Des membranes polymères catalytiques ont été préparées via la polymérisation photo-amorcée de monomères acryliques à la surface de membranes support MicroPES(r). Des nanoparticules de palladium (PdNP) avec diamètre moyen compris entre 4 et 10 nm sont ensuite synthétisés et immobilisées dans ces gels polymères greffés. Cette thèse se focalise sur le greffage d'un gel de polymère neutre : (2-hydroxyethyl acrylate) (PHEA), pour négliger les contributions ioniques du réseau polymère sur la synthèse in-situ des PdNP. La stabilisation de PdNP dans le gel de PHEA greffé est possible par des moyens stériques étant donné que la distance entre des chaînes de polymère réticules (entre 0.3 à 2.5 nm) est plus petite que le diamètre moyen de PdNP. Une approche à la fois théorique et expérimentale, sur la base des mecanismes de nucléation et de croissance, permet la conception de PdNP de taille spécifique. La performance catalytique des membranes a été évaluée avec une configuration en filtration traversée. Sur la réaction de couplage de Suzuki-Miyaura, des conversions et sélectivités de 100 % ont été obtenues pour des temps de séjour de 10 secondes avec des membranes planes. Les réactions d'hydrogénation de plusieurs composés aromatiques ont également été testées. Des taux de conversion élevés ont été obtenus en quelques secondes avec des membranes planes en filtration avec des solutions saturés d'H2. Des taux de conversion élevés sont obtenus en seulement quelques minutes avec des membranes fibres creuses catalytiques en mode contacteur permettant une importante intensification du procédé. / Catalytic polymeric membranes are prepared via photo-grafting polymerization of neutral acrylic monomers onto the surface of a MicroPES(r) membrane support. Palladium nanoparticles (PdNP) of mean diameter of 4-10 nm are synthetized and immobilized within the grafted polymer gels. The research is focused on grafting a neutral polymer gel: poly (2-hydroxyethyl acrylate) (PHEA), to avoid any ionic contribution of the polymer network on the in-situ synthesis of PdNP. The stabilization of PdNP within the grafted PHEA is achieved by steric means as the distance between polymeric crosslinked chains (ca. 0.3 to 2.5 nm) is smaller than the mean diameter of PdNP. Both theoretical and experimental approaches are presented on the PdNP synthesis as an approach to conceive PdNP of specific sizes using nucleation and growth theories. Catalytic performance of the membranes is evaluated in flow-through configuration. Catalytic tests are performed on Suzuki-Miyaura cross-coupling reactions. Full conversion and selectivity within 10 seconds of residence time using flat sheet membrane are obtained. Hydrogenation of several aromatic compounds are also tested and high conversions were achieved within seconds of residence time using flat sheet membranes in flow-through configuration with H2-saturated solutions and within minutes using catalytic hollow fibers in contactor mode.

Des membranes supports en polymère ont été photo-greffées par des poly(liquide ionique)s (polyLIs) à base d'imidazolium. Les polyLIs permettent de séparer le CO2 d'autres gaz et de stabiliser des nanoparticules. Dans le cas du captage de CO2, les expériences montrent qu'une couche fine homogène de gel réticulé en polyLI gonflé par du liquid ionique (LI) est obtenue sur la surface de fibres creuses. Les fibres ainsi obtenues ont montré des perméances au CO2 plus élevées (600-700 GPU) que des membranes commerciales et des sélectivités de CO2/N2 comparables (13 et 17). Dans le cas de membranes catalytiques, des nanoparticules de palladium (NPPd) servant de catalyseur ont été immobilisées en forte concentration locale au sein d'une couche de polyLI greffée à la surface de membranes. La réactivité des membranes catalytiques a été testée en configuration de contacteur traversé sur différentes réactions (couplage croisé C-C, hydrogénation, etc). Une conversion totale est obtenue pour des temps de séjours de quelques secondes, sans aucun sous-produit formé. Comparée aux NPPd colloïdaux dans un réacteur en batch, la membrane catalytique accélère les réactions d'environ 2000 fois en terme de temps de réaction sans perte de NPPd; la sélectivité est aussi accrue. Le réacteur membranaire catalytique a été modélisé afin d'obtenir les profils de concentration et de température et une meilleure compréhension des performances obtenues. Les membranes catalytiques se révèlent isothermes et les constantes cinétiques sont calculées. Enfin, les capacités de production de ces membranes catalytiques à une échelle industrielle sont estimées à environ 3 t/(hm3) pour le couplage de Suzuki. / Polymeric support membranes were modified via photo-grafting by poly(ionic liquid)s (polyILs), featuring in the capability to separate CO2 from other gases and to stabilize metallic nanoparticles (MNPs). For CO2 capture, a thin polyIL-IL gel layer was homogenously coated on support hollow fibers. The composite fibers show high CO2 permeance and reasonable CO2/N2 selectivity. For the catalytic membrane, palladium NPs were generated inside a grafted polyLI layer. Compared to colloidal palladium system in a batch reactor, the catalytic membrane, as a contactor membrane reactor, is more efficient in terms of reaction time (ca. 2000 times faster), selectivity and MNP retainability. Theoretical study on reactor modeling, concentration & temperature profiles, and production capacity was done for an overall understanding of the catalytic membrane.