Les zéolithes sont largement utilisées en catalyse acide, particulièrement en pétrochimie. Toutefois, leur activité n'est pas optimale à cause des limitations diffusionnelles imposées par leur structure microporeuse. Diverses approches ont été proposées pour contourner ces limitations et notamment la préparation des zéolithes mésoporeuses. Après une évaluation industrielle des différentes méthodes rapportées dans la littérature, la première partie de la thèse a été consacrée à la mise au point, la compréhension et l'optimisation d'une procédure de préparation de zéolithes à mésoporosité contrôlée à l'aide d'un agent structurant organique. Nous nous sommes intéressés à la recristallisation de la zéolithe Y qui permet de créer un volume mésoporeux important au sein des cristaux de zéolithe par transformation pseudomorphique. Dans une seconde partie, nous rapportons la première synthèse de zéolithes mésoporeuses à partir d'un agent structurant récupérable et recyclable en conditions douces dans l'eau. En synthétisant un agent structurant thermosensible adapté aux conditions de recristallisation, une mésostructure contrôlée a pu être obtenue au sein de la zéolithe. L'extraction du polymère en solution aqueuse a été optimisée et son recyclage sur quatre cycles de recristallisation a été démontré. / Zeolites are widely used in acid catalysis, especially in petrochemistry. However, their activity is not optimal because of diffusional limitations imposed by their microporous structure. Various approaches have been proposed to circumvent these limitations, including the preparation of mesoporous zeolites. After an industrial assessment of the different methods reported in the literature, the first part of the thesis was devoted to the development, understanding and optimization of a procedure for preparation of zeolites with controlled mesoporosity using an organic structuring agent. We studied the recrystallization of the zeolite Y, which creates a large mesoporous volume in the zeolite crystals by pseudomorphic transformation. In the second part, we report the first synthesis of mesoporous zeolites using a structuring agent recoverable and recyclable under mild conditions in water. By synthesizing a structuring agent adapted to the conditions of thermal recrystallization, controlled mesostructure could be obtained within the zeolite. The extraction of the polymer in aqueous solution has been optimized and recycling of four cycles of recrystallization has been demonstrated.

Nous visons dans ce travail de thèse à développer une méthodologie de fonctionnalisation par chimie click des silices hybrides synthétisées par voie sol-gel. La réaction click de cycloaddition azoture-alcyne catalysée au cuivre (CuAAC) offre une tolérance exceptionnelle pour les fonctions organiques en plus de conversions très élevées. Dans cette optique, nous avons mis en œuvre en premier lieu des matériaux clickables à base d'organosilice pure (organosilice à mésoporosité périodique (PMO) et silsesquioxanes pontés (BS)) qui ont permis une conversion quasi-quantitative de greffage par CuAAC. Nous avons ensuite utilisé cette particularité pour contrôler les propriétés de surface des BS en modifiant leur caractère hydrophile/lipophile. Dans le second axe de travail, nous nous sommes intéressés à l'apport de la chimie click pour la préparation de nanoparticules mésoporeuses de silice multifonctionnelles, dites mécanisées, pour des systèmes à délivrance contrôlée de principes actifs. / The present work aims to develop a trustful methodology of functionalization for hybrid silica materials made by the sol-gel process using the copper-catalyzed alkyne-azide cycloaddition (CuAAC)Click reaction. This transformation can be highly useful in materials science thanks to its high conversions and the excellent functional group tolerance. In this prospect, we have synthesized fully clickable bridged silisesquioxanes and periodic mesoporous organosilica that show high extents of click grafting. CuAAC was then used for tailoring the surface of bridged silsesquioxane and fine-tuning the hydrophilic/lipophilic balance. Finally, the click reaction was used as an efficient way to obtain multiply functionalized mesoporous silica nanoparticles in order to make nanomachines for controlled delivery of cargo molecules.

Les verres bioactifs sont des matériaux particulièrement intéressants en régénération osseuse du fait de leur capacité à stimuler les cellules responsables de la croissance osseuse par les espèces qu'ils relarguent lors de leur dissolution et pour leur capacité à se lier à l'os. Au-delà de leur rôle comme matériau de comblement de défauts osseux, ils pourraient servir de support à la croissance en laboratoire de véritables greffons osseux cultivés à l'aide de seulement quelques cellules d'un patient. Afin d'être efficace, ce support doit posséder une architecture macroporeuse interconnectée pour permettre l'invasion cellulaire ainsi que la vascularisation, nécessaire à la survie des cellules. Ce travail de thèse a pour objectif la réalisation d'un tel support par l'ajout d'une étape de moussage au procédé sol-gel. Ce procédé a été utilisé pour la synthèse de matériaux aux porosités différentes permettant de déterminer une porosité plus prometteuse pour des essais in vivo qui ont montré l'invasion possible de cette mousse par des cellules osseuses. Ce procédé a de plus été rendu plus sûr par la mise au point d'une voie de synthèse alternative dans laquelle l'acide nécessaire au procédé de moussage, mais toxique, a été remplacé avec succès. Cette voie alternative a de plus permis l'organisation de la mésoporosité de la mousse. L'incorporation d'un élément d'intérêt biologique, le strontium, a été réalisé et son influence sur les propriétés et la réactivité du verre a été étudiée. Enfin, une voie de synthèse de nouveaux matériaux composites a été proposée : la grande bioactivité des verres bioactifs est conservée tout en ayant des propriétés mécaniques supérieures grâce à l'utilisation de la gélatine comme phase organique.

Ce document reprend la structure de mon dossier de candidature au CNRS avec une réflexion sur le contexte et les enjeux de mes recherches suivi d'un aperçu rapide de mes activités de recherche. Ensuite, j'ai voulu montrer l'enchainement logique des travaux qui nous ont conduit à résoudre l'énigme du retrait paradoxal du bois de tension. Cette question qui depuis le début, il y a 10 ans, est présente dans mes recherches trouve aujourd'hui des éléments de réponse. Enfin, mon curriculum vitae donne une idée de ma production scientifique, de mes activités de formation et d'encadrement, de mon implication dans la vie de la recherche localement, au niveau national et international.

Les arbres sont des organismes de grande longévité qui se développent dans un environnement variable. Au cours de leur formation, ils génèrent une tension appelée contrainte de maturation pour remplir des fonctions biomécaniques essentielles. Chez les angiospermes, les arbres adaptent leur état mécanique par la production de bois de tension avec de fortes contraintes de traction sur la face supérieure de la tige penchée. Malgré les recherches considérables dans ce domaine durant de nombreuses années, les connaissances actuelles sur le mécanisme de la génération active de contrainte dans le bois de tension sont encore incomplètes et doivent être améliorées. La première partie de cette étude était de faire progresser la compréhension de la composition et de l'organisation des polymères de la paroi cellulaire secondaire, ainsi que leur orientation au cours de la maturation de la paroi cellulaire du bois de tension. Les mesures effectuées sur la microscopie FTIR ont indiqué qu'avant même la formation de la couche G, il existait une structure d'hydrates de carbone ordonnée à un angle plus parallèle à l'axe de la fibre dans le bois de tension. Ces résultats étaient clairement différents du comportement du bois opposé. Dans le bois de tension, la lignine était plus fortement orientée dans la couche S2 que dans le bois opposé. Avec la formation de la couche S2 dans le bois opposé et de la couche G dans le bois de tension, les signaux d'orientation des hydrates de carbone amorphes tels que les hémicelluloses et les pectines sont différents entre le bois de tension et le bois qui lui est opposé. Pour les bois de tension, l'orientation de ces bandes est la même tout au long du processus de maturation de la paroi cellulaire, ce qui reflète probablement un dépôt continu de xyloglucane ou de xylane, avec une orientation différente de celle de la paroi S2 pendant tout le processus. La seconde partie de ce travail était d'améliorer les connaissances actuelles sur le comportement de la matrice par l'étude de la mésoporosité et de son évolution lors de la construction et de la maturation de la paroi cellulaire du bois de tension. Les résultats sur deux types de bois de tension suggèrent que la mésoporosité peut toujours être détectée près de la zone de cambium autant pour le bois de tension que pour le bois opposé. La forte porosité diminue progressivement avec la lignification dans la paroi cellulaire en développement, avec une exception pour le bois de tension à couche G. La porosité de type bouteille d'encre et l'augmentation de la taille médiane des pores sont observées dans les deux types de bois de tension, indiquant que les espèces de bois de tension avec et sans couches G peuvent partager le même mécanisme de génération de contrainte de traction. Cette étude contribue à une meilleure compréhension de la génération de contrainte de maturation dans les arbres et peut servir de base pour l'amélioration de la modélisation du comportement de la matrice au cours de la maturation de la paroi cellulaire. / Trees are long-living organisms which develop in a variable environment. During their formation, they generate a tensile mechanical stress called maturation stress to fulfil essential biomechanical functions. In angiosperm species, trees adapt the mechanical state by producing tension wood with high tensile stresses on the upper side of the leaning stem. Despite considerable research in this field during a number of years, the current knowledge on the mechanism of the active stress generation in tension wood is still incomplete and needs improvement. The first part of this study was to advance the understanding on the composition and organisation of polymers within the secondary cell wall, as well as its orientation during the maturation of tension wood cell wall. Measurements performed on FTIR microscopy indicated that already before G-layer formation, a more ordered structure of carbohydrates at an angle more parallel to the fibre axis exists in tension wood. This was clearly different to the behaviour of opposite wood. In tension wood, the lignin was more highly oriented in the S2 layer than in opposite wood. With the formation of the S2 layer in opposite wood and the G-layer in tension wood, the orientation signals from the amorphous carbohydrates like hemicelluloses and pectins were different between opposite wood and tension wood. For tension wood, the orientation for these bands remains the same all along the cell wall maturation process, probably reflecting a continued deposition of xyloglucan or xylan, with an orientation different to that in the S2 wall, throughout the whole process. The second part of this study was to improve the current knowledge on the matrix behaviour by studying the mesoporosity and its evolution during the building and maturation of tension wood cell wall. Results on two kinds of tension wood suggested that mesoporosity can always be detected near cambium zone for both tension and opposite wood. The high porosity decreased gradually with the lignification in the developing cell wall, with an exception in tension wood with G-layer. The typical ink-bottle pore and the increase of median pore size are observed in both kinds of tension wood, indicating non-G-layer species may share the same mechanism of tensile stress generation as in tension wood with G-layer. This study aims to contribute to an increased understanding on the maturation stress generation in trees and may allow to improve the modelling of matrix behaviour during cell wall maturation.

L’existence de concurrence dans l’industrie aérospatiale obligé à une évolution continue des technologies en lien avec une diminution des coûts de lancement et une fiabilité accrue. Ceci passe, entre autre, par l’amélioration des moyens de protection des charges utiles. Le but de cette thèse est de vérifier l’applicabilité des systèmes hétérogènes lyophobes (association d’un matériau nanoporeux et d’un liquide non-mouillant) dans l’amortissement des vibrations pour le confort de celles-ci. L’intrusion de liquide dans des SHL demande une énergie mécanique importante sous forme de pression. En fonction des propriétés du couple solide/liquide cette énergie peut être partiellement dissipée. Cette dissipation, de l’ordre de quelques dizaines de joules par gramme de matériau est bien supérieure à celle des systèmes conventionnels (élastomères, amortisseurs visqueux…) et montre une grande stabilité vis-à-vis de la fréquence, d’où leur intérêt dans l’amortissement des vibrations. Bien que l’eau soit déjà très largement étudié dans le cadre de la recherche sur les SHL, elle ne peut être utilisée que pour des températures comprises entre 0 et 100°C (à pression atmosphérique). Dans le but d’élargir cette gamme de températures jusqu’à -50°C, des mélanges ont été utilisés. L’ajout d’électrolytes dans l’eau permet de baisser la température de solidification du liquide. L’étude des solutions d’électrolytes a permis de mettre en évidence deux phénomènes différents menant à des augmentations de pressions d’intrusion et d’extrusion dans les SHL. Dans les matériaux microporeux (comme les ZIF-8 étudiés dans ce travail), un phénomène d’exclusion totale des ions de la matrice poreuse peut être observé. Cet effet est accompagné de l’apparition d’un terme de pression osmotique menant aux augmentations importantes de pressions d’intrusion et d’extrusion mises en évidence. Dans le cas où les ions peuvent pénétrer les pores, les variations de pressions d’intrusion et d’extrusion sont beaucoup plus faibles et ont été attribuées à des changements dans les propriétés de surface du liquide. Les matériaux mésoporeux (comme les MCM-41 étudiés au cours de ce travail) semblent se comporter de cette manière quels que soient les ions considérés. L’extension de la gamme d’application des SHL vers les hautes températures a été faite grâce à l’utilisation du Galinstan, alliage de gallium, d’indium et d’étain, non-toxique et liquide entre -20 et 1300°C environ. Ce liquide, associé à des verres mésoporeux rendus chimiquement inertes, a permis l’obtention de cycles de dissipation d’énergie reproductibles. Enfin, une étude numérique d’un amortisseur SHL simplifié dans un système mécanique a été menée. La variété des comportements a mis en évidence la complexité de ces systèmes qui nécessitent un dimensionnement très précis. Si cette condition est vérifiée, les amortisseurs SHL s’avèrent très efficaces et adaptables du fait de la grande variété des couples solide/liquide utilisables. / Competition in aerospace industry forces to follow a constant evolution of technologies linked to launching costs decreasing and reliability increasing. An improvement of payload protection systems is a way to achieve these conditions. The main issue of this PhD thesis is to verify the applicability of lyophobic heterogeneous systems (association of a nanoporous material and a non- wetting liquid) in vibrations damping for payload comfort. Intrusion of liquid in LH S requires a high mechanical energy in the form of p res sure. Depending on solid/liquid couple properties this energy can be partly dissipated. This dissipation, of the order of ten joules per gram of material, is far higher than classical systems (elastomeric ones, viscous dampers...) and shows a relative stability regarding to frequency variations. These properties explain their interest in vibrations damping applications. Although water is a very common liquid which is very studied in the research field of LHS, it can only be used in the 0 to 100˚C temperatures range (under atmospheric pressure). In order to broaden this temperatures range to -50˚C, electrolytes have been used. Adding electrolytes to water permits to decrease the liquid melting temperature. The study of electrolyte solutions has highlighted two different phenomena leading to intrusion and extrusion pressures increasing in LHS. In microporous materials (such as ZIF-8 studied here), a total exclusion phenomenon of ions from porous matrix can be observed. This effect leads to the appearance of an osmotic pressure term which explains high increasing of both intrusion and extrusion pressures. If ions can penetrate pores, intrusion and extrusion pressures increasing are smaller and have been explained by liquid surface properties changes. Mesoporous materials (such as MCM-41 studied here) seem to show this last behaviour whatever ion is. Increasing of LHS application range to high temperatures has been made using Galinstan, gallium, indium and tin alloy, which is non-toxic and stays liquid between approximately -20 and 1300˚C. This liquid, associated with chemically inert mesoporous glasses, permits to obtain reproducible energy dissipation cycles. Finally, a numerical study of a simplified LHS damper in a mechanical system has been done. The behaviours variety has brought to light the complexity of such a system which needs a very accurate design. If this condition is verified, LHS dampers can be very effective and adaptable thanks to the numerous solid/liquid couples which can be used.