Cette thèse de doctorat étudie l' utilisation de la polymérisation en mini-émulsion pour le développement de produits de finition translucides pour le bois, aux propriétés antifongiques et résistants à la photodégradation, par l'encapsulation de nanoparticules dans la matrice polymère. Cette technique de polymérisation a été utilisée au détriment de la polymérisation en émulsion traditionnelle pour encapsuler les nanoparticules dans les particules de polymère, car elle offre un meilleur contrôle de la structure, de la morphologie et de la taille de celles-ci. Des nanoparticules d'argent et d'oxyde de zinc ont été synthétisées puis encapsulées dans des latex acryliques par la polymérisation en mini-émulsion. Les nanoparticules d'argent et d'oxyde de zinc ont été choisies pour leurs propriétés antibactériennes/antifongiques et d'absorptivité des rayons ultraviolets, respectivement. La croissance fongique et la photodégradation sont deux des principales causes de défaillance pour les finitions translucides pour le bois. Les latex ont été préparés par la polymérisation en mini-émulsion à partir de trois monomères; le méthacrylate de méthyle, l'acrylate de butyle et l'acide acrylique. Les concentrations en surfactant et en agent stabilisant ont été variées afin d'obtenir les caractéristiques désirées. Les premiers latex synthétisés ont été caractérisés par diffusion dynamique de la lumière, calorimétrie différentielle à balayage et gravimétrie. De plus, les propriétés antifongiques des finitions préparées à partir des latex synthétisés ont été évaluées contre les souches de *Sclerophoma pityophila*, *Epicoccum nigrum* et *Aureobasidium pullulans*. Il a été démontré que les latex comprenant 0,03% (m/m) en nanoparticules d'argent (AgNPs) ont été en mesure de limiter la croissance du *S. pityophila* et *E. nigrum* aussi efficacement que la formulation de référence (0,1% IPBC + 1% propiconazole) après huit semaines. Toutefois, il est plus difficile de contrôler la croissance de la souche d'*A. pullulans*. Une concentration en AgNPs de 0,06% (m/m) est la plus efficace pour limiter la croissance de l'*A. pullulans* sans toutefois être aussi efficace que la formulation de référence. La résistance à la photodégradation a aussi été évaluée pour des latex où des nanoparticules d'oxyde de zinc y étaient encapsulées. Les formulations testées avec 1% (m/m) de nanoparticules d'oxyde de zinc n'ont pas amélioré la résistance à la photodégradation. De plus, la thèse rapporte l'influence du type d'initiateur (hydrophobe ou hydrophile) sur l'incorporation et la distribution des AgNPs dans les particules de polymère synthétisées ainsi que sur les propriétés antifongiques. Lorsque l'azobisisobutyronitrile (AIBN) est utilisé comme initiateur, les latex acryliques préparés contiennent plus d'AgNPs que ceux préparés avec le persulfate de potassium (KPS) et celles-ci semblent être plus proches de la surface des particules de polymère et plus uniformément réparties. Cependant, l'efficacité antifongique, contre l'*A. pullulans*, des latex comprenant des AgNPs est plus élevée lorsque le KPS est utilisé, bien que cet initiateur conduise à une plus petite quantité d'AgNPs incorporées et à une dispersion moins uniforme des nanoparticules. De plus, l'encapsulation des AgNP s par la polymérisation en mini-émulsion diminue leur lessivage par rapport aux latex préparés par la méthode de post-addition. La polymérisation en mini-émulsion pourrait être utilisée comme moyen potentiel de réduire le lessivage des additifs dans l'environnement. Enfin, une méthode alternative à la polymérisation en mini-émulsion nommée la méthode par co-sonication (ad mini-émulsion) a été étudiée afin d'étudier si cette méthode permet une plus grande efficacité d'encapsulation et une distribution plus homogène des AgNPs. Les travaux réalisés dans la présente thèse démontrent que la polymérisation par co-sonication n'améliore pas l'efficacité d'encapsulation des AgNPs, ni l'homogénéité de leur distribution ni la résistance fongique des latex tel qu'espéré. Finalement, la polymérisation par co-sonication ne peut être utilisée pour obtenir une efficacité d'encapsulation élevée avec des NPs de 10 nm. / This PhD thesis investigates the use of mini-emulsion polymerization for the development of translucent wood finishes with antifungal and photodegradation-resistant properties, through the encapsulation of nanoparticles in the polymer matrix. This polymerization technique was used instead of traditional emulsion polymerization to encapsulate nanoparticles in polymer particles, as it offers better control over their structure, morphology and size. Silver and zinc oxide nanoparticles were synthesized and encapsulated in acrylic latexes by means of mini-emulsion polymerization. The silver and zinc oxide nanoparticles were chosen for their antibacterial/antifungal properties and ultraviolet absorptivity respectively. Fungal growth and photodegradation are two of the main failure factors for translucent wood finishes. Latexes were prepared by miniemulsion polymerization from a mixture of three monomers: methyl methacrylate, butyl acrylate and acrylic acid. Surfactant and stabilizing agent concentrations were varied to obtain the desired characteristics. The first latexes synthesized were characterized by dynamic light scattering, differential scanning calorimetry and gravimetry. In addition, the antifungal properties of the finishes prepared from the synthesized latexes were evaluated against strains of *Sclerophoma pityophila*, *Epicoccum nigrum* and *Aureobasidium pullulans*. Latexes containing 0.03% (w/w) AgNPs were shown to limit the growth of *S. pityophila* and *E. nigrum* as effectively as the reference formulation (0.1% IPBC + 1% propiconazole) after eight weeks. However, it is more difficult to control the growth of the *A. pullulans* strain. An AgNP concentration of 0.06% (w/w) was the most effective in limiting *A. pullulans* growth, but not as effective as the reference formulation. Resistance to photodegradation was assessed for latexes with encapsulated zinc oxide nanoparticles. Formulations tested with 1% (w/w) zinc oxide nanoparticles did not improve resistance to photodegradation. In addition, the thesis reports on the influence of initiator type (hydrophobic or hydrophilic) on the incorporation and distribution of AgNPs in synthesized polymer particles, as well as on antifungal properties. When azobisisobutyronitrile (AIBN) is used as initiator, the acrylic latexes prepared contain more AgNPs than those prepared with potassium persulfate (KPS), and these appear to be closer to the surface of the polymer particles and more evenly distributed. However, the antifungal efficacy, against *A. pullulans*, of latexes comprising AgNPs is higher when KPS is used, although this initiator leads to a smaller amount of incorporated AgNPs and a less uniform dispersion of the nanoparticles. Moreover, encapsulation of AgNPs by miniemulsion polymerization reduces their leaching compared with latexes prepared by the post-addition method. Miniemulsion polymerization could be used as a potential means of reducing the leaching of additives into the environment. Finally, an alternative method to miniemulsion polymerization, known as ad-miniemulsion, involving co-sonication was studied to assess whether this method provides greater encapsulation efficiency and a more homogeneous distribution of AgNPs. The work carried out in the present thesis demonstrates that co-sonication polymerization does not improve AgNPs encapsulation efficiency, distribution homogeneity or fungal resistance of latexes, as was hoped. Finally, co-sonication polymerization cannot be used to achieve high encapsulation efficiency with 10 nm NPs.

La nécessité de produire des polymères avec des propriétés spécifiques et reproductibles, de minimiser le temps et les coûts et de contrôler la sécurité de l'expérience nous contraint à utiliser des méthodes avancées de contrôle de procédés de polymérisation.<br /><br /> Les polymères sont aujourd'hui utilisés dans des domaines différents. Une grande partie de ces polymères est produite en émulsion. La formulation de base d'une réaction de polymérisation en émulsion classique, contient de l'eau qui constitue la phase continue, et des monomères qui sont dispersés dans l'eau et stabilisés grâce à un agent émulsifiant. Les particules de polymère ainsi produites sont suspendues dans l'eau, grâce à l'émulsifiant. Le milieu résultant est donc appelé 'latex'.<br /><br /> Les propriétés du latex dépendent de beaucoup de paramètres, tels que la distribution de la masse molaire de polymère, la distribution des tailles de particules, la température de transition vitreuse, la morphologie, et la composition du polymère, si la réaction fait intervenir plusieurs monomères. Ces propriétés sont influencées par plusieurs variables, la nature et la quantité des additifs tels que, l'amorceur, le tensioactif les agents de transfert éventuels, la façon dont ces produits et les monomères sont introduits dans le réacteur, la température de la réaction, l'agitation, et le type de réacteur utilisé. Ces nombreuses variables sont alors nos variables de commande, que nous devons faire varier pour obtenir les propriétés désirées.<br /><br /> En réalité, afin d'obtenir des propriétés spécifiques, tout en assurant la sécurité du procédé, plusieurs paramètres sont fixés a priori, tels que la quantité initiale de réactifs et la température de la réaction. Ceci dit, plusieurs paramètres restent à faire varier en ligne, pendant la réaction, comme la température de la double enveloppe, pour maintenir la réaction à la température prévue, et le débit d'ajout des monomères, qui nous permettront de contrôler les propriétés du latex (la taille des particules et la composition du polymère). Ce genre d'intervention en ligne pour améliorer la qualité et la sécurité du procédé, le contrôle en ligne du procédé de polymérisation en émulsion, sont l'objet but principal de ce travail.<br /><br /> Du point de vue du contrôle, le procédé est un système dynamique (représenté par des équations différentielles) possédant des entrées, des états (les variables décrivant l'évolution du procédé), et finalement des sorties (qui sont les variables mesurées en ligne, et sont en général, une combinaison des états du système).<br /><br /> Pour contrôler un procédé, un modèle représentatif de ce procédé est nécessaire. Faute de trouver un modèle parfait du procédé, des informations en ligne provenant des sorties du système, s'avèrent nécessaires pour accomplir la stratégie de contrôle. En réalité, les raisons pour lesquelles, les méthodes de contrôle avancées n'ont pas été utilisées lors des procédés de polymérisation en émulsion sont le manque de capteurs en ligne capables de donner des mesures pour la plupart des propriétés des polymères, la rapidité de la réaction, la sensibilité de la réaction à la présence de petites quantités d'additifs, la nonlinéarité du modèle du procédé et le grand nombre de paramètres inconnus dans le modèle et l'interaction entre ces paramètres.<br /><br /> Une des propriétés intéressantes à contrôler lors des procédés de polymérisation en émulsion, est la composition du polymère, pour les procédés faisant intervenir plusieurs monomères à une composition non azéotropique. La composition du polymère intervient au niveau de la détermination de la température de transition vitreuse, des propriétés mécaniques, ainsi que de la morphologie du polymère. Il a été trouvé dans la littérature que l'ajout du monomère le plus réactif à des débits variables est la méthode la plus efficace pour contrôler la composition tout en assurant une vitesse de réaction relativement élevée. En utilisant une méthode avancée de contrôle, nous pouvons alors maintenir la composition à une valeur désirée. Ceci nécessite une connaissance approfondie du procédé ainsi que la mesure en ligne de la composition de polymère.<br /><br /> Les capteurs en ligne utilisés pour suivre les procédés de polymérisation en émulsion peuvent être divisés en deux catégories: des capteurs nécessitant une boucle de circulation externe, ou un système de prise d'échantillons afin d'effectuer l'analyse (Chromatographie en phase gazeuse, densimétrie); et des capteurs in situ qui effectuent les analyses dans le réacteur (Spectroscopie Infrarouge, sondes ultrasons). La chromatographie en phase gazeuse peut être utilisée pour mesurer, en ligne, la composition du mélange de monomère résiduel, si le réacteur est équipé d'un système automatique de prise d'échantillons, de dilution, dans certains cas, et d'injection dans le chromatogramme. La densimétrie a été également utilisée pour la mesure en ligne de la composition du polymère. Une boucle de circulation du latex dans l'appareil est donc indispensable pour effectuer l'analyse. Cependant ces deux méthodes présentent quelques difficultés expérimentales, telles que la floculation du latex dans les appareils et le retard des analyses, qui sont dues, pour partie, au transfert du latex. C'est pourquoi, les expériences sont préférablement suivies avec les capteurs in situ, où l'analyse est effectuée dans le réacteur. Cependant, ces capteurs, tels que l'infrarouge, l'ultrason et la spectroscopie Raman sont en phase de développement, et nous ne possédons pas encore de modèles complets liant ces mesures avec les propriétés du latex.<br /><br /> Le manque de capteurs en ligne qui donnent des mesures réelles des procédés est un problème fréquent dans plusieurs domaines. Dans les procédés de polymérisation en émulsion, ce manque est d'abord dû à la nature hétérogène et visqueuse du latex qui rend la mesure directe des propriétés du polymère souvent difficile. Ensuite, l'équipement d'un procédé avec plusieurs capteurs serait économiquement impossible. A cause du manque de capteurs, et du manque de modèles exacts des procédés, des efforts ont été faits dans le domaine de l'estimation logicielle des états, non mesurés expérimentalement, en se basant sur des mesures réelles et le modèle du procédé. Ces observateurs, ou estimateurs, ou encore capteurs logiciels, sont conçus à partir du modèle du procédé en utilisant les sorties réelles du procédé. Si le système est observable, l'observateur nous permettra d'obtenir des informations sur les états non mesurés du procédé. Les observateurs sont souvent utilisés pour le suivi des procédés, mais sont également très utiles pour le filtrage, la détection de panne et le contrôle des procédés.<br /><br /> Les méthodes d'estimation et de contrôle linéaire ont souvent été appliquées dans le domaine de la polymérisation en émulsion, et ce malgré la nonlinéarité des modèles représentant ces procédés. Ceci est dû premièrement à la difficulté de manipuler les outils non linéaires, au temps nécessaire à l'ordinateur pour résoudre ces observateurs et au fait que les observateurs non linéaires proposés dans la littérature étaient souvent limités à un groupe de systèmes non linéaires. Ces sujets ne posent aucune difficulté aujourd'hui, avec le développement de la théorie non linéaire, et l'évolution de la rapidité et de la capacité des ordinateurs.<br /><br />L'objectif de ce travail est le contrôle de la composition des polymères, tout en assurant une vitesse de réaction élevée, ainsi que la sécurité de l'opération. Puisque les modèles représentant ce procédé sont nonlinéaires, nous allons utiliser des méthodes d'estimation et de contrôle nonlinéaires adaptées au procédé.<br /><br />La stratégie d'estimation est constituée de trois parties. Dans la première partie, nous allons développer un capteur qui fournit des informations précises et rapides sur le procédé. La deuxième partie est constituée de l'estimation de la composition du polymère lors des procédés de co- et terpolymérisations en émulsion. La dernière étape est la construction de lois de commande adéquates qui nous permettent d'obtenir la composition et la vitesse de réaction désirées.<br /><br />Dans le premier chapitre, une introduction générale du sujet ainsi que la stratégie de recherche sont proposées. Le deuxième chapitre contient les théories d'estimation et de contrôle nonlinéaires que nous allons utiliser tout au long de ce travail.<br /><br />Le troisième chapitre traite des capteurs en ligne pour les procédés de polymérisation en émulsion. D'après certains critères , nous choisissons d'utiliser la calorimétrie pour suivre le procédé. Cependant, ce capteur ne nous donne pas directement une mesure de la vitesse de la réaction, car plusieurs paramètres dans le bilan thermique restent inconnus. Pour contourner ce problème, nous allons utiliser une méthode d'optimisation de la conversion globale du monomère, en corrigeant les paramètres inconnus. Pour ce faire, les mesures de la température du réacteur, de la double enveloppe, et quelques mesures expérimentales de la conversion sont nécessaires.<br /><br />Dans le quatrième chapitre nous utilisons les informations obtenues par calorimétrie, pour estimer la composition du polymère lors des procédé de copolymérisation. Nous traitons le cas d'un observateur nonlinéaire à grand gain qui tient compte de la réaction dans la phase aqueuse et un autre où on néglige l'effet de la phase aqueuse. Il s'avère que, pour les monomères étudiés, la composition du polymère n'est pas sensible à la réaction dans la phase aqueuse. Ce phénomène est peut être dû au fait que la plupart des radicaux sont dans les particules, surtout pour un taux de solide élevé. La deuxième raison est que les monomères utilisés ici sont seulement partiellement solubles dans l'eau, ce qui fait que la quantité de monomère dans les particules est plus importante que dans la phase aqueuse.<br /><br />Dans le cinquième chapitre, un observateur nonlinéaire à grand gain est construit pour suivre la composition du polymère lors des procédés de terpolymérisation. Puisque le quatrième chapitre montre clairement que nous n'avons pas besoin de tenir compte de la phase aqueuse pour l'estimation de la composition, un modèle de monomères hydrophobes est choisi pour construire l'observateur.<br /><br />Le chapitre 6 expose les lois de commande développées pour maintenir la composition de co- et de terpolymères sur une trajectoire prédéfinie. Des lois de commande nonlinéaires avec une linéarisation entrée-sortie sont utilisées. Dans ce chapitre, nous établissons un contrôleur local de la pompe, qui assure l'exécution des débits envoyés par la commande de la composition.<br /><br />Dans le dernier chapitre nous évoquons le concept de maximisation de productivité. Notre objectif est de maintenir la composition à une valeur prédéfinie, et en même temps maximiser la vitesse de la réaction. Les variables de commande sont les débits d'ajout de monomères. La variable contrôlée est la concentration de monomère dans les particules. Cependant, pendant le contrôle de la concentration de monomère dans les particules il faut faire attention à ce que la chaleur produite par la réaction soit inférieure à la chaleur maximale que la double enveloppe est capable d'évacuer.

Les catalyseurs sont indispensables à l'industrie chimique moderne. La récupération des catalyseurs est nécessaire d'un point de vue économique et environnemental lorsqu'elle fait appel à des métaux coûteux et/ou toxiques. L'utilisation de la catalyse micellaire est un bon choix d'un point de vue de l'activité, du transfert de masse, et de recyclage mais comporte les problèmes de la formation d'émulsions stables liée au gonflement excessif et la perte physique du tensioactif libre en équilibre avec les micelles. L'objectif de ma thèse est réticuler les micelles au cœur pour éliminer ces problèmes. Après avoir construit de telles nanoparticules fonctionnalisées du ligand phosphine par la synthèse " one-pot " via PRC de type RAFT en émulsion. La première application des nanoréacteurs catalytiques a été réalisée en hydroformylation de l'octène en biphasique, donnant lieu à une conversion complète avec de faibles charges catalytiques, une décantation rapide et la possibilité de recycler le milieu catalytique. De manière inattendue, le catalyseur reste actif après une longue exposition à l'air, montrant un effet protecteur du polymère contre la dégradation du catalyseur. L'absence de coagulation à la fin de réaction est une preuve que ces nouveaux objets franchissent les limitations de la catalyse micellaire. / The catalytic processes are at the heart of chemical industry. Modern chemical industry, under pressure of stricter regulations and societal concern, is faced with the need to improve efficiency and cleaner production processes and catalysis is one the major keys to green chemical technology. Catalysts recovery is necessary from an economic and environmental point of view when it makes use of expensive and / or toxic metals. The aim of this thesis is based on an innovative approach related to micellar catalyst but in which the catalyst is covalent linked to the hydrophobic core of well-defined unimolecular, core-cross-linked micelles. The synthetic protocol is based on a convergent method via RAFT-mediated one-pot aqueous emulsion polymerization. The efficiency of these unimolecular micelles as catalytic nanoreactors has been shown using the industrially relevant hydroformylation of 1-octene, in order to provide a proof of principle, as a test reaction yielding turnover frequencies and l/b ratio comparable to those of related homogeneous systems. However, the catalyst phase could be easily separated from the organic product phase and recycled. A remarkable protecting effect of the active catalyst by the polymer scaffold has also been demonstrated. The absence of the coagulation at the end of reaction is evidence that these new objects function as micelles while eliminating the disadvantages of micellar catalysis such as the formation of stable emulsion.

La prévention de la prolifération microbienne et de la formation de biofilms est une problématique qui touche tous les secteurs industriels. En particulier, le stockage d’hydrocarbures n’échappe pas à ce problème. Les revêtements des réservoirs de carburant sont ainsi recouverts de chrome (VI) afin d’augmenter l’adhérence du revêtement sur la surface métallique et d’offrir une protection efficace contre la corrosion électrochimique, et la corrosion microbienne induite par le développement microbien. Le chrome (VI) est toutefois très toxique, et fait partie des substances devant être retirées du marché par la réglementation européenne REACH. L’un des enjeux du projet SMILE, dans lequel s’inscrit cette thèse, vise à remplacer le chrome (VI) par des composés moins toxiques, mais tout aussi efficaces dans la prévention de la corrosion microbienne. Les travaux entrepris au cours de cette thèse avaient pour objectif l’élaboration de nano-particules polymères aux propriétés antimicrobiennes, leur incorporation dans un revêtement modèle, l’évaluation des propriétés antimicrobiennes des nano-particules seules et du système complet.Le deuxième chapitre est ainsi consacré à la synthèse et à l’évaluation des propriétés antimicrobiennes de biocides de type aminosucre, issus de ressources renouvelables. Dans le troisième chapitre est présentée la synthèse d’une première catégorie de nano-particules, agissant sur les micro-organismes par contact direct. Pour le second type de particules, présenté dans le quatrième chapitre, les nano-particules ont été conçues de manière à pouvoir libérer un biocide sous stimulus enzymatique microbien. L’incorporation, dans un revêtement modèle, des deux types de nano-particules précédemment préparés, a fait l’objet du chapitre cinq. Enfin, dans le dernier chapitre, les propriétés antimicrobiennes des deux familles de nano-particules ont été évaluées sur des souches fongiques du kérosène. / The prevention of microbial proliferation and biofilms formation affects every industrial field. In particular, the storage of hydrocarbons is highly concerned by this problem. The coatings of kerosene tanks contain chromium (VI) to increase the adhesion of the coating on the metallic surface and provide protection against electrochemical corrosion, as well as microbial corrosion induced by the development of microorganisms. Chromium (VI) is however very toxic, and is on the list of chemicals that have to be withdrawn from circulation by the european regulation REACH. The goal of the SMILE project, in which this thesis lies within, is to replace chromium (VI) by less toxic compounds that would be able to prevent microbial corrosion. The work undertaken during this thesis aimed at preparing antimicrobial polymeric nanoparticles, blending them in a coating and evaluating their antimicrobial properties, alone and in the coating.The second chapter is thus dedicated to the synthesis and evaluation of antimicrobial properties of aminosugar biocides, made from renewable ressources. In the third chapter is presented the synthesis of a first type of nanoparticles, that act on microorganisms by direct contact. For the second type of particles, presented in the fourth chapter, the nanoparticles have been designed so as to release a biocide under microbial enzymatic stimulus. The blending in a model coating of these two kinds of nanoparticles is described in the fifth chapter. In the last chapter, the antimicrobial properties of these two families of nanoparticles were evaluated against fungal strains known to proliferate in a kerosene medium.

Titre de l'écran-titre (visionné le 27 septembre 2023) / Le bois dispose d'une place de choix dans nos intérieurs grâce à son aspect chaleureux et noble. Il est cependant nécessaire de le protéger des sollicitations mécaniques par un revêtement afin de conserver ses propriétés esthétiques et d'augmenter sa durée de vie. Malgré les efforts fournis pour améliorer les performances mécaniques des revêtements, ils restent sensibles aux égratignures, et ce, même sur des produits haut de gamme. Les manufacturiers du bois doivent alors faire face à des réclamations de leur clientèle, et effectuer diverses opérations de décapage, de réparation et de refinition sur la pièce endommagée, impliquant des frais de transport et de main d'oeuvre. Dans ce contexte, il est intéressant d'améliorer les revêtements utilisés en les dotant de propriétés d'auto-réparation pour traiter les égratignures. Parmi les différents types de revêtements utilisés, les revêtements en base d'eau ont pour avantage d'émettre un faible taux de composés organiques volatils. L'objectif général de ce projet de thèse est donc de développer un revêtement à base d'eau auto-réparateur pour les produits du bois d'intérieur. La première stratégie considérée consiste à utiliser des polyacrylates réticulés réversiblement par des liaisons covalentes formées par réaction de Diels-Alder. L'objectif de l'étude menée est alors d'évaluer la pertinence d'employer cette stratégie couplée à une polymérisation en mini-émulsion. Différents latex ont été formés à partir de monomères acrylates comprenant des groupements furane ou maléimide dans leur chaîne latérale. Les tailles des particules de polymère ont été analysées par diffusion dynamique de la lumière et leur structure chimique a été étudiée par spectroscopie infrarouge. Suite aux résultats obtenus à partir de l'étude précédente, les liaisons covalentes formées par réaction de Diels-Alder ont été substituées par des ponts hydrogène. La polymérisation en mini-émulsion a également été temporairement écartée afin de faciliter la synthèse et la caractérisation des polymères. Différents polyacrylates formés à partir de monomères fonctionnels contenant des groupements urée en chaîne latérale ont été obtenus par polymérisation en milieu organique. Ils ont ensuite été caractérisés par spectroscopie infrarouge, par chromatographie d'exclusion stérique et par calorimétrie différentielle à balayage. Leurs propriétés d'auto-réparation ont été étudiées à partir de la récupération de la brillance et la dureté de surface des meilleurs candidats a été évaluée par nanoindentation. Ces analyses ont permis d'identifier le polymère présentant les meilleures propriétés d'auto-réparation associées à une dureté supérieure à celle des autres candidats auto-réparateurs. La dernière étude vise à reproduire le polymère ayant démontré la meilleure combinaison de performances mécaniques et d'auto-réparation dans une polymérisation en mini-émulsion afin de répondre aux objectifs généraux du projet. Les tailles des particules du latex obtenu ont été mesurées par diffusion dynamique de la lumière et les polymères résultants ont été caractérisés par spectroscopie infrarouge et calorimétrie différentielle à balayage. Le latex n'a cependant démontré aucune propriété d'auto-réparation et sa température de transition vitreuse s'est avérée trop faible pour l'application visée. Différentes étapes d'optimisation ont donc été réalisées pour améliorer ces deux propriétés, notamment en modifiant la nature ou le ratio molaire du monomère fonctionnel. / Wood is a popular material to decorate building interiors owing to its noble and warm appearance. However, it needs to be protected from mechanical damage with a coating in order to maintain its aesthetic appeal and increase its lifetime. Despite the efforts devoted to develop coatings providing a long-lasting surface protection, they remain sensitive to scratches, which can appear quickly as they result from daily interactions with wooden surfaces. Wood manufacturers have thus to face claims from their customers as scratches are aesthetically unpleasant and appear even on high-end pieces of furniture for which higher quality is expected considering the higher purchase cost. The piece of furniture can be replaced or be recovered for repair, but both induce supplementary transport and labor costs. The key to solving this problem is then to add self-healing properties to the coatings in order to treat the scratches. Among the many different types of coatings, the water-based coatings are interesting because they involve low emissions of volatile organic compounds. The general goal of this thesis project is then to develop a self-healing water-based coating for indoor wood products. The first adopted strategy aims to obtain a polyacrylate network that is reversibly cross-linked with covalent bonds formed through the Diels-Alder reaction. The goal of this study is thus to evaluate the relevance of this strategy when this polymer is prepared with mini-emulsion polymerization. Several latices were prepared from monomers bearing a furan or malaimide group in their pendant chain. The size distribution of the polymer particles was assessed using dynamic light scattering and the chemical structure of the polymer was studied with Fourier-transform infrared spectroscopy. Following the results obtained from the previous study, the strategy based on the reversible cross-linking of the polymer was abandoned to use hydrogen bonds between urea groups as dynamic interactions. The mini-emulsion polymerization was temporarily discarded and replaced with a conventional polymerization in an organic solvent in order to ease the synthesisand characterization of the polymers. Several polyacrylates were synthesized from functional monomers bearing urea groups in their pendant chain. They were characterized with infrared spectroscopy, size exclusion chromatography and differential scanning calorimetry. Moreover, their self-healing properties were assessed with gloss recovery following scratch damages and the hardness value of the coatings exhibiting the best self-healing performances was measured with a nanoindentation technique. Through those analyses, the polymer showing the best combinaison between the mechanical and self-healing properties was identified. The last step of this thesis aimed to transfer the synthesis of the previously identified best candidate from conventional polymerization to mini-emulsion polymerization in order to achieve the goal of this project. The size distribution of the polymer particles of the resulting latice was measured with dynamic light scattering and the resulting polymers were characterized by infrared spectroscopy and differential scanning calorimetry. The self-healing properties were afterwards assessed by optical microscopy but the prepared coatings did not show any significant self-healing properties. In addition, the measured glass transition temperature value was too low to suit the final application. Several optimization steps were then carried out to improve the properties of the polymer, for example by modifying the nature or the molar ratio of the functional monomer.

La synthèse et la caractérisation de nanoparticules de polymère dopées d’un complexe luminescent et de nanoparticules d’argent ont été réalisées. La polymérisation en mini-émulsion a permis d’obtenir des nanoparticules de polystyrène dopées d’un complexe luminescent. La concentration de complexe d’europium maximale pouvant être atteinte, sans qu’il y ait déstabilisation de l’émulsion, est de 2% (m/m). Il est également possible de préparer des nanoparticules de polymère contenant le complexe luminescent, ainsi que des nanoparticules métalliques. Pour ce faire, le complexe et les nanoparticules métalliques doivent être dispersés dans le monomère de départ. Il est donc nécessaire de modifier la surface des nanoparticules métalliques afin qu’il y ait une bonne affinité entre les nanoparticules métalliques et le polymère. Il est intéressant de confiner les nanoparticules métalliques dans la même particule de polymère que le luminophore afin d’observer leur impact sur la luminescence. Le rehaussement ou l’exaltation de la luminescence au voisinage de nanoparticules métalliques est un phénomène bien connu. Lorsqu’une nanoparticule métallique est excitée par une onde électromagnétique qui correspond à la fréquence de résonnance du nuage électronique de la particule, une augmentation du champ électrique est engendrée à proximité de la particule et a pour effet de rehausser la luminescence des luminophores à proximité. Les propriétés optiques des nanoparticules hybrides obtenues (polystyrène/complexe luminescent/argent) montrent, qu’effectivement, en présence d’argent, une augmentation de l’intensité lumineuse peut être observée.

Ce manuscrit décrit l'utilisation de particules de silice colloïdale de taille et de fonctionnalité définies pour élaborer des matériaux aux propriétés spécifiques. Dans un premier temps, nous avons comparé différentes méthodes de synthèse de particules de silice à partir d'un précurseur moléculaire selon un procédé sol-gel. Celles-ci nous ont permis de fabriquer des objets sphériques de fonction de surface contrôlée et avec une taille moyenne régulière comprise entre 50 nm et 2 microns. Une fois ces particules synthétisées, nous avons étudié leur comportement à l'interface air-eau grâce à la technique de Langmuir puis fabriqué des cristaux colloïdaux d'épaisseur contrôlée par dépositions successives de monocouches de particules sur des substrats hydrophiles selon le principe de la technique de Langmuir-Blodgett. Ce contrôle nous a permis d'étudier l'influence de l'épaisseur des cristaux sur leurs propriétés spectroscopiques. Le second axe de notre recherche concernait l'élaboration de particules à morphologie originale et en particulier d'objets dissymétriques. L'utilisation de différentes techniques impliquant des phénomènes interfaciaux a d'abord été envisagée (interfaces planes puis courbes à l'échelle macroscopique). Nous avons également élaboré de particules organiques-inorganiques grâce à un procédé de polymérisation en émulsion de styrène en présence de particules de silice modifiées en surface. La maîtrise des différents paramètres expérimentaux nous a ainsi permis d'obtenir des objets hybrides aux morphologies originales mais prédictibles et variées, qu'elles soient dissymétriques (± haltère a, ± bonhomme de neige a, ± cœur-écorce décentré a) ou non (± marguerite a, ± multipode a ou ± framboise a). Ces nouveaux types de particules colloïdales pourraient présenter des propriétés innovantes dans de nombreux domaines tels que la catalyse, l'affichage électronique ou la stabilisation de milieux complexes

La synthèse de colloïdes dont les propriétés peuvent être ajustées par modification de l'organisation spatiale de leurs constituants permet d'envisager la formation de matériaux uniques et révolutionnaires. Au cours de ce travail, nous nous sommes intéressés à la fabrication de particules hybrides constituées d'un coeur de silice décoré en surface par des latex de polystyrène élaborés in situ par un procédé original de polymérisation en émulsion.<br />Le contrôle du nombre et de la taille des nodules organiques en croissance peut être réalisé via l'ajustement de certains paramètres expérimentaux tels que les caractéristiques physicochimiques de la silice et/ou de la réaction de polymérisation en émulsion. Des colloïdes remarquables par leurs formes (polyèdres réguliers) et par leurs tailles (quelques centaines de nanomètres) ont été obtenus.<br />Nous avons également synthétisé des nanoparticules dissymétriques ou « Janus », en référence au dieu romain à deux visages. Nous avons pour cela développé deux voies de synthèse, basées sur le masquage partiel d'un des hémisphères de particules minérales suivi d'une étape de fonctionnalisation de surface régiosélective. Ainsi, des dimères hybrides silice/polystyrène, où le nodule polymère sert de masque temporaire du coeur minéral, se sont avérés de bons candidats dans la réalisation de particules « Janus ». Nous avons également exploité une interface liquide/liquide (émulsions de Pickering) pour générer ce type d'objets.<br />L'étude des propriétés de ces colloïdes en vue de diverses applications telles que la réalisation de cristaux colloïdaux ou de nanostructures multifonctionnelles complexes a été abordée.

La forte croissance du marché des peintures en poudre nécessite le développement de nouvelles matières de charges compatibles, et notamment de grades de pigments aluminium spécifiques pour obtenir des effets métallisés intéressants. Pour ce faire, l'enrobage des pigments dans une couche polymère est une stratégie éprouvée. Cette étude a permis de montrer qu'un nouveau type de traitement simple et propre, en milieu aqueux, est possible grâce à l'utilisation d'un réactif qui joue un double rôle : les ions persulfate permettent, en effet, dans un premier temps d'inhiber la corrosion de l'aluminium par passivation, puis d'amorcer la réaction de polymérisation de monomères acryliques. La mise en oeuvre de conditions de réaction spécifiques permet alors de limiter l'agglomération des particules et de former une couche polymère homogène et uniforme garantissant des effets otiques optimaux. En ce qui concerne l'interaction entre persulfate et aluminium, nous avons mis en évidence une réaction d'oxydation par le persulfate. Son effet est croissant avec le rapport massique ions persulfates / aluminium et des conditions optimales ont été déterminées sur le grade de pigments étudié. Enfin un mécanisme a été proposé pour rendre compte des résultats obtenus lors des tests de dégazage (gassing), du suivi du ph et des observations en microscopie électronique à balayage (MEB).

Le présent travail examine un nouveau procédé "top-down" de production des nanoparticulesd’amidon basé sur l’utilisation des ultrasons comme moyen de désintégration physique desparticules d’amidon. Une caractérisation approfondie par diffusion dynamique de la lumière(DLS), par microscopie électronique à balayage (FE-SEM) et par diffraction des rayons-X , etdiffusion Raman (DRX, Raman et SAXS) montre que cette approche permet de produire desparticules d’amidon nanométrique, de forme plaquettaire, ayant un caractère amorphe. Lesnanoparticules issues ont été utilisées comme stabilisants de Pickering dans la polymèrisationen émulsion pour préparer in-situ des nanocomposites à matrice acrylique incorporant lesnanoparticules d’amidon à des taux allant de 2 à 12%Les propriétés mécaniques et optiques des films de nanocomposites, obtenus aprèsévaporation de l’eau et coalescence des particules, ont été étudiées par analyse mécaniquedynamique (DMA) et spectroscopie UV-visible. / The present work investigates a new process "top-down" of producing a starch nanoparticlesbased on the use of ultrasound as a means of physical disintegration. An extensivecharacterization using dynamic light scattering (DLS), Filed-effect scanning electronicmicroscopy (FE-SEM), and structural analysis (XRD, Raman and SAXS) shows that this wassuccessful in producing nanosized starch particles with platelet-like morphology. Theparticles produced were used as a Pickering stabilizer in the emulsion polymerization ofacrylic nanocomposite. The nanocomposite dispersion was characterized using dynamic lightscattering, ζ-potential measurement, transmission electron microscopy (TEM) and FE-SEM.A clear correlation between the particle size of the polymer particles and the content of thestarch nanoparticles was shown.The properties of the nanocomposite film prepared by casting and film-formation bycoalescence at room temperature were investigated using dynamic mechanical analysis andUV-Visible spectroscopy.