Le bore est nécessaire pour le développement des plantes supérieures (structuration de la paroi végétale). Il pose cependant des problèmes (défoliation, pourriture et chute des fruits mûrs). Pour l’homme, sa toxicité se traduit par des nausées, des diarrhées, des troubles du développement intellectuel, neurologique et physique. La pénurie en eau douce conduit à dessaler l’eau de mer pour augmenter la quantité en eau destinée à la consommation humaine, l’industrie et l’agriculture. Lors de ce procédé, il faut éliminer les ions majeurs mais aussi le bore présent à des concentrations élevées (> 4,5 mg L–1, environ 0,45 mM). Son usage dans l’industrie et son rejet dans l’environnement conduisent à la pollution des eaux souterraines et de surface. Son élimination est donc indispensable, sachant que l’Organisation Mondiale de la Santé recommande une valeur guide de 0,5 mg L–1 dans l’eau potable et une valeur maximale de 0,3 mg L–1 dans l’eau utilisée pour l’irrigation. Cette thèse porte sur l’étude cinétique et thermodynamique des échanges du bore à la surface de différents matériaux en fonction de paramètres physico-chimiques (pH, concentration initiale …) à l’aide d’essais en réacteurs fermés et en colonnes. Deux types de résines commerciales ont été choisies : (i) les résines échangeuses d’anions Ambersep 900-OH et Amberlite IRA 402 Cl avec des fonctions ammonium, (ii) les résines spécifiques Amberlite IRA 743 et Diaion CRB 03 ayant des fonctions méthylglucamine. Les premières essais en réacteurs fermés montrent que les échanges liquide-solide sont rapides avec une élimination du bore > 96 % pour t < 30 min pour Amberlite IRA 743, Diaion CRB 03 et Ambersep 900-OH. Pour t > 2 h, un équilibre est observé pour toutes les résines. Le modèle du pseudosecond ordre permet de décrire la cinétique de sorption pour les 4 résines. A l’équilibre, l’adsorption est maximum d’une part dans une gamme de pH compris entre 6 et 12 pour les 2 résines sélectives Amb IRA 743 et CRB 03, et d’autre part pour un pH de 8 pour la résine Ambersep 900-OH et un pH 10 pour la résine Amberlite IRA 402 Cl. A pH 8 et pour les concentrations en bore < 20 mM, la sorption du bore est représentée par le modèle de type Langmuir pour Amberlite IRA 743, Ambersep 900-OH et Diaion CRB 03. Par contre, la rétention du bore sur Amberlite IRA 402 Cl suit une isotherme de type linéaire. A pH 8 et pour des concentrations en bore < 20 mM, les capacités de sorption sont : 1, 0,7, 0,3 et 0,05 mmol g–1 pour Diaion CRB 03, Amberlite IRA 743, Ambersep 900-OH et Amberlite IRA 402 Cl, respectivement. Les résines Ambersep 900-OH, échangeuse d’anions, et Amberlite IRA 743, sélective, ont été utilisées pour les essais en colonnes en fonction de la concentration en bore et du temps de séjour. Pour la résine spécifique, le temps de séjour dans la colonne affecte fortement le comportement du bore : lorsqu’il diminue, son élution est rapide suivie d’une longue traînée ; lorsqu’il augmente, la courbe de percée correspond à un système à l’équilibre. Pour un temps de séjour élevé, les résultats confirment la non-linéarité observée lors des essais en réacteurs fermés. Pour la résine échangeuse d’anions, la non-linéarité est aussi confirmée. Ces essais permettent de différencier le comportement du bore lors de sa désorption. La régénération est obtenue après des traitements acides et basiques pour la résine spécifique alors qu’un traitement alcalin est suffisant pour la résine anionique. Une étude plus détaillée des mécanismes est en cours et permettra de les intégrer dans un même modèle. La fixation du bore sur des pectines et sa rétention par des membranes d’ultrafiltration (membranes de seuil de coupure différent) a aussi été étudiée. Les pectines ont été caractérisées (composition en sucre et en bore présent initialement) et la viscosité des solutions pectiques mesurée. Des essais de filtration ont permis de déterminer l’efficacité de production et de rétention du bore sur ces matériaux. / Boron is an element, which is necessary as essential nutrient for living organisms, especially for plants where it is involved in cell wall composition. But boron excess can cause some problems on the development of plants (defoliation, decay and fall unripe fruits), of humans and animals such as nausea, diarrhoea, dermatitis, lethargy. Boron toxicity also changes blood composition, caused disorder in neurological, physical, intellectual development. Nowadays, due to the shortage of fresh water sources, seawater desalination has been becoming an alternative fresh water supply. However, the presence of boron in seawater is quite high (4.5 mg L–1, around 4.5 mM). Moreover, the increasing use of boron in industries and its discharge to the environment has led to the contamination of surface and ground waters. As the result, boron removal, in production of drinking water becomes very important. Therefore, the World health organization has recommended a guideline of 0.5 mg L–1 B in drinking water and a maximum limit of 0.3 mg L–1 B in fresh water used for irrigation. The objective of this thesis is to study the mechanisms of boron surface exchange on different materials versus time and at equilibrium depending on some physicochemical parameters such as pH, initial boron concentration, reaction time in order to find a new exchanger for boron removal. Boron removal was carried out by ion exchange process using 2 types of resins: Amberlite IRA 743, Diaion CRB 03 as boron selective resins with methylglucamine functions, and Ambersep 900-OH and Amberlite IRA 402 Cl as anionic exchange resins with ammonium functions. From batch studies, fast exchange between resin surface and liquid phase was observed with boron removal up to at least 96 % within 30 min for Amberlite IRA 743, Diaion CRB 03 and Ambersep 900- OH. The reaction between resin surface and boron solution reached equilibrium after 2 h for all the resins. The pseudo-second order kinetic model was used to well describe the sorption kinetic process of the resins. At equilibrium, the experimental results showed that the maximum adsorption was observed to be achieved at pH 8 for Ambersep 900- OH, pH 10 for Amberlite IRA 402 Cl and independent on pH range from 6 to 12 for the 2 boron selective resins Amberlite IRA 743 and Diaion CRB 03. At pH 8 and for boron concentrations < 20 mM, the Langmuir-type relationship was used to fit the experimental data for Amberlite IRA 743, Ambersep 900- OH and resin Diaion CRB 03. In the range of studied boron concentration, the boron sorption onto Amberlite IRA 402 Cl followed linear-type behaviour. At pH 8 and for boron concentrations < 20 mM, the sorption capacities are: 1, 0,7, 0,3 et 0,05 mmol g–1 for Diaion CRB 03, Amberlite IRA 743, Ambersep 900- OH and Amberlite IRA 402 Cl, respectively. Column experiments were performed with the anionic resin Ambersep 900-OH and the selective one Amberlite IRA 743 by studying both the influence of boron concentration and the residence time. For the selective resin, if the residence time decreases, the boron breakthrough is fast followed by a long tail. For larger residence time, local equilibrium seems to be assumed. Results are thus consistent with batch experimental data. For the anionic resin, the nonlinear behaviour is also confirmed. Moreover, column experiments showed a strong difference during desorption. To regenerate resins, acid and basic treatments are necessary for the selective resin although a basic solution is enough for the anionic resin. A more detailed study of mechanisms is in progress in order to build a exchange model for predicting boron fate. Finally, characterization of pectins was also performed. Its composition (sugar and boron content) and the viscosity of pectin solutions were quantified. Filtration experiments allowed testing the efficiency of such material to remove boron too

L'utilisation extensive des combustibles fossiles, l'émission de gaz à effet de serre dans l'atmosphère et les difficultés de recyclage des résidus de consommation incitent au recours accru aux polymères biodégradables. Dans le domaine du génie électrique, de nombreux polymères trouvent des applications dans les systèmes d'isolation des matériels électriques. Ces polymères sont issus du pétrole, peu respectueux de l'environnement et la plupart d'entre eux ne sont pas biodégradables. Dans le but de les remplacer, des polymères biodégradables ont été explorés.Une revue des travaux de recherche sur les polymères biodégradables dans le domaine du génie électrique a été réalisée. Les propriétés thermiques et électriques de polymères biodégradables et conventionnels sont rapportées et comparées.Les polymères biodégradables et / ou biosourcés sélectionnés et mis en œuvre sont le Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV), le polycaprolactone (PCL) et l’acide polylactique PLA. Un matériau nanocomposite basé sur PLA a également été préparé. Les propriétés diélectriques pour une large gamme de température et de fréquence ont été mesurées par spectroscopie diélectrique et analysées en s’appuyant sur les propriétés thermiques obtenues par DSC et DMA. La résistivité volumique et la tenue diélectrique ont pu également être mesurées. Ces polyesters biodégradables sont comparés aux polymères conventionnels. / The declining resources of fossil fuels, increase in wide-spread pollution, emission of green-house gases and difficulties in recycling waste materials are pushing biodegradable polymers into prominence. In the domain of electrical engineering, many polymers find applications in various electrical insulation systems. These polymers are petro-based, not eco-friendly and most of them are not biodegradable. With an objective to replace conventional products, biodegradable polymers are explored for their dielectric properties.In this work, a detailed study on the present status in the research work on biodegradable polymers in the electrical engineering domain is presented. Thermal and electrical properties of both biodegradable and classical polymers are compiled and compared.The polymers processed and studied were Poly(3-hydroxybutyrate-co-3-hydroxyvalerate) (PHBV), Polycaprolactone (PCL), Poly(lactic acid) (PLA) and PLA based nanocomposite. Dielectric properties for a wide range of temperature and frequency were measured by dielectric spectroscopy and analyzed with the help of DSC and DMA experiments. Volume resistivity and electrical breakdown were measured on few polymers. These biodegradable polyesters were compared with conventional polymers.

L’utilisation et la valorisation de ressources renouvelables dans le domaine de la chimie connait un intérêt grandissant pour remplacer les ressources fossiles. Le travail présenté dans ce manuscrit de thèse est axé sur deux ressources bio-sourcées utilisées pour la préparation de thermodurcissables bio-sourcés : huile végétale et biomasse lignocellulosique. La première partie concerne les polybenzoxazines. A partir d’un monomère à base de phénol, le caractère bio-sourcé est progressivement augmenté par substitution du phenol par du cardanol. Le cardanol est un dérivé phénolique bio-sourcé extrait de l’huile de coque de noix de cajou. Une première étude se concentre sur les effets apportés par cette chaine alkyle sur la réactivité et les propriétés finales du matériau. Par la suite, la réaction de polymérisation du composé de référence est évaluée par des études cinétiques, corrélées aux analyses thermo-mécaniques pour une meilleure compréhension de la réaction de polymérisation. La seconde partie de cette thèse se concentre sur la préparation de composites totalement bio-sourcés, avec des microfibrilles de cellulose (MFC) modifiées pour obtenir des dialdehyde cellulose (DAC). Le poly(alcool furfruylique) (PFA) est une matrice bio-sourcée polymérisée à partir d’alcool furfurylique (FA) et d’anhydride maléique, tous deux obtenus à partir du HMF. Les propriétés du PFA peuvent être modifiées en y incorporant un renfort, tel que la cellulose. La modification de MFC par oxydation génère des fonctions aldéhydes réactives qui améliorent la compatibilité avec la matrice. Cette étude compare différents composites préparés à partir de MFC oxydée à différents DO pour déterminer quel DO entraine une meilleure compatibilité. Pour finir, des matériaux préparés à partir d’une unique source de cellulose, les « all cellulose composites », ont fait l’objet de la dernière étude. Deux différents renforts furaniques ont été utilisés pour contrer les problèmes de sensibilité à l’humidité de la cellulose, et donc augmenter l’hydrophobicité. / To reduce the use of finite petroleum-based resources, interest has grown regarding the valorization of renewable resources in chemistry. The work presented in this thesis focused on two bio-based resources: plant oil and lignocellulosic biomass, for the preparation of greener thermoset materials. The first part discussed about polybenzoxazine thermosets. The bio-based content was gradually increased through substitution of petro-based phenol by bio-based cardanol. Cardanol is a natural phenolic derivative extracted from the cashew nutshell liquid. A first study focused on the effect of this aliphatic side chain and how it can tune the reactivity and the final thermo-mechanical properties of the materials. In the following study the reactivity of polymerization of di-phenol monomer was investigated using advanced isoconversional analyses and thermo-mechanical analyses for a better understanding of the polymerization reaction. The second part discussed about the preparation of fully bio-based composites using modified cellulose microfibrils (MFC). Poly(furfuryl alcohol) (PFA) is a bio-based matrix obtained after polymerization of furfruyl alcohol (FA) with maleic anhydride, both obtained from HMF. The PFA properties can be modified by the introduction of cellulose as a filler. MFC was modified by oxidation to lead to reactive dialdehyde functions. By varying the degree of oxidation (DO), the properties of different composites were studied to determine the most adequate DO for the better PFA/MFC compatibility and the most adequate PFA/MFC ratio. Finally, the last study of this thesis focused on the concept of “all cellulose composites” (ACC), and particularly how to reduce the moisture sensitivity of these materials. Two different furanic compounds were used as cross-linkers to increase the hydrophobicity: a first compound with one furan ring and a second with two furan rings.