Dans l'objectif d'améliorer la mise en forme des polymères semi-conducteurs tels que le poly (3,4-éthylènedioxythiophène) et la polyaniline, nous avons développé leur synthèse par polymérisation en dispersion de leurs monomères respectifs en utilisant le poly(oxyde d'éthylène), le poly (vinyl alcool), le poly [(N-vinylpyrrolidone)-co-(vinyl alcool)] et le poly [(N-vinylpyrrolidone)-b-(vinyl alcool)] comme stabilisants réactifs dans des milieux dispersants aqueux. Des nano-objets de nature et de structure bien définis ont été obtenus. Afin de moduler la conductivité et les propriétés opto-électroniques de ces nano-objets, leurs composites avec des métaux tels que l'or, l'argent et le cuivre ont été préparés en utilisant les sels métalliques correspondants comme co-oxydants au cours de la polymérisation en dispersion. La morphologie des nano-objets a notamment été évaluée par Microscopie Electronique en Transmission, Microscopie Electronique à Balayage, et Microscopie à Force Atomique. Le nature cœur-écorce de ces nano-objets, le niveau de dopage et la présence de métaux dans les nano-composites ont été examinés par spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X. / With the objective to improve the processability of “stiff” semi-conducting polymers, well defined poly(3,4-ethylenedioxythiophene) and polyaniline core-shell nano-objects were synthesized by dispersion polymerization of their respective monomers using poly(ethylene oxide), poly(vinyl alcohol), poly[(N-vinylpyrrolidone)-co-(vinyl alcohol)] and poly[(N-vinylpyrrolidone)-b-(vinyl alcohol)]-based reactive stabilizers in aqueous dispersant media. In order to improve the conductivity and opto-electronic properties of these nano-objects, their composite with gold, silver and copper were prepared using the metal salts as co-oxidants during dispersion polymerization. The morphology of the nano-objects was observed by microscopy analyses such as Transmission Electron Microscopy, Scanning Electron Microscopy, and Atomic Force Microscopy. The core-shell nature of these nano-objects, doping level and the presence of metals in the nano-composites were examined by X-rays Photoelectron Spectroscopy.

La contamination microbienne des surfaces est l’une des préoccupations majeures des secteurs d’activités comme l’industrie agro-alimentaire, la santé publique et les milieux hospitaliers. Face aux problèmes de santé publique liés à contamination bactérienne sur les surfaces, la préparation de surfaces aux propriétés antibactériennes est devenue un intérêt de recherche majeur pour de nombreux scientifiques et ce, dans de nombreux domaines de recherches. Du point de vue de la chimie, des matériaux et de la microbiologie, la fonctionnalisation des surfaces de matériaux polymères préexistants sans altérer leur propriété initiale est une solution séduisante. Pour cela, développer des nouveaux matériaux antibactériens/antifouling où la surface serait fonctionnalisée par des polymères antimicrobiens, greffés de manière robuste i.e. de façon covalente représente une solution idéale. Afin de faciliter et d’accélérer le processus de criblage, il est proposé dans ce travail une nouvelle approche pour obtenir des polymères ayant des propriétés antimicrobiennes à la fois en solution et à partir de la surface. Ce travail comprend une étude de (co)-polymérisations contrôlées d'esters actifs servant d’intermédiaires pouvant être post-modifiés pour synthétiser des polymères d'intérêts présentant les caractéristiques antimicrobiennes attendues.Ce travail démontre que la polymérisation radicalaire contrôlée en présence de Cu(0)/Cu(II) est une technique appropriée qui permet de préparer facilement des (co)-polymères réactifs, en solution mais aussi à partir de surface de poly (téréphtalate d’éthylène), communément appelé PET. Dans un premier temps, nous aborderons l'étude de la polymérisation contrôlée du méthacrylate de pentafluorophényle (PFPMA), avec son optimisation en solution, puis à partir de surface du PET porteuse de groupement d’amorçage. De plus, la polymérisation du méthacrylate de p-nitrophényle (NPMA) sera également examinée, ainsi que la copolymérisation des deux esters actifs là-encore par polymérisation de type contrôlée en présence de Cu(0)/Cu(II). La post-modification des polymères activés est ensuite présentée. La post-modification s’est révélée efficace et facile à mettre en œuvre. La structure et les caractéristiques des polymères obtenus ont été analysées et confirmées. Il est à noter que la post-modification a pu être effectuée par un processus séquentiel avec une fonctionnalisation simple ou avec plusieurs huiles essentielles, qui possèdent des propriétés naturelles antibactériennes ou antioxydantes. Différents films de PET ont été modifiés, des polymères aux propriétés anti-adhérentes ont été greffés par cette même méthodologie. Ces surfaces modifiées ont été testées contre deux bactéries modèles telles que Staphylococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa afin de déterminer si les modifications de surface ont conféré au film de PET les propriétés biologiques attendues. / Microbial contamination on surfaces has become major concern in various areas including industrial process as well as public health and hospitalization. Being aware of several problems causing by adherence and attachment of bacteria on a surface, preparation of antibacterial surface has become a global research interest for researchers in many domains. From the chemistry integrated with material science and microbiology point of view, functionalization of existing polymeric material surfaces is an attractive solution. In this domain, the surface functionalized with covalently grafted antimicrobial polymers represents an ideal solution. In order to facilitate the screening process, it is proposed in this particular research a new approach to obtain polymers with antimicrobial properties both in solution and from surface. The present approach includes a study in controlled (co)polymerization of active ester(s) serving as intermediate templates that can be eventually modified by polymer post-modification process to fabricate polymer of interest with expected antimicrobial characteristics.In general, it is demonstrated herein that the use of Cu(0)-mediated reversible deactivation radical polymerization (RDRP) is a suitable technique that allows facile preparation of reactive (co)polymers in solution and from surface of poly(ethylene terephthalate). First of all, this thesis focused on the study of controlled polymerization of pentafluorophenyl methacrylate (PFPMA) which appeared to be challenging. Furthermore, along with the optimization of polymerization in solution was the investigation of surface-initiated polymerization of this monomer from PET surface. Besides, polymerization of p-nitrophenyl methacrylate (NPMA) and copolymerization of the two active esters by Cu(0)-mediated RDRP were also examined. In addition, polymer post-modification of obtained (co)polymers with various compounds had been proven to be efficient, easy to perform. The structure and characteristics of obtained products were confirmed to match with expectations. It is remarkable that the post-modification can be done as sequential process, single or dual functionalization with several different essential oils, which are natural antibacterial or antioxidant compounds. On the other hand, the success in polymerization and post-modification of polymer of active esters in solution allowed the fabrication of different PET film grafted with polymers that are envisaged to have antiadhesion properties. Attempts to test such properties were also done against two model bacteria including Staphylococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa to investigate if expectations are valid.

Le mélange de polymères est une méthode répandue pour élaborer des matériaux polymères. Cependant, la plupart des polymères sont thermodynamiquement immiscibles entre eux, engendrant une séparation de phase des mélanges et une détérioration de leurs propriétés. Afin de palier ces problèmes, la méthode dite compatibilisation réactive est souvent employée. Elle est basée sur la formation in-situ de copolymères à bloc ou greffés par l’intermédiaire de réactions interfaciales entre polymères réactifs. Cette thèse a pour objet de développer un concept dit agent compatibilisant-traceur réactif qui permettra d’utiliser de faibles quantités d’agents compatibilisants réactifs pour évaluer leurs efficacités de compatibilisation directement sur des extrudeuses bi-vis industrielles, d’une part ; et de caractériser la performance du mélange d’une extrudeuse bi-vis en fonction des conditions opératoires et/ou du profil de vis employé. Ses principales contributions se résument ci-après. L’anthracène de 9-méthylaminométhyle (MAMA), une molécule fluorescente, est incorporée dans un copolymère statistique de styrène (St) et d’isocyanate de 3-isopropenyle-?, ?’-diméthylebenzène (TMI), noté PS-TMI, pour former un agent compatibilisant-traceur réactif, noté PS-TMI-MAMA. Ce dernier sert à la fois comme agent compatibilisant réactif grâce aux groupements isocyanate et traceur grâce aux groupements fluorescents. Il est utilisé pour les mélanges à base de polystyrène (PS) et de polyamide 6 (PA6) afin d’évaluer son efficacité de compatibilisation. Les mélanges PS/PA6 sont élaborés dans un mélangeur discontinu et une extrudeuse bi-vis, respectivement. Dans le cas du mélangeur discontinu, la quantité du copolymère greffé formé in-situ, noté PS-g-PA6-MAMA, augmente alors que le diamètre des domaines de la phase dispersée (DDD) diminue considérablement au début du mélange. Lorsque le mélange se poursuit, le nombre de greffons en PA6 du PS-g-PA6-MAMA augmente, engendrant une composition très asymétrique du PS-g-PA6-MAMA qui est thermodynamiquement instable aux interfaces. De ce fait, il peut être arraché des interfaces vers la phase PA6 et peut y former des micelles. Lorsqu’il est arraché des interfaces, il perdra son efficacité de compatibilisation et le DDD augmentera. L’action du mélange a un double effet sur le procédé de compatibilisation réactive. Il promeut la réaction interfaciale entre le PS-TMI-MAMA et le PA6, d’une part ; et aggrave l’arrachage du PS-g-PA6-MAMA de l’interface, d’autre part. L’utilisation de faibles quantités de l’agent compatibilisant-traceur réactif permet de mesurer les évolutions de la teneur en agent compatibilisant-traceur réactif, du DDD et de la teneur en agent compatibilisant-traceur réactif ayant réagi en fonction du temps de séjour dans une extrudeuse bi-vis. Pour une masse molaire donnée, l’efficacité de compatibilisation d’un agent compatibilisant-traceur réactif augmente avec l’augmentation de la teneur en TMI dans une certaine limite. Pour une teneur en TMI donnée, la réaction interfaciale est plus rapide avec la diminution de la masse molaire dans une certaine limite et le DDD devient plus petit en un temps plus court. L’influence du taux de remplissage de la vis est plus significative que celle du temps de séjour. Lorsque le taux de remplissage de la vis augmente, le taux de la réaction interfaciale augmente et le DDD diminue. Lorsque l’angle d’un élément de mélange augmente, les efficacités du mélange distributif et du mélange dispersif augmentent, ce qui se traduit par une augmentation de la quantité du PS-g-PA6-MAMA formée et une diminution du DDD par rapport à la même quantité de PS-g-PA6-MAMA produite. Lorsque la largeur d’un élément de mélange augmente, l’efficacité du mélange distributive augmente alors que celle du mélange dispersif demeure inchangée. La substitution d’éléments de mélange par des éléments inverses améliore l’efficacité du mélange distributif et celle du mélange dispersif / Polymer blending is a common method to prepare high-performance polymer materials. However, most polymer pairs are thermodynamically immiscible, leading to phase separation and deterioration in material properties. To overcome such problems, the most common method is reactive compatibilization which is based on the in-situ formation of a graft or block copolymer by interfacial reaction between reactive polymers. This thesis aims at developing a concept of reactive compatibilizer-tracer which will allow using small amounts of reactive compatibilizers to evaluate their compatibilizing efficiency in industrial scale twin screw extruders, on the one hand; and to characterize the mixing performance of a twin screw extruder as a function of process conditions and/or screw profile. Its main contributions are summarized below. 9-(methylaminomethyl) anthracene (MAMA), a fluorescent molecule, is incorporated into a random copolymer of styrene (St) and 3-isopropenyl-?, ?’-dimethylbenzene isocyanate (TMI), denoted as PS-TMI, to form a reactive compatibilizer-tracer, denoted as PS- TMI-MAMA. The latter serves both as a reactive compatibilizer due to its isocyanate moieties and a tracer due to its fluorescent moieites. It is used for polystyrene (PS)/polyamide 6 (PA6) blends to evaluate its compatibilizing efficiency. Compatibilized PS/PA6 blends are processed in a batch mixer and in a twin screw extruder, respectively. In the case of the batch mixer, the amount of the in-situ formed graft copolymer denoted as PS-g-PA6-MAMA increases and the dispersed phase domain diameter (DDD) decreases drastically in the initial period of mixing. As the mixing further proceeds, the number of PA6 grafts of the PS-g-PA6-MAMA increases, resulting in a highly asymmetrical composition of the PS-g-PA6-MAMA which causes thermodynamic instablility at the interface. As a result, it could be pulled out of the interface to the PA6 phase and form micelles. Once it is pulled out of the interface, it will lose its compatibilizing efficiency and the dispersed phase domain diameter increases sharply. Mixing has a dual effect on the reactive compatibilization process. On the one hand, it promotes the interfacial reaction between the PS-TMI-MAMA and PA6. On the other hand, it aggravates the pull out of the resulting PS-g-PA6-MAMA from the interface. The use of small amounts of the reactive compatibilizer-tracer together with transient experiments for RTD allows assessing the evolutions of the reactive compatibilizer-tracer content (CC), the dispersed phase domain diameter (DDD), and the reacted reactive compatibilizer-tracer content (RCC) as a function of residence time in a twin-screw extruder. Based on the above results, the emulsification curve (DDD vs. CC), the RCC vs. CC curve and effective emulsification curve (DDD vs. RCC) are obtained. When the molar mass of the reactive compatibilizer-tracer is fixed, its compatibilizing efficiency increases with increasing TMI content within an appropriate range. When its TMI content is fixed, the interfacial reaction goes faster as the molar mass of the reactive compatibilizer-tracer decreases within a certain range, and the DDD becomes smaller in a shorter time. The effect of degree of fill fixed by the throughput Q/screw speed N ratio is more dominant than that of residence time. As the degree of fill increases, the interfacial reaction increases and the DDD decreases. As the angle of adjacent the kneading block increases, its distributive and dispersive mixing efficiencies increase, resulting in an increase in interfacial area generation and a decrease in DDD on the basis of the same amount of PS-g-PA6-MAMA. On the other hand, as the width of the kneading block increases, the distributive mixing efficiency increases and the dispersive mixing efficiency remains unchanged. Substitution of kneading blocks by reverse ones increase both the distributive and dispersive mixing efficiencies

Au cours des dernières décennies, les technologies membranaires ont largement contribué à l’amélioration des procédés de séparation à l’échelle industrielle grâce à de nombreux avantages, tels que la sélectivité de la séparation élevée, la possibilité de travailler avec des composés thermolabiles et la faible demande en énergie, ainsi que la possibilité de combiner les technologies membranaires avec d'autres procédés de séparation. Le procédé de pervaporation est une technique de séparation membranaire importante utilisée pour séparer les mélanges liquides binaires ou multicomposants, y compris les solvants à point d’ébullition proche, les mélanges azéotropes et les isomères. Il s’agit du transfert sélectif de matière à travers une membrane dense. Au cours de cette opération, le perméat sous forme vapeur est condensé sur une paroi froide, mais, contrairement à la distillation, seule une faible partie de la charge subit ce changement d’état. Les membranes utilisées dans la pervaporation doivent posséder une forte sélectivité, une stabilité chimique et une résistance mécanique à haute température élevées. La sélectivité et les propriétés de transport de la membrane déterminent l'efficacité globale du processus de séparation. La caractérisation approfondie des membranes est cruciale pour bien comprendre l’influence de la structure de la membrane et des conditions de préparation de la membrane sur les caractéristiques d’équilibre, de séparation et de transport des membranes étudiées, en vue de développer de nouveaux matériaux polymères efficaces. Les nombreuses recherches ont également été menées sur le développement des membranes avec de liquides ioniques (LIs) afin de personnaliser les propriétés de séparation des membranes utilisées dans la séparation des liquides par pervaporation, la séparation des gaz et la séparation des ions métalliques ainsi que les membranes conductrices dans les piles à combustible. Les LIs sont caractérisés par une bonne stabilité thermique, une conductivité ionique élevée, une pression de vapeur négligeable et un point de fusion assez bas. En raison de leurs nombreuses propriétés uniques, les membranes polymères contenant des LIs possèdent une large gamme d'avantages, comme de meilleures propriétés de séparation que les membranes polymères classiques. Ce fait est lié à une diffusion moléculaire beaucoup plus élevée dans un liquide ionique que dans des polymères. Par conséquent, l'utilisation de membranes à base de polymères et LIs dans les processus de séparation permettrait une sélectivité de séparation élevée et des flux plus importants. La structure et les propriétés physicochimiques des LIs peuvent être ciblées en fonction de l’application afin d'obtenir un matériau polymère approprié. En revanche, même si l’application de membranes hybrides à base de polymères et LIs suscite un intérêt croissant, leur utilisation dans les procédés de séparation reste limitée en raison des pertes de LI non lié. Cette thèse de doctorat en co-tutelle est réalisée entre la Faculté de Chimie de l'Université Nicolaus Copernicus (NCU) à Toruń (Pologne) et le Laboratoire Polymères, Biopolymères, Surfaces UMR 6270 CNRS de l’Université de Rouen Normandie (France). L’objectif principal de la thèse est d’élaborer de nouvelles membranes denses à base de poly (alcool vinylique) (PVA) et d’acétate-propionate de cellulose (CAP) et de divers LIs réactifs et polymérisables ceci afin d’obtenir un système polymère-liquide ionique dans lequel le LI est stabilisé par liaison covalente avec les chaînes macromoléculaires du polymère. L'étude des propriétés physicochimiques et d'équilibre des membranes a été effectuée ainsi que l’analyse de leurs propriétés de transport. De plus, les membranes sélectionnées ont été testées dans un processus de pervaporation en contact avec le mélange eau-propane-2-ol. / In the last decades, membrane separation has played an important role in many industrial processes thanks to its versatility, low energy consumption, high performances of membranes, as well as a possibility of combining membrane technologies with other separation processes. Membrane technologies gave a great contribution to the improvement of separation processes in the industrial scale thanks to a number of advantages, such as the high selectivity of the separation, the opportunity to work with thermolabile compounds, and low energy demand. Pervaporation process is an important membrane separation technique used to separate binary or multicomponent liquid mixtures including close boiling solvents, azeotrope mixtures, and isomers. During pervaporation, feed components are in the direct contact with one side of the lyophilic membrane, while the selected components are preferentially transported across the membrane to the permeate side. Membranes used in pervaporation must be characterized by high selectivity, chemical stability, and mechanical strength at high temperatures. Selectivity and transport properties of the membrane determine the overall efficiency of the separation process. The comprehensive characterization of membranes is the crucial approach and can lead to broaden the knowledge about the influence of the membrane structure and membrane preparation conditions on the equilibrium, separation, and transport characteristics of the studied membranes, in order to develop new polymer materials with the expected efficiency of the separation process. Research has been also focused on the development of the membranes filled with ILs in order to tailor the separation properties of the developed membranes used in liquid separation by pervaporation, gas separation, and separation of metal ions as well as the conducting barriers in fuel cells. ILs are characterized by good thermal stability, high ionic conductivity, negligible vapor pressure, and low melting point. Due to their numerous unique properties, polymer membranes containing ILs (polymer-ILs) possess wide range of advantages, like better separation properties than the classical polymer membranes. This fact is related with much higher molecular diffusion in ionic liquid than in polymers. Therefore, the use of polymer-ILs in separation processes would result in superior separation behavior and higher fluxes. Morphology and physicochemical properties of ILs can be “tailored” depending on the separated system in order to obtain a suitable polymer material for a given separation process without preparation of a chemically new membrane. Even though there is a growing interest in the application of polymer membranes filled with ILs, the polymer-ILs based separation processes are limited due to the losses of the unbound ionic liquid in the course of the exploitation. The PhD is realized in the frame of "co-tutelle" system between the Faculty of Chemistry at the Nicolaus Copernicus University (NCU) in Toruń, Poland (Membranes and Membrane Separation Processes Research Group) and the University of Rouen Normandy, France (Barrier Polymer Materials and Membranes (MPBM) Research Group of the Laboratory of Polymers, Biopolymers, Surfaces (PBS)). The main aim of the present PhD thesis is to elaborate novel dense membranes based on poly(vinyl alcohol) (PVA) and cellulose acetate propionate (CAP) filled with various reactive and polymerizable ILs in order to obtain the polymer-ionic liquid system in which ionic liquids are linked inside the polymer structure. The investigation of physicochemical characteristics and study of the equilibrium, barrier, and transport properties of the obtained membranes was carried out. Furthermore, the selected membranes were tested in pervaporation process in contact with water-propan-2-ol mixture, water and gas permeation measurements.