L’objectif de ce travail a consisté en le développement de nouveaux processus multi-composant radicalaires et leur application en synthèse organique. Des carbo-alcénylation d'oléfines ont ainsi été réalisées avec de nouveaux précurseurs de radicaux, des oléfines diverses, en présence de Z-diphénylsulfonyléthylène comme accepteur terminal. Les conditions de la réaction ont été optimisées, en introduisant notamment la diphénylsulfonylhydrazine comme amorceur de radicaux sous irradiation UV, et substitut au couteux DTBHN. Des conditions sans étain ont également été étudiées avec l’objectif de remplacer le réactif (Bu3Sn)2 par des radicaux silylés. Le tris (triméthylsilyl)silylthiopropene a ainsi été testé avec succès en tant qu'agent de propagation des chaînes radicalaires. A l’issue de ce travail méthodologique, nous avons développé une stratégie de synthèse de l'Eucophylline, un alcaloïde isolé de Leuconotis griffithii, dont le squelette tétracyclique a été élaboré sur la base d’une réaction de carbo-oximation radicalaire d’oléfine. Ce processus multicomposant, suivi d’une réduction de la fonction oxime et d’une lactamisation offre une voie d’accès rapide au motif bicyclo[3.3.1]lactame, intermédiaire-clé de la synthèse. Une réaction de type Friedländer entre ce lactame et un ortho-aminobenzonitrile a permis d’accéder au squelette tetrahydrobenzo[1,8]naphthyridine de l'Eucophylline. La synthèse du composé modèle a enfin été complétée par l’introduction du substituant vinylique par un couplage de Heck. / The aim of this work was to develop new radical multi-component processes and their application in organic synthesis. Carbo-alkenylation processes were thus performed with new radical precursors, different olefins, in the presence of Z-diphenylsulfonylethylene as a terminal acceptor. Reaction conditions have also been optimized, including the diphenylsulfonylhydrazine as a radical initiator under U.V. irradiation, and substitute to the costly DTBHN. Tin-free conditions were also screened with the goal of replacing (Bu3Sn)2 with silyl radicals. Tris(trimethylsilyl)silylthiopropene was tested with success as a radical chain carrier. After this methodology studies, we developed a strategy toward the synthesis of Eucophylline, an alcaloid isolated from Leuconotis griffithii, which tetracyclic skeleton was elaborated based on a carbo-oximation of olefin. This multicomponent process, followed by a reduction of the oxime function and a lactamization offered a fast access to the bicyclo[3.3.1]lactam, a key-intermediate in the synthesis. A Friedländer-type reaction between this lactam and an ortho-aminobenzonitrile allowed an access to the Eucophylline tetrahydrobenzo[1,8]naphthyridine skeleton. The synthesis of the model compound was finally completed with the introduction of the vinylic substituent through a Heck coupling.

Cette thèse concerne la modélisation, l'étude mathématique et la simulation numérique des problèmes d'écoulements diphasique (liquide et gaz) multi-composant (principalement eau et hydrogène) en milieu poreux. Le domaine d'application typique concerne le stockage des déchets radioactifs de moyenne et haute activité à vie longue. Ce type d'étude est motivé, entre autre, par une augmentation de la pression au sein du stockage due à un dégagement d'hydrogène au niveau des colis, pouvant ainsi fracturer la roche environnante et donc faciliter la migration des radionucléides. En supposant que le transfert de masse entre l'hydrogène gazeux et l'hydrogène dissous est donné par la loi de Henry un premier modèle est étudié. Une preuve d'existence de solutions faibles pour ce modèle a été réalisée sans hypothèse de petites données et en traitant le modèle complet en considérant que la densité de chaque composant dépend de sa propre pression. Ensuite,nous avons fait évoluer le modèle vers un modèle à transfert de masse dynamique. On établit l'existence de solutions faibles pour ce deuxième modèle avec un principe du maximum sur la saturation liquide et sur la fraction massique d'hydrogène dissous. Parallèlement, un code numérique en 1D a été développé afin de comparer les solutions numériques obtenues entre le premier modèle et le second modèle lorsque la cinétique de changement de phase devient instantanée. Des accords probant ont été obtenus sur différents cas tests dont un issu des cas tests du GNR MOMAS diphasique. Enfin, un schéma numérique de type volumes finis avec un décentrage phase par phase pour la simulation des écoulements diphasiques eau-gaz sous l'hypothèse que la densité de chaque phase dépend de sa propre pression a été proposé. On établit la convergence de ce schéma numérique. Ce schéma a été validé sur un maillage 2D non structuré.

Sur la base de travaux précédemment réalisés au laboratoire concernant la réaction de Mannich vinylogue (RMV), nous avons continué le développement de cette réaction en mettant au point un protocole multi-composants. Nous avons ensuite étendu la gamme des substrats compatibles à différents hétérocycles azotés, de nouveaux électrophiles et nucléophiles avec des rendements généralement supérieurs à 80% et des rapports diastéréomériques supérieurs à 80/20. L’obtention de nombreux clichés de diffraction des rayons X a permis de confirmer que le diastéréomère majoritaire est toujours de configuration relative R*,R*. Nous avons ensuite valorisé ces produits en obtenant, en une étape, des structures tétracycliques complexes. Ces produits ont été synthétisés avec des rendements allant jusqu’à 87% et un rapport diastéréomérique supérieur à 95/5. Une étude de modélisation moléculaire a permis d’apporter une explication à cette diastéréosélectivité. La séquence RMV / cyclisation a conduit à la formation contrôlée de quatre centres stéréogéniques contigus. Ces structures tétracycliques ont ensuite servi de produits de départ vers la synthèse d’analogues d’une molécule naturelle antitumorale : l’émétine. Les intermédiaires de synthèse ont été testés pour leur activité cytotoxique. / On the basis of previous work done in the laboratory on the vinylogous Mannich reaction, we pursued the development of this reaction by devising a three component procedure. We then extended the scope of the reaction to different aza-heterocycles, to new electrophiles and nucleophiles with yields generally over 80% and diastereomeric ratios over 80/20. The numerous X ray structures obtained confirmed that the major diastereomer always present an R*,R* configuration. These substrates were then used to prepare complex tetracyclic structures in one step. These products were obtained with yield up to 87% and diastereomeric ratios up to 95/5. This diastereoselectivity was rationalized using molecular modeling. This vinylogous Mannich / cyclization reaction sequence allowed the controlled formation of four contiguous stereogenic centers. These tetracyclic structures were then used as starting points for the synthesis of analogues of emetine, a natural antitumor compound. The synthetic intermediates were tested for their cytotoxic activity.

Face au défi des entreprises pour le maintien de leurs équipements au maximum de leur fiabilité, de leur disponibilité, de leur rentabilité et de leur sécurité au coût de maintenance minimum, des stratégies de maintenance telles que le CBM et le PHM ont été développées. Pour mettre en œuvre ces stratégies, comme pour la planification des activités de production il est nécessaire de connaître l’aptitude des systèmes à réaliser les futures tâches afin de réaliser le séquencement des opérations de production et de maintenance. Cette thèse présente les éléments d'une fonction générique qui évalue la capacité des systèmes techniques multi-composants à exécuter les tâches de production de biens ou de services assignées. Ce manuscrit présente une proposition de modélisation de systèmes techniques multi-composants représentant les différentes entités qui les composent, leurs états et leurs relations. Plusieurs types d’entités ont été identifiés. Pour chacun d’eux, des inférences sont proposées pour définir à l’intérieur du système l’aptitude de l’entité à accomplir les futures tâches de production à partir des évaluations de son état présent et futur et des évaluations des états présents et futurs des autres entités avec lesquelles elle est en relation. Ces évaluations des états présents et futurs sont basées sur l’exploitation de pronostics locaux des composants. Ces pronostics sont des prévisions qui intrinsèquement comportent des incertitudes pouvant être aléatoires ou épistémiques. La fonction proposée et les inférences prennent en compte ces deux formes d’incertitudes. Pour cela, les traitements et la fonction proposée exploite des éléments de la théorie de Dempster-Shafer. La modélisation des systèmes multi-composants pouvant être représentée sous la forme de graphes dont les états des nœuds dépendent de données comportant des incertitudes, des éléments des réseaux bayésiens sont également utilisés. Cette fonction fournit des indicateurs, sur l’aptitude de chaque entité du système à accomplir les futures tâches de production mais aussi indique les composants nécessitant une intervention afin d’améliorer cette aptitude. Ainsi, ces indicateurs constituent les éléments d'aide à la décision pour la planification des opérations de maintenance de façon conditionnelle et préventive, mais aussi pour la planification des opérations de production. / One major challenge of companies consists in maintaining their technical production resources at the maximum level of reliability, availability, profitability and safety for a minimum maintenance cost, maintenance strategies such as CBM and PHM have been developed. To implement these strategies, as with production activity planning, it is necessary to know the ability of systems to perform future tasks to order production and maintenance operations. This thesis presents the generic function that evaluates the ability of multi-component technical systems to perform the production tasks of goods or services. This manuscript presents a proposal for the modelling of multi-component technical systems representing the different entities that compose them, their states and their relationships. Several types of entities have been identified. For each of them, inferences are proposed to define within the system the entity's ability to perform future production tasks based on its own assessment of its present and future state and the assessments of the present and future states of the other entities with which it is involved. These assessments of present and future states are based on the use of local prognoses of components. These prognoses are predictions that inherently involve uncertainties that may be aleatory or epistemic. The proposed function and inferences take into account these two kinds of uncertainty. To do this, the inferences and the proposed function uses elements of the Dempster-Shafer theory. Since the modelling of multi-component systems can be represented in the form of graphs whose node states depend on data with uncertainties, elements of Bayesian networks are also used. This function provides indicators on the ability of each system entity to perform future production tasks but also indicates the components that require maintenance to improve this ability. Thus, these indicators constitute the elements of decision support for the planning of maintenance operations in a conditional and preventive way, but also for the planning of production tasks.

Source de carbone la plus abondante du règne végétal et non concurrentielle de la chaîne alimentaire, la cellulose est une alternative aux ressources fossiles crédible pour le développement de nouveaux matériaux polymères. Néanmoins, à ce jour, les nombreux travaux décrits dans la littérature et visant la valorisation et la modification chimique de ce biopolymère fascinant ne répondent pas suffisamment, ou tout au moins que très partiellement, aux critères de durabilité. Pour répondre à ces critères de développement durable, le caractère renouvelable de la cellulose et les concepts de procédés propres et de chimie ‘verte’, doivent être réellement pris en compte. Ceci implique un choix réfléchi des solvants et réactifs utilisés, une maîtrise des procédés de modification chimique et bien évidemment une évaluation de la pertinence des produits formés, pour lesquels les propriétés obtenues doivent être innovantes et supérieures aux matériaux polymères existants. Cette thèse se divise en trois parties principales, à savoir la solubilisation, la régénération et la modification chimique de la cellulose. Tout au long de ce travail, une attention particulière a été portée sur la durabilité de sa transformation chimique pour viser l’élaboration de matériaux cellulosiques processables et aux propriétés innovantes. Dans la première partie de la thèse, un système composé d’un catalyseur organique nucléophile (DBU) et de CO2 a permis la dissolution rapide de la cellulose dans le DMSO. Une étude détaillée visant à optimiser le système DMSO-DBU-CO2 a été réalisée grâce à un suivi par spectroscopie infrarouge in situ. Ainsi, jusqu'à 8 % massique de cellulose ont pu être dissous en 15 minutes à 30 °C sous une faible pression de CO2 (2-5 bars). L’originalité de ce système commutable (fixation-relargage réversible du CO2), par comparaison aux autres solvants classiques de la cellulose, inclut une recyclabilité plus facile par simple dépressurisation du CO2 et une solubilisation rapide et douce, à plus bas coût, en comparaison aux systèmes utilisant les liquides ioniques. La mise en évidence de la création de fonctions carbonate par réaction avec différents composés électrophiles tels les halogénures d’alkyle a permis d’avoir une connaissance approfondie de ce système. L'optimisation réussie d'un système ‘propre’ permettant la dissolution de la cellulose nous a conduit à étudier sa régénération. Dans cet objectif, des aérogels de cellulose ont été préparés par un procédé de solubilisation, coagulation et lyophilisation. Différents paramètres ont été examinés tels la concentration en cellulose, le solvant de coagulation ou encore la nature et concentration en super-base (DBU-CO2), sur les propriétés des aérogels (densité, morphologie, taille des pores). Les résultats obtenus démontrent que des aérogels avec une densité entre 0.05 et 1,2 g/cm3, des porosités entre 92 et 97 % et des tailles de pore entre 1,1 et 4,5 μm ont été obtenus. Enfin, l’analyse des aérogels par microscopie électronique à balayage (SEM), a révélé la formation de réseaux de cellulose interconnectés et macroporeux. La modification chimique de la cellulose pour l’élaboration de matériaux processables aux propriétés innovantes fait l’objet de la troisième partie de la thèse. Cette partie est divisée en deux sous-parties: la dérivatisation de la cellulose par réaction de transestérification d’une part, et par réaction multi-composants, d’autre part. Dans la première sous-partie et gardant à l'esprit les principes de la chimie verte, la nature unique du système commutable DBU-CO2 amenant un changement d’hydrophilie du squelette cellulosique a permis l’utilisation directe de l’huile de tournesol pour la transestérification de la cellulose. [...] / As the most abundant source of carbon in our planet, without any competition with food or feed supplies, cellulose is a viable alternative to replace the widely used and unsustainable fossil-based polymers. However, the majority of researchers working on this fascinating biopolymer fail to incorporate sustainability considerations during cellulose chemical transformation to make materials. The consequence is a shift of the “environmental burden” to other stages of the process cycle. Therefore, to ensure sustainability, both the renewability feature of cellulose as well as sustainability considerations concerning its transformation processes are necessary. This implies to consider the solvent, the reactants, the derivatization process and the wastes produced as well as an evaluation of the suitability of the resultant products, for which relevant properties have to be obtained to compete with existing alternatives. This thesis is therefore divided into three main parts (solubilization, regeneration and derivatization of cellulose), and addresses the various concerns of sustainability during cellulose transformation with an end-goal of making processable materials.In the first part of the thesis, a sustainable solvent system for cellulose was investigated. In this regard, a detailed optimization study of the DBU-CO2 switchable solvent system was performed using in-situ infrared spectroscopy. Upon optimization, up to 8 wt.% cellulose could be dissolve within 15 min at 30 °C using low CO2 pressure (2-5 bar). What makes this solvent system sustainable, when compared to other classical cellulose solvents, includes: easier recyclability by simple release of the CO2 pressure, fast and mild solubilization and lower cost compared to ionic liquids. Finally, by successfully trapping the formed in-situ cellulose carbonate using an electrophile, a clearer understanding of this solvent system was established.The successful optimization of a sustainable solvent system for cellulose led to the second part of the thesis: the regeneration of cellulose. Here, the general solubilization and coagulation ways followed by freeze-drying was adopted to prepare cellulose aerogels. Various processing conditions such as cellulose concentration, coagulating solvent and super base, were investigated on their effect of the aerogels properties (density, morphology, pore size). The obtained results showed aerogels with densities between 0.05 and 1.2 g/cm3, porosities between 92 and 97 % and pore sizes between 1.1 and 4.5 μm. In addition, from scanning electron microscopy (SEM), open large macroporous inter-connected cellulose networks were observed.The derivatization of cellulose to make thermally processable materials is covered in the third part of the thesis. This part is divided into two sub-parts; transesterification and multicomponent reaction modification. [...] / Als Kohlenstoffquelle mit der größten Verfügbarkeit auf unserem Planeten, ohne Konkurrenz zur Lebens- und Futtermittelversorgung, stellt Cellulose eine interessante Alternative dar, um die vielfältig genutzten, nicht-nachhaltigen Polymere auf Erdölbasis zu ersetzen. Die Mehrheit der Forscher, die mit diesem faszinierenden Biopolymer arbeiten, vernachlässigt allerdings Überlegungen zur Nachhaltigkeit in die chemische Modifizierung von Cellulose bei der Herstellung von Materialien zu integrieren. Die Konsequenz dessen ist eine Verlagerung der Umweltbelastung auf andere Abschnitte des Prozess-Zyklus. Um Nachhaltigkeit sicherzustellen, sind deshalb sowohl der erneuerbare Aspekt von Cellulose als auch Überlegungen zur Nachhaltigkeit im Reaktionsprozess wichtig. Dies beinhaltet die Berücksichtigung des Lösungsmittels, die Reaktanden, des Derivatisierungsprozesses, die produzierten Abfälle sowie eine Beurteilung der Nachhaltigkeit der resultierenden Produkte, die relevante Eigenschaften aufweisen müssen um mit bestehenden Alternativen konkurrieren zu können. Diese Arbeit ist deshalb in drei Teile gegliedert (Löslichkeit, Rückgewinnung und Derivatisierung von Cellulose) und befasst sich mit den verschiedenen Aspekten der Nachhaltigkeit während der Umsetzung von Cellulose mit dem Ziel, verarbeitbare Materialien herzustellen.Im ersten Teil der Arbeit wurde ein nachhaltiges Lösungsmittelsystem für Cellulose untersucht. In diesem Zusammenhang wurde eine detaillierte Optimierungsstudie des DBU-CO2 schaltbaren Lösungsmittelsystems mittels in-situ Infrarot Spektroskopie durchgeführt. Nach der Optimierung konnten bis zu 8 Gew.-% Cellulose innerhalb von 15 min. bei 30°C und einem niedrigen CO2-Druck (2-5 bar) gelöst werden. Verglichen mit klassischen Lösungsmitteln für Cellulose weist dieses Lösungsmittelsystem verschiedene nachhaltige Aspekte auf: Einfaches Recycling durch entfernen des CO2-Drucks, schnelles und mildes Auflösen und geringere Kosten als ionische Flüssigkeiten. Durch erfolgreiches Abfangen des in-situ gebildeten Cellulose-Carbonats mit einem Elektrophil, konnte schließlich ein besseres Verständnis dieses Lösungsmittelsystems erreicht werden. Die erfolgreiche Optimierung eines Lösungsmittelsystems für Cellulose führte zum zweiten Teil der Arbeit: der Regenerierung von Cellulose. Hier wurde der bereits mit anderen Systemen beschriebene Weg von Lösen und Ausfällen, gefolgt von Gefriertrocknen übernommen, um Cellulose-Aerogele herzustellen. Verschiedene Bedingungen bei der Verarbeitung wie die Cellulose-Konzentration, Lösungsmittel zum Ausfällen und die Superbase und deren Effekt auf die Eigenschaften der Aerogele (Dichte, Morphologie und Porengröße) wurden untersucht. So wurden Aerogele mit einer Dichte von 0.05-1.20 g/cm3, Porositäten zwischen 92 und 97% und Porengrößen zwischen 1.1 und 4.5 μm erhalten. Zusätzlich wurden im Rasterelektronenmikroskop offene große und makroporöse, miteinander verbundene Cellulose-Netzwerke beobachtet. [...]

L’utilisation de matières premières renouvelables pour la production de produits chimiques est un enjeu majeur de l’industrie chimique. Elle vise à répondre aux contraintes environnementales et économiques de disponibilité des ressources fossiles et de limitation de l’empreinte carbone des produits chimiques. Il existe une famille de molécules fonctionnelles directement issues de la biomasse dénommées « molécules plateforme ». Parmi elles, le 5-hydroxyméthylfurfural (HMF), porteur d’une fonction aldéhyde, un motif furanique et un groupe CH2OH, est particulièrement intéressante. Cependant, sa stabilité modérée, notamment en conditions acides, est une forte limitation de sa chimie et son utilisation vers des cibles en chimie fine reste un défi. Les réactions multi-composantes conduisent à des architectures élaborées à partir de briques simples de manière économe en temps et nombre d’étapes. Beaucoup de ces réactions concernent la fonction aldéhyde, ce qui rend intéressant de les appliquer au 5-HMF. Ceci est l’objet de cette thèse, qui porte sur deux réactions en particulier, Biginelli et Kabachnik-Fields. La réaction de Biginelli est la condensation d’un aldéhyde, un composé dicarbonylé et une urée conduisant à des dihydropyrimidinones (DHPMs). Etant acido-catalysée, il a été nécessaire d’optimiser les conditions pour l’appliquer au HMF. Les meilleures conditions (réaction sans solvant, ZnCl2) ont permis d’atteindre une large variété de nouvelles DHPMs dans des rendements convenables à très bons. La réaction de Kabachnik-Fields est la condensation d’un aldéhyde avec une amine et un dialkyl phosphate, conduisant à des a-aminophosphonates. Les conditions optimales trouvées pour son application au 5-HMF sont l’utilisation d’iode comme catalyseur dans le solvant biosourcé 2-MeTHF à température ambiante ou modérément élevée. Une série de nouveaux a-aminophosphonates comportant le motif HMF a été préparé. Le groupe hydroxyméthyle issu du HMF persiste dans le produit, offrant de nombreuses possibilités de dérivation et démontrant son utilité comparativement à la chimie du furfural. / Recently, the production of chemicals, either bulk or fine chemicals, from renewable biomass has attracted growing interests due to the dwindling reserve of fossil resources and the increasing awareness of environmental concerns. Some chemicals with a structure able to generate a number of derivatives, and able to be directly produced from biomass, are referred to as bio-based “platform chemicals”, and constitute the bridge between biomass and down-stream chemicals. Among these chemicals, 5-hydroxymethylfurfural (HMF), bearing an aldehyde group, a hydroxymethyl group, and a furan moiety, is the most popular one. However, its limited stability obstructs its applications in organic synthesis. Thus, developing mild and efficient synthetic routes towards existing or novel fine chemicals from HMF is still a challenging task. Multicomponent reactions (MCRs) are powerful synthetic tools allowing the straightforward formation of elaborated molecules from simple starting materials in a time- and step-saving manner. Among MCRs, many involve the aldehyde as one of the reactive components, making HMF as a potential interesting substrate in such strategies. This thesis aims at exploring the use of HMF in MCRs to provide novel fine chemicals, focusing on two reactions, namely the Biginelli and Kabachnik-Fields reactions. The Biginelli reaction is a condensation of an aldehyde, a dicarbonyl compound and urea. Although it is an old reaction, it is still showing thriving vitality, as many of its products, namely dihydropyrimidinones, exhibit various biological properties. We have investigated the reaction by choosing proper conditions to adapt to HMF, notably with respect to acidic conditions. The best conditions found for the reaction are the use of ZnCl2 as a mild Lewis acid catalyst without any solvent, giving access to new dihydropyrimidinones in modest to good yields. The Kabachnik-Fields reaction is a one-pot condensation of aldehydes, amines and dialkyl phosphites, and is considered as the most efficient and convenient approach to a-aminophosphonates. For the specific case of HMF, we could establish that the best conditions were the use of iodine as a catalyst in the bio-based solvent 2-MeTHF and room or moderately elevated temperature. Using these optimized conditions, a wide range of HMF-based a-aminophosphonates were prepared in modest to excellent yields. The hydroxymethyl group persisting in HMF-based a-aminophosphonates offers the possibilities of further modification and derivatization, illustrating the benefit of HMF as compared to furfural, for accessing a wider scope of chemical structures.