidazolium Bromide presents large similarities with the crystal one. This resemblance appears also when the local dynamics of the ethyl chain is investigated using neutron spectroscopy. Moreover we have quantified the heterogeneity found in the bulk state, finding that segregation is favored by the length of the cation’s alkyl chain.

L'une des préoccupations de la chimie moderne est de développer des procédés éco-compatibles : une tendance consiste à remplacer les solvants organiques par les Liquides Ioniques (LI). Ainsi ces travaux décrivent l'utilisation des LI dans deux réactions à économie d'atomes : l'addition de Michael et la réaction de cycloaddition 1,3-dipolaire catalysée (ou non) par un sel de cuivre (CuAAC). La première partie des travaux relate l'emploi de Liquides Ioniques Super-Acides (LISA), connus pour générer une activation électrophile. Une optimisation du LISA a été effectuée sur une réaction-modèle, puis l'application à d'autres électrophiles et nucléophiles a été étudiée. La pureté du LISA influe sur la chimiosélectivité : s’il est partiellement hydrolysé, la réaction d'annélation de Robinson devient prépondérante. La version asymétrique du processus a été abordée, montrant qu'il est possible d'obtenir un excès énantiomérique à partir de dérivés d'acides aminés. La seconde partie de l'étude a permis de mettre au point une synthèse de (triazolylméthyl)vinylphosphonates à partir d'un acétoxyméthylvinylphosphonate selon une procédure monotope reposant sur la cycloaddition 1,3-dipolaire dans différents LI. Nous avons ensuite montré que le LI joue aussi le rôle d'activateur pour cette réaction. / In the context of sustainable chemistry, an alternative to conventional organic solvents is the use of ionic liquids. These works reported here aims to describe the use of ionic liquids (IL) in two atoms economy reactions, namely the Michael addition reaction and 1,3-dipolar cycloaddition catalyzed (or not) by a copper salt (CuAAC). In the first part of the work reports the use of Super-Acid Ionic Liquids (SAIL), which initiate an electrophilic activation. After optimization of SAIL on a reaction model, application to other electrophiles and nucleophiles is discussed. The purity of SAIL affects the chemioselectivity: if the SAIL is partially hydrolyzed, a Robinson annulation predominates. The asymmetric version of the process is investigated, showing that it is possible to carry out an enantioselective reaction with amino acid derived SAIL. The second part of the study deals with setting up an original synthesis of (triazolylmethyl)vinylphosphonate from acetoxymethylvinylphosphonate using a one-pot procedure involving a 1,3-dipolar cycloaddition in different LI. We further showed that the ionic liquid can also act as an activator for this reaction.

Dans les batteries ion lithium, la présence d’électrolytes organiques volatiles et inflammables engendre des problèmes récurrents de sécurité. Une possible solution consiste à les remplacer par des sels fondus liquides à température ambiante, les liquides ioniques (LI), présentant une tension de vapeur négligeable et sont considérés comme flamme retardant. Leur utilisation avec des électrodes carbone (les plus usitées dans les batteries commerciales) nécessitent la présence d’un additif pour améliorer les performances des batteries.Le but de cette thèse était de déterminer le rôle de cet additif par des méthodes analytiques et de la modélisation. Tout d’abord, l’impact de cet additif sur la solvatation et la diffusion des sels de lithium a été étudié par RMN 2-D [NOE et HOESY {1H-7Li}, {1H-19F}, et la sphère de coordination du cation lithium a été simulée par dynamique moléculaire. Puis des études électrochimiques ont été développées notamment le cyclage galvanostatique à potentiel sélectionné et le cyclage voltamétrique afin de déterminer la capacité de la batterie et d’étudier les étapes d‘insertion du cation lithium au cours de la première étape de réduction. Cette étape a également été analysée par impédance électrochimique. En complément, une analyse par XPS (spectrométrie photoélectronique X) sur les électrodes post-mortem de piles arrêtées aux potentiels déterminés par impédance, a permis de caractériser les composés chimiques formés à la surface des électrodes au cours de la première réduction, mais également après plusieurs cycles de charge/décharge / In lithium ion batteries, the commercial organic electrolytes induce difficulties in the manufacturing and the use of the battery (volatile and flammable components). There are active research to eliminate these safety problems, one of the approach is the replacement of conventional battery electrolytes with room temperature ionic liquids (RTILs), which exhibit negligible vapor pressure, low flammability, high flash point. The use of ILs based electrolytes for carbon based electrodes requires presence of organic additive for improving the cyclic performance. The aim of this thesis was to determine the exact role of the organic additive through experimental and computer simulation methodologies. Its impact onto the solvation and transportation of lithium cation was investigated through {1H-7Li}, {1H-19F} NOE correlations (HOESY), and pulsed field gradient spin-echo (PGSE) NMR experiences and Molecular Dynamic simulation. The electrochemical studies were developed such as electrochemical window, galvanostatic cycling with potential limitation and cycling voltammetry showing the obtained capacity of the cell and [Li+] insertion stages during the first reduction step. Moreover, the electrochemical impedance spectroscopy (EIS) during the first reduction process, and XPS analysis of post mortem Gr electrodes stopped at chosen potential during the first reduction process, as well as, after the several charge/discharge cycles were used

Cette thèse de doctorat aborde de nouvelles conceptions de films à base de résines d’ester de cyanate (CER) en présence de liquides ioniques (LIs) en tant qu'agents multifonctionnels : catalyseurs, agents de modification réactifs, renforts ou agents porogènes. Les liquides ioniques de structures et de concentrations variables accélèrent de manière significative la polycyclotrimérisation du dicyanate d’ester de bisphenol E, en l'absence de tout solvant organique supplémentaire ou additif. Les réseaux de polycyanurates resultants dopés avec des liquides ioniques aprotiques peuvent constituer des matériaux prometteurs pour la production de structures photosensibles. De tels systèmes nanocomposites permettent la séparation, larécupération et le recyclage aisés des LIs par simple extraction, ce qui permet finalement l'obtention de films nanoporeux thermostables. Les caractéristiques de la porosité de ces matériaux dépendent de la concentration des LIs dans les précurseurs CERs. Les LIs protoniques contenant des groupements fonctionnels >NH et -OH, indépendamment de leurmasse molaire, de la structure chimique du cation et de l'anion, sont incorporés chimiquement dans le réseau polycyanurate. Ainsi, les matériaux hybrides obtenus avec des fragments de liquides ioniques pourraient fournir d’excellents candidats pour des recherches futures sur les ionomères et les nanocomposites. / This PhD thesis addresses new designs of cyanate ester resin (CER) films in the presence of ionic liquids as multifunctional agents: catalysts, reactive modifiers, fillers or porogens. It should be emphasized that ionic liquids (ILs) of varying structures and concentrations significantly accelerate the polycyclotrimerization of dicyanate ester of bisphenol E, in the absence of any additional organic solvent or additive. The resulting polycyanurate networks doped with aprotic ionic liquids can be promising materials for producing photosensitive structures. Such nanocomposite systems allow for easier separation, recovery, and recycling of ILs by mere extraction, which eventually affords thermally stable nanoporous films. The porosity features of these materials depend on the concentration of ILs in the CER precursors.Protic ILs containing functional >NH and -OH groups, regardless of molar mass, chemical structure of cation and anion, chemically incorporate into the polycyanurate network, thus the resulting hybrid materials with fragments of ionic liquids could provide excellent candidates for future research in ionomers and nanocomposites.

L'électrophorèse capillaire, quoiqu'étant une technique analytique très puissante, souffre d'un manque en sensibilité avec les détecteurs spectrophotométriques. Pour palier ce problème il est possible d'utiliser des méthodes de préconcentration électrocinétiques in-situ. Les travaux menés au cours de cette thèse se sont attachés à développer de nouvelles méthodologies de préconcentration électrocinétique. Tout d'abord, il a été montré que le greffage des capillaires de silice avec du polyacrylamide linéaire permet en milieu acide complexe de réduire fortement l'écoulement électroosmotique ce qui favorise la mise en œuvre des techniques de préconcentration. Ensuite, le couplage de deux méthodes de préconcentration, l'amplification de champ électrique avec une injection électrocinétique et du sweeping a été examiné. En étudiant le mécanisme grâce à des plans d'expérience et de la simulation, l'influence des paramètres expérimentaux ainsi que leurs rôles ont été éclaircis et la procédure d'optimisation simplifiée. A la suite de ces résultats, une procédure d'analyse d'herbicides présents dans des eaux de distribution a été développée, permettant leur détection à un niveau proche de celui spécifié par l'Union Européenne sans étape préalable d'extraction. Ensuite, l'utilisation de liquides ioniques à longue chaîne pour améliorer la sensibilité d'une méthode appelée " Micelle to Solvent Stacking " a été étudiée et des améliorations d'un facteur 10 ont été obtenues par rapport aux gains obtenus avec des surfactants classiques (application à des herbicides et des anti-inflammatoires). Enfin, pour améliorer les gains en sensibilité avec de plus une spécificité élevée, une preuve de concept a été développée en utilisant un aptamère pour l'analyse sélective d'Ochratoxine A à l'état de trace dans le vin, ce qui ouvre de nouvelles perspectives pour l'utilisation de cet outil biologique en électrophorèse capillaire.

Les liquides ioniques, associations de cations organiques et d'anions, sont des milieux structurés sur plusieurs nanomètres et présentent une ségrégation en domaines polaires et apolaires. Utilisés comme solvants de réactions catalytiques, ils peuvent de ce fait engendrer des phénomènes de solvatation spécifique. Ainsi des réactions d'échange d'ions dans certains systèmes catalytiques et des interactions de type p-cation avec les hydrocarbures insaturés ont été mises en évidence par RMN. Les conséquences de ces solvatations spécifiques sur des réactions d'hydrogénation ont été étudiées. Il ressort que plus l'interaction entre les liquides ioniques et les réactifs est grande, plus les réactions sont lentes. <br />Enfin la présence de microdomaines polaires et apolaires conduit à une solubilisation préférentielle des complexes organométalliques dans les poches apolaires ce qui permet d'utiliser ces milieux comme moules supramoléculaires et de contrôler la croissance cristalline des nanoparticules de ruthénium générées in situ en fonction de la longueur de la chaîne alkyl et de la température.