La protection de l’environnement est au cœur de toutes les pressions sociétales. La peinture anti-fouling est un moyen efficace et peu onéreux de protection des carènes immergées. Il est nécessaire de développer de nouveaux revêtements alternatifs aux peintures organnostanniques, plus respectueux de l’environnement. L’objectif de cette thèse est de synthétiser des copolyesters biodégradables à base de -caprolactone et de -valérolactone de masse molaire et de composition contrôlées (polymérisation par ouverture de cycle). Le couple catalytique utilisé est le 2-éthylhexanoate d’étain avec l’octanol. La cristallinité des copolymères a été mesurée. Puis la mouillabilité, l’hydratation et la dégradation de films de polymère en conditions de laboratoire ont permis de déterminer la structure du liant biodégradable respectant les exigences d’un cahier des charges. Ces copolymères sont incorporés dans des formulations érodables de peintures antisalissures marines. Les peintures sont immergées afin de tester leurs propriétés anti-fouling. L’observation du microfouling est réalisée par microscopie confocale à balayage laser tandis que l’adhésion des macro-organismes est évaluée in situ. L’efficacité anti-salissure marine des revêtements a été validée pendant huit mois d’immersion au port de Kernevel (Lorient). Les perspectives de travail concernent la diminution de la quantité de biocides dans les revêtements, tout en maintenant une activité conforme aux restrictions industrielles. / Antifouling paints are currently the most used hulls protection system. New antifouling coatings need to be developed with less environmental impact than organostannic paints. Copolyester of -caprolactone and -valerolactone with controlled molar mass and composition are synthesized by ring opening polymerization with stannous octanoate and octanol. Crystallinity of copolyester are measured. The evolution of water uptake, hydrophobicity properties and hydrolytic degradation of the binders surfaces have been investigated during the immersion in controlled medium. Copolymers are incorporated in an antifouling paint formulation and then immersed in natural conditions. Efficiency was validated during eight months of time immersion in the Kernevel harbour.

Les dendrimères greffés de L-lysine (DGL) sont des matériaux aux applications potentielles variées (agents antibactériens, antifongiques, ?). Ces dendrimères greffés sont obtenus selon un procédé original mis au point au laboratoire, basé sur la polymérisation des N-carboxyanhydrides (NCA) de Llysine. Le travail effectué au cours de cette thèse a pour objectif d'explorer les différents modes de modification des DGL et d'en évaluer la faisabilité. Pour ce faire, dans une première partie, nous avons détaillé le processus de synthèse et de polymérisation en milieu hétérogène des NCA. Cela nous a permis, ensuite, en modulant la nature de l'agent d'amorçage de la polymérisation des NCA, d'examiner la possibilité d'introduire de nouvelles fonctionnalités (fluorophore, bras de liaison adapté à la ligation) sur la première génération de DGL. Cela a nécessité, en amont, la synthèse d'un bras espaceur hétérobifonctionnel de type polyéthylène glycol. Par la suite, une ligation de type oxime entre les nouveaux DGL de 1ère et de 2e génération et une molécule modèle a été réalisée afin de valider cette approche. Enfin, nous avons pu démontrer que ces dendrimères greffés pouvaient être fonctionnalisés en surface par divers substrats (sucre, guanidine, acide aspartique, acide succinique) leur conférant de nouvelles propriétés et ouvrant ainsi un vaste champ d'application pour ces macromolécules. / L-lysine Dendrigraft (DGL) are materials with various potential applications (antibacterial, antifungal, ...). These dendrigrafts are obtained by an original process, developed in our laboratory, based on the polymerization of N-carboxyanhydrides (NCA) of L-lysine. The work carried out during this thesis was aimed at exploring different methods of modification of DGL and assessing their feasibility. In the first part, we detailed the process of synthesis and polymerization of NCAs in a heterogeneous medium. This allowed us then by modulating the initiator of NCA polymerization to introduce new features (fluorophore, spacer adapted to the ligation) on the first generation of DGL. This required, upstream, the synthesis of a heterobifunctional polyethylene glycol type spacer. Subsequently, an oxime ligation between the new 1st and 2nd generation of DGL and an aldehyde model has been conducted to validate this approach. Finally, we demonstrated that these dendrigrafts could be functionalized on the surface by various substrates (sugar, guanidine, aspartic acid, succinic acid) giving them new properties and opening up a wide scope of applications for these macromolecules.

Les poly(hydroxyalcanoate)s (PHAs) sont des polyesters biodégradables et biocompatibles d'intérêt pour leur application dans le domaine biomédical ou en substitution des plastiques dérivés de l'industrie pétrolière. La synthèse des PHAs par polymérisation par ouverture de cycle (ROP) de monomères cycliques, les β-lactones, permet un bon contrôle de la masse molaire, de la microstructure et de la fonctionnalité des polymères. Les propriétés des polyesters peuvent être modulées par l'utilisation de différents monomères. Depuis quelques décennies, différents PHAs ont été synthétisés, notamment le poly(hydroxybutyrate) (PHB) et les poly(malolactonate d'alkyle)s (PMLARs). Ces travaux ont été étendus à la ROP d'une nouvelle famille de β-lactones, les 4- alcoxyméthlylène-β-propiolatones (BPLORs). Ainsi, différents systèmes catalytiques à base d'yttrium offrent des (co)polymères de tacticité (syndiotactique, atactique ou isotactique) et de topologie (copolymères à blocs, alternés ou aléatoires) originales. La stéréosélectivité des systèmes catalytiques mis en œuvre est inédite dans le contexte scientifique actuel. En effet, la nature des substituants des ligands ancillaires des complexes d'yttrium permet de moduler la microstructure et donc les propriétés des PHAs obtenus. / Poly(hydroxyalkanoate)s (PHAs) are biodegradable and biocompatible polyesters of interest for their application in the biomedical field or as alternative to plastics derived from the petroleum industry. The synthesis of PHAs by ring-opening polymerization (ROP) of cyclic monomers, β-lactones, enables a good control of the molar mass, the microstructure and the functionality of the polymers. The properties of the polyesters can be tuned by the using different monomers. In recent decades, various PHAs have been synthesized, in particular poly(hydroxybutyrate) (PHB) and poly(alkyl malolactonate)s (PMLARs). This work has been extended to the ROP a new family of β-lactones, namely 4-alkoxymethlylene-β-propiolatones (BPLORs). Thus, various yttrium-based catalyst systems provide (co)polymers with original tacticity (syndiotactic, atactic or isotactic) and topology (block, alternating or random copolymers). The stereoselectivity of the catalytic systems implemented is unprecedented in the current scientific context. Indeed, the nature of the substituants on the ancillary ligand of the yttrium complexes enables to tune the microstructure and therefore the properties of the resulting PHAs.

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L’électronique organique suscite un intérêt grandissant en recherche grâce aux nouvelles possibilités qu’elle offre pour faciliter l’intégration de dispositifs électroniques dans nos vies. Grâce à elle, il est possible d’envisager des produits légers, flexibles et peu coûteux à produire. Les classes majeures de dispositifs étudiées sont les cellules photovoltaïques organiques (CPO) et les transistors organiques à effet de champ (TOEC). Dans les dernières années, une attention particulière a été portée sur les méthodes de polymérisation des matériaux organiques entrant dans la fabrication de ces dispositifs. La polymérisation par (hétéro)arylation directe (PHAD) catalysée au Pd offre une synthèse sans dérivé organométallique utilisant simplement un lien C-H aromatique, ce qui facilite la purification, diminue le nombre d’étapes et rend possible la production de matériaux à plus faible coût. De plus, la PHAD permet la préparation de matériaux qui était difficile, voire impossible, à obtenir auparavant. Cependant, l’inconvénient majeur de la PHAD reste sa limitation à certaines classes de polymères possédant des monomères ayant des positions bloquées favorisant qu’une seule paire de liaisons C-H. Dans le cadre de ces travaux de doctorat, l’objectif général est d’étudier la polymérisation par PHAD afin d’accéder à des classes de monomères qui n’étaient pas envisageables auparavant et à étendre l’application de cet outil dans le domaine des polymères conjugués. Plus spécifiquement, nous avons étudié l’utilisation de groupements protecteurs et partants sur des unités de benzodithiophènes et de bithiophène-silylés. Suivant ces résultats, nos travaux ont porté sur la polymérisation de dérivés de bithiophènes avec des bromo(aryle)s, une classe de polymères fréquemment utilisée en électronique organique mais qui était jugée impossible à polymériser par PHAD auparavant. Cette étude a montré l’importance de contrôler la PHAD afin d’obtenir le polymère souhaité. Finalement, nous avons étudié l’effet du système catalytique sur le taux de β−ramifications lors de la synthèse de polymères à base de thiophènes. Dans cette dernière étude, nous avons démontré l’importance d’utiliser des outils de caractérisation adéquats afin de confirmer la qualité des polymères obtenus. / Organic electronics is growing interest thanks to new possibilities it offers to facilitate the integration of electronic devices in our lives. With this new technology, we can consider novel products that are light, flexible, and inexpensive to produce. The three major classes of studied devices are organic photovoltaic cells (OPV) and organic field effect transistors (OFET).In recent years, particular attention has been paid to the method of preparation of the organic materials used in the fabrication of these devices. The polymerization by direct (hetero)arylation (DHAP) catalyzed by Pd is a powerful new tool that meets the needs of the area. DHAP provides a synthesis without organometallic derivative, which facilitates purification and reduces the number of steps and materials which makes possible the production at a lower cost. In addition, the PHAD allows the preparation of materials that were difficult or impossible to obtain before. However, the major drawback of the DHAP was its restriction to only certain classes of compounds. In this thesis, the project consists of studying the DHAP polymerization to open it to new classes of derivatives and expand its application in the field of organic electronics. First, the use of protecting groups and removable groups was studied on benzodithiophene and bithiophene-TMS units. Following these results, our work focused on the importance of controlling the polymerization when it is applied to the large polymer family of bromo(aryl)s with bithiophenes. This study has shown the importance of controlling the PHAD to obtain the desired polymer Finally, we studied the effect of the catalyst system to limit the β defects on polymers based of thiophene. We emphasis on the importance of using appropriate characterization tools to confirm the quality of the polymers obtained.

Les polymères π-conjugués sont des matériaux à haute valeur ajoutée pour applications en électronique organique. Afin d’être utilisés dans des dispositifs électroniques, il est nécessaire d’avoir une méthode de synthèse efficace permettant d’obtenir des matériaux de bonne qualité. En effet, les polymères utilisés dans ce domaine doivent posséder une structure régulière et une masse molaire élevée. Toutefois, certains défauts peuvent se retrouver dans les chaînes polymère, ce qui diminuent leur performance en dispositif. Un des défauts possibles est l’homocouplage, soit la répétition successive d’un même motif. Ce défaut est présent peu importe la méthode de polymérisation utilisée. Dans ce projet de maîtrise, les défauts d’homocouplage dans les polymères synthétisés par poly(hétéro)arylation directe (PHAD) ont été étudiés. La PHAD est une nouvelle méthode de polymérisation novatrice permettant de diminuer le nombre d’étapes de synthèse, en plus d’être verte puisqu’elle ne produit pas de déchets organométalliques toxiques en comparaison avec les méthodes classiques de polymérisation. Les mécanismes menant aux défauts d’homocouplage dans les polymères synthétisés par PHAD sont encore sujets à discussion. En ce sens, l’influence de la nature des monomères et des réactifs utilisés sur la régiorégularité des polymères synthétisés par PHAD a été étudiée. Pour ce faire, deux polymères, le poly(3-octyoxy-4-métylthiophène) (POMT) et le poly(1-(4-dodécylthiophèn-2-yl)-5-(2-octyldodécyl)-thiéno[3, 4- c]pyrrole-4,6-dione) (P(TPDT)), ont été choisis de manière stratégique, puisque le seul défaut possible dans leur structure est l’homocouplage. Ce défaut peut être identifié et quantifié par spectroscopie RMN ¹H et ainsi permettre l’optimisation des conditions de polymérisation. De plus, les propriétés optiques et thermiques ainsi que la masse molaire des polymères ont également été analysées. Les propriétés électroniques du P(TPD-T) ont été déterminées par la mise en dispositif de transistors à effet de champs. Toutes ces caractérisations ont permis de déterminer l’influence de la présence d’homocouplage sur l’organisation du polymère à l’état solide, qui est fortement reliée aux performances en dispositifs.

La présente thèse traite de deux thèmes principaux de synthèse des nano-objets organiques riches en carbone. Ces deux projets ont pour point commun la réaction topochimique initiée par la lumière des diacétylènes pour donner des polydiacétylènes. Dans le chapitre 1, une revue de la littérature présente la dernière actualité sur la synthèse des nanotubes organiques, des nanorubans de graphène, des foldamères et des polydiacétylènes ainsi que des méthodes de caractérisation de ces composés. Dans le second chapitre, il est démontré la possibilité de polymérisation photochimique des diacétylènes portant des substituants phényles à l’état gel. La méthode de synthèse, les propriétés de gélification, la polymérisation et la caractérisation du matériau final (propriétés optiques et spectroscopiques) sont présentées.Dans le troisième chapitre, la synthèse et la caractérisation des nanoparticules de carbone solubles et fluorescentes par polymérisation topochimique à l’état gel d’un dérivé du diaryloctatétrayne sont présentées. Dans le chapitre quatre, une stratégie de synthèse d’un nano-objet organique de type nanocorde est présentée. Une molécule ayant la forme d’une étoile portant des unités diarylbutadiynes est synthétisée, la polymérisation sous forme de xérogel est effectuée et les propriétés optiques et spectroscopiques examinées. La largeur de bande interdite de ce nouveau matériau est comparée à celle du chapitre deux. Le chapitre cinq présente la synthèse des nanorubans de graphène par cyclo-aromatisation des polydiacétylènes obtenus par polymérisation topochimique à l’état gel des oligomères de diarylbutadiyne. Le chapitre six est consacré aux résultats préliminaires de la contribution à la synthèse des nanotubes organiques à partir des foldamères de méta-poly(phénylène butynylène). / The present thesis describes two strategies toward the synthesis of carbon-rich nano-objects namely organic nanotubes and graphene-like materials. The common point of our methodology is based on topochemical polymerization of phenyl-terminated diacetylene units derivatives. The proof-of-concept regarding the topochemical polymerization of diarylbutadiyne derivatives in the gel state is presented in chapter two. The same strategy is used to study the topochemical polymerization of octatetrayne derivatives in the same state. Optical properties show that the resulting material is made of carbon-rich nanoparticles with variable sizes. The overall results are included in chapter three. Chapter four describes the synthesis of polydiacetylene nanowires by topochemical polymerization of star-shaped molecules containing diarylbutadiyne moieties. The chapter five, which is the most important, describes the synthesis of defect-free graphene-like material from temperature mediated cycloaromatization reaction of 2D polydiacetylene obtained by topochemical polymerization of oligomers of diarylbutadiyne precursor. Finally, chapter six presents attempt toward the synthesis of organic nanotubes from topochemical polymerization of diacetylene from meta-poly(phenyl butadiyne) foldamers.

La technique de polymérisation confinée sur surface est une méthode très flexible pour introduire des fonctionnalités organiques dans des matériaux mésoporeux organisés de type SBA-15. L'imprégnation à humidité naissante ("incipient wetness") de monomères vinyliques suivie d'une polymérisation sous pression réduite permet d'obtenir un film uniforme d'un polymère réactif à l'intérieur des pores du matériau, rendant ensuite possible l'introduction de fonctions organiques. La réduction systématique du diamètre des pores du matériau lors de l'insertion de polymère et de fonctions organiques démontre la localisation des groupes fonctionnels d'intérêt. Cette approche a d'abord été utilisée pour introduire des fonctions amine à partir de composites de poly(chlorométhylstyrène) et de SBA-15 ou KLT-6. Différentes amines (butylamine, éthylènediamine, diéthylènetriamine, triéthylènetétramine et tris(2-aminoéthyle)amine) ont été introduites, conduisant à des matériaux avec une concentration en amine de 0,6 à 4,1 mmol/g. Un contrôle de la concentration et de la densité des sites a été réalisé par modification du pourcentage de polymère du composite, de même qu'en co-polymérisant avec le styrène. Les composites amino-fonctionnalisés sont actifs en catalyse pour la condensation de Knoevenagel. Ces composites ont ensuite été comparés à des matériaux hybrides obtenus par greffage et par co-condensation en tant que catalyseurs pour les réactions de Knoevenagel, de Henry et de Claisen-Schmidt. Les performances des composites sont similaires ou supérieures à celles des matériaux obtenus par des méthodes plus classiques. Par la suite, une étude systématique d'exposition des composites à base de SBA-15 et de polystyrène ou de poly(méthacrylate d'hydroxyéthyle) aux solvants organiques a été réalisée. L'exposition aux solvants cause une augmentation de la stabilité thermique des composites de poly(méthacrylate d'hydroxyéthyle) alors qu'elle n'est pas modifiée pour les composites de polystyrène, mais produirait plutôt une augmentation de l'uniformité du revêtement du polymère. Pour conclure, des fonctions sensibles aux stimuli externes ont été greffées sur des composites de type poly(chlorométhylstyrène)-SBA-15 et poly(méthacrylate de glycidyle)-SBA-15 par réaction avec la 4-phénylazoaniline. L'isomérisation réversible de l'azobenzène se produit en milieu acide et basique et s'accompagne d'un changement de coloration, passant du rouge profond au jaune vif, ainsi que par des variations de porosité, tel que déterminé par physisorption d'azote et d'argon.

Polymers, in our society, are one of the materials most often used for objects fabrication. Industries use polymers for their low cost and their capacity to be easily adapted. The adaptation of the organic polymer passes by the wide variety of monomers ~d the great capacity to functionalize resins. However, bulk polymers have a low surface area and a low total pore volume that limit their use. To improve these properties, weherein used a specific method named nanocasting. A hard porous template is prepared and filled with precursors that as subsequently solidified and, finally, the template is dissolved. With tbis method two types of mesostructure could suceessfully be nanoeasted: 2D-hexagonal (SBA15) and Ia3d (KIT-6). These replie as were characterized by nitrogen adsorption, low angle X-ray diffraction, TEM images and thermogravimetric analyses. Different monomers can be used such as styrene, chlorornethylstyrene and methacrylate based monorners or a mixture of these monomers. A high crosslinker degree is needed for maintaining a rigid structure to avoid the structure collapsing after silica dissolution. Monomer can be incorporated in controlled quantity for increasing availability of functional sites. Then, that, it is possible to incorporate functional groups such as sulfonate, phosphate, both of them or amines. These functionalized materials were have been characterized by same techniques used for other replicas and additionally with elemental analysis and catalytic tests. Catalytic activity was tested with an esterification reaction to determine conversion rates and selectivity. This study confirms that the nanocasting is a convenient way to prepare functionalized nanostructured polymers. / Les polymères organiques ont la capacité d'être facilement mis en forme et facilement adaptés aux besoins spécifiques de chacune de leurs applications. Cependant, leur faible surface spécifique et leur faible volume poreux restreignent souvent leur utilisation. Pour améliorer ces deux caractéristiques de façon significative, il faut .structurer le polymère à l'échelle du nanomètre. Pour ce faire, la technique du nanomoulage a été utilisée. Cette technique consiste à utiliser un moule rigide poreux pour structurer à l'échelle nanométrique une réplique inverse à base d'autres compositions chimiques. La physisorption de gaz, la diffraction des rayons-X aux bas angles, la microscopie électronique à transmission (rEM) et l'analyse thermogravimétrique ont été utilisées pour caractériser la structure des moules et des répliques. De plus, ces polYlnères nanostructurés ont été fonctionnalisés avec des groupements acides tels que les acides sulfoniques, les acides phosphoniques, et les deux groupelnents acides simultanément, ou avec des bases telles les amines. Ces matériaux sont testés en catalyse acide hétérogène pour montrer leur efficacité et leur sélectivité ainsi que leur résistance aux solvants. Ce travail démontre que le nanomoulage est un moyen efficace de structurer les polymères organiques.

La présente thèse traite trois thèmes principaux. Le premier volet concerne le contrôle de la cristallinité et la synthèse des polyéthersulfones avec incorporation de doubles liaisons comme espaceurs dans les chaînes du polymère en utilisant deux approches différentes : la polymérisation par métathèse des diènes acycliques (ADMET) et la polycondensation. L’ADMET a permis d’obtenir des copolymères de faibles polydispersités avec des doubles liaisons régulièrement réparties le long des chaînes du polymère. La polycondensation a permis d’obtenir des copolymères de configuration cis ou trans avec incorporation régulière ou aléatoire des doubles liaisons. Pour la synthèse par ADMET, un bloc rigide, terminé par des groupements allyliques, est polymérisé dans le dichlorométhane à l’aide de l’un des catalyseurs de Grubbs : Grubbs deuxième génération (G2) ou Hoveyda-Grubbs (HG). Concernant la polycondensation, on fait réagir un bloc rigide avec un segment flexible de configuration cis ou trans pour obtenir respectivement le copolymère cis ou trans. La diffraction des rayons X et l’analyse enthalpique différentielle (DSC) ont montré que l’isomère cis inhibe complètement la cristallinité alors que la forme trans la favorise. Le deuxième volet de ce travail repose principalement sur la polycondensation en un seul pot « one pot en anglais» qui a permis de contrôler les températures de transition vitreuse. La spectrométrie de masse MALDI-TOF a permis de démontrer que les copolymères obtenus avec variation du ratio bloc rigide/segment flexible sont de nature aléatoire et non des copolymères blocs. Le troisième et dernier thème de ce document concerne principalement le contrôle de l’hydrophilicité par une post-fonctionnalisation des copolymères à travers les doubles liaisons incorporées en utilisant les réactions thiol-ène clic. Le but étant de moduler les propriétés des copolymères pour les adapter à des applications bien définies. Pour une application dans la filtration membranaire par exemple, des chaînes hydrophiles ont été greffées à travers ces doubles liaisons pour augmenter l’hydrophilicité des copolymères. / This thesis deals with three main themes. The first component relates to the control of the crystallinity and the synthesis of polyethersulfones with incorporation of double bonds as a spacer in the polymer chains using two different approaches: ADMET (Acyclic Diene Metathesis Polymerization) and polycondensation reactions. ADMET leads to copolymers with low polydispersity index and double bonds regularly distributed along the polymer chains. Polycondensation allows obtaining directly cis or trans configuration copolymers with regular or random incorporation of the double bonds. For the synthesis by ADMET, a rigid block terminated by allyl groups is dissolved in dichloromethane and then polymerized using second generation Grubbs catalyst (G2) and Hoveyda-Grubbs catalyst (HG). Concerning the polycondensation reaction, a rigid block reacts with a flexible segment of cis or trans configuration to respectively give the cis or trans copolymer. X-ray diffraction and differential scanning calorimetry (DSC) showed that the cis isomer inhibits crystallization while the trans form favors it. The second part of this work is mainly based on the one-pot polycondensation reaction which allowed control the glass transition. MALDI-TOF mass spectrometry was used to show that copolymers obtained by the variation of the rigid bloc/flexible segment ratio are random and not block copolymers. The third subject of this document mainly concerns the control of the hydrophilicity by post-functionalization of copolymers through the double bonds incorporated using thiol-ene click reactions. The main goal is to modulate the properties of copolymers to suit well-defined applications. For example, for applications in membrane filtration, hydrophilic chains were grafted through double bonds to increase the copolymer hydrophilicity.