Mes premiers remerciements vont tout naturellement à mon directeur de recherche, le Professeur Serge Kaliaguine, à qui je souhaite exprimer ma grande gratitude. L'intérêt et l'enthousiasme qu'il a témoigné tout au long de cette thèse, ainsi que sa disponibilité (malgré un emploi du temps souvent très chargé...), ses précieux conseils et son extrême gentillesse, contribuent pour une grande part au résultat final. Mes remerciements vont également à deux Professeurs de l'Université Laval, Madame Anna Marie Ritcey, du département de chimie et Monsieur Bernard Riedl, du département des sciences du bois et de la forêt, ainsi qu'à Monsieur Abdellah Ajji, Professeur associé à l'Ecole Polytechnique de Montréal, pour avoir accepté d'examiner cette thèse et de faire partie des membres du jury. Je tiens aussi à remercier vivement Monsieur Frej Mighri, Professeur au département de génie chimique de l'Université Laval, pour avoir accepté de présider ce jury de thèse. Mes remerciements les plus chaleureux vont au Docteur Marc Reinholdt, qui a consciencieusement co-supervisé ce travail. Marc est bien davantage qu'un « simple » encadrant à mes yeux. Il est un frère, un ami bienveillant... dont la route croise régulièrement la mienne depuis de nombreuses années. Sans sa présence, ses encouragements, son écoute, ses « hugs »... il est peu probable que j'aurais trouvé la force de traverser les périodes difficiles qui m'ont affectées durant ma thèse. Je ne le remercierai jamais assez pour tout ce qu'il a fait pour moi. J'ai également une pensée particulière pour mes collègues et les employés du laboratoire, et plus particulièrement pour Monsieur Gilles Lemay, qui se dévoue corps et âme à la Science et veille constamment au bien-être des étudiants. Sans son aide et sa précieuse écoute, beaucoup de projets ne verraient pas le jour, et des rêves resteraient inachevés. Je pense également à tous les employés qui m'ont apporté leur soutien technique, notamment à Monsieur Jean Frenette (Diffraction de rayons X) qui s'est toujours appliqué à m'offrir un « service express », à Monsieur Richard Janvier (Microscopie Electronique à Ill Transmission) avec qui j'ai passé des heures à admirer ces « belles petites particules », mais aussi à Rémy Guillet-Nicolas pour ses mesures d'adsorption-désorption d'azote. Enfin, je ne saurais terminer ces remerciements sans y associer mes amis de longue date, Aurélie, Tony et Lulu, qui ont toujours su faire preuve d'une grande indulgence envers la fille « à la tête dans les étoiles » que je suis. Leur amitié m'est très précieuse et m'a toujours portée plus haut... Je leur dois beaucoup.

Les protéines extraites des végétaux sont des matériaux relativement peu coûteux, non toxiques, biocompatibles et biodégradables. Elles représentent une bonne alternative aux protéines d’origine animale et aux polymères dérivés du pétrole. Dans le cadre de cette étude, les protéines extraites de graines de soja et de tournesol ont été utilisées en tant que matériaux enrobants pour la microencapsulation de la matière active hydrophobe (α-tocophérol) ou hydrophile (acide ascorbique) par le procédé d’atomisation. Les protéines de soja sont largement utilisées dans les applications alimentaires et non-alimentaires, notamment en microencapsulation. Elles sont donc étudiées dans ce travail comme matériau enrobant de référence. Les protéines de tournesol n’ont quant à elles pas d’application industrielle concrète, si ce n’est sous la forme de tourteaux dans l’alimentation animale. C’est pourquoi il nous semble pertinent de trouver des nouvelles voies de valorisation pour ce coproduit d’origine agricole. Plusieurs modifications des protéines, telles que l’hydrolyse enzymatique, l’acylation, la réticulation enzymatique et la cationisation ont été étudiées dans le but d’améliorer les propriétés encapsulantes du matériau enrobant. Dans le contexte de la chimie verte, toutes les modifications ont été effectuées sans utilisation de solvants organiques ni de catalyseurs chimiques. L’influence des modifications chimiques et enzymatiques des protéines, et des paramètres du procédé (pression d’homogénéisation, ratio matériau enrobant/matière active et concentration en protéines) sur les différentes caractéristiques des préparations liquides et des microparticules (viscosité, taille des gouttelettes dans le cas des émulsions, morphologie et taille des microparticules), ainsi que sur les paramètres liés au procédé d’atomisation (rendement et efficacité de microencapsulation) a été particulièrement étudiée au cours de ce travail. Les résultats obtenus confirment que l’extrait protéique de tournesol est tout à fait pertinent comme matériau enrobant et permet d’obtenir des efficacités de microencapsulation significativement plus élevées par rapport à celles obtenues avec l’extrait protéique de soja. / Proteins extracted from vegetables are relatively low-cost, non-toxic, biocompatible and biodegradable raw materials. They represent a good alternative to animal-based proteins and petroleum-extracted polymers. In this study, proteins derived from soybean and sunflower seeds were used as wall materials for microencapsulation of hydrophobic (-tocopherol) or hydrophilic (ascorbic acid) active material by spray-drying technique. Soybean proteins are widely used in food and non-food applications, especially in microencapsulation. They were studied in this work as wall material of reference. Sunflower proteins are not actually used in industrial application, but only in the form of oil-cake for animal feeding. That’s why new ways of valorization of this agricultural by-product should be investigated. Several proteins’ modifications such as enzymatic hydrolysis, acylation, cross-linking and cationization were studied in order to improve encapsulating properties of wall material. In the context of green chemistry, all the modifications and preparations were performed without use of organic solvents and chemical catalysts. The effect of protein chemical and enzymatic modifications, and process parameters (homogenization pressure, wall/core ratio and protein concentration) on different characteristics of liquid preparations and microparticles (viscosity, emulsion droplet size, microparticle size and morphology) and on parameters related to the spray-drying process (yield and efficiency of microencapsulation) was particularly investigated in this study. The obtained results confirmed that sunflower proteins are quite suitable as encapsulating agent and provide the microencapsulation efficiencies significantly higher compared to those obtained with soy proteins.

Le travail présenté dans ce manuscrit s’intéresse au mode d’action des résines thermodurcissables utilisées pour conférer au matériau papier des propriétés spécifiques. En effet, certains papiers sont destinés, au cours de leur usage, à être en contact avec des liquides et en particulier de l’eau. C’est le cas, par exemple, des papiers absorbants, de certains papiers filtres, mais aussi de papiers pour étiquettes ou pour billets de banque. En présence d’eau, les papiers perdent rapidement leur résistance mécanique, essentiellement due à la présence en grand nombre de liaisons hydrogène, d’où la nécessité d’un traitement : l’objectif est de maintenir un certain niveau de résistance des papiers saturés en eau. Ces traitements consistent à introduire dans la suspension fibreuse, en cours d’élaboration, des pré-polymères cationiques s’adsorbant à la surface des fibres. Après la formation de la feuille de papier, la feuille humide est séchée et c’est au cours de cette étape que s’amorce la réticulation de ces polymères. Elle conduit à la formation d’un réseau tridimensionnel de polymère dans le matelas fibreux. Ce réseau permet au papier de conserver ses propriétés mécaniques lorsqu’il est en contact avec de l’eau. Il présente ce que l’on appelle communément une résistance à l’état humide (REH). Un des inconvénients de ce type de traitement est lié aux difficultés de recyclage des papiers obtenus. Il nécessite un traitement particulièrement intensif et coûteux qui couple une action mécanique (désintégration, dépastillage) à une action chimique (utilisation d’hydroxyde de sodium, par exemple). Même si ces produits sont largement utilisés, les mécanismes mis en jeu que ce soit pour le développement des propriétés de REH ou pour le recyclage ne sont pas totalement compris. Dans ce contexte, ce travail a pour objectif d’étudier le mode d’action de pré-polymères de polyamideamine épichlorhydrine (PAE), couramment utilisés en papeterie pour conférer au matériau papier une résistance à l’état humide (REH). Il s’intéresse à la caractérisation de solutions commerciales de PAE et à l’étude des mécanismes réactionnels de ces pré-polymères. Il traite également de l’effet de certains paramètres de production du papier sur l’efficacité des traitements. Enfin, il apporte de éléments nouveaux sur la compréhension de l’étape de recyclage. / Polyamideamine epichlorohydrin (PAE) resin is a water soluble additive and the most used permanent wet strength additive in alkaline conditions for preparing wet strengthened papers. In this thesis, we studied some properties of PAE resins and wet strengthened papers prepared from them. In order to elucidate PAE structure, liquid state, 1H and 13C NMR was performed and permitted signals assignment of PAE structure. PAE films were prepared to study cross-linking reactions and then thermal and ageing treatments were performed. According to our results, the main PAE cross-linking reaction occurs by a nucleophilic attack of N atoms in the PAE and/or polyamideamine structures forming 2-propanol bridges between PAE macromolecules. A secondary contribution of ester linkages to the PAE cross-linking was also observed. However, this reaction, which is thermally induced, only occurs under anhydrous conditions. The mechanism related to wet strength development of PAE-based papers was studied by using CMC as a model compound for cellulosic fibres and PAE-CMC interactions as a model for PAE-fibres interactions. Based on results from NMR and FTIR, we clearly showed that PAE react with CMC that is when carboxylic groups are present in great amounts. Consequently, as the number of carboxylic groups present in lignocellulosic fibres is considerably less important and the resulting formed ester bonds are hydrolysable, we postulate that ester bond formation has a negligible impact on the wet strength of PAE-based papers. In the second part of this work, a 100% Eucalyptus pulp suspension was used to prepare PAE-based papers. PAE was added at different dosages (0.4, 0.6 and 1%) into the pulp suspension and its adsorption was indirectly followed by measuring the zeta potential. Results indicate that the adsorption, reconformation and/or penetration phenomena reach an apparent equilibrium between 10 and 30 min. Moreover, we showed that the paper dry strength was not significantly affected by the conductivity level (from 100 to 3000 µS/cm) of the pulp suspension. However, the conductivity has an impact on the wet strength and this effect seems to be enhanced for the highest PAE dosage (1%). We also demonstrated that storing the treated paper under controlled conditions or boosting the PAE cross-linking with a thermal post-treatment does not necessarily lead to the same wet strength. Degrading studies of cross-linked PAE films showed that PAE degradation in a persulfate solution at alkaline medium was more effective. A preliminary study of industrial PAE-based papers (coated and uncoated papers) was also performed. For uncoated paper, persulfate treatment was the most efficient. For coated papers, all treatments were inefficient in the used conditions, although a decrease of the wet tensile force of degraded samples was observed. The main responsible of the decrease of persulfate efficiency for coated papers was probably related to side reactions of free radicals with the coating constituents.

Dans ce travail, le comportement des protéines de pois vis-à-vis de la gélification enzymatique par la transglutaminase microbienne (MTGase) a été évalué à l’état natif et après dénaturation (réduction chimique ou thermo-dénaturation). L’application finale concernait la formation de microparticules protéiques permettant d’encapsuler la riboflavine, choisie comme molécule active hydrophile modèle. Le procédé d’extraction des fractions protéiques de pois a été optimisé de manière à affecter le moins possible la structure des protéines et de récupérer des fractions natives riches en albumines (Alb) et en globulines (Glob), ou leur mélange. La mise en place des méthodes de suivi de la réaction enzymatique a permis de mettre en évidence leur complémentarité ainsi que leurs limites. Deux nouvelles méthodes de suivi de la réticulation enzymatique ont été développées. L’une basé sur la RMN permet la détermination simultanée de la quantité du fragment glutamine-lysine, produit de la réaction enzymatique, et le degré de réticulation ; l’autre méthode, basée sur les techniques de mesure de taille (SDS-PAGE et DLS), permet de visualiser les liaisons intramoléculaires. L’étude du traitement enzymatique appliqué aux fractions Alb et Glob de pois à l’état natif et dénaturé, ainsi qu’en mélange natif, a montré que la réaction enzymatique est fortement liée à la structure et à la conformation des protéines. Contrairement à la fraction Alb, la fraction Glob constitue un bon substrat pour la MTGase et la réticulation met en jeu des sous-unités constitutives des globulines différentes pour chaque condition de traitement. Néanmoins, la fraction Alb peut être utilisée en tant que booster de réaction enzymatique ce qui peut faire l’objet d’une voie innovante d’amélioration de la susceptibilité des protéines vis-à-vis de la MTGase. Le mécanisme semble basé sur un phénomène d’affinité sélective. Les bonnes propriétés mécaniques et de capacité de rétention d’eau du gel de la fraction protéique de pois totale ont été exploitées pour produire des microparticules à partir de la dispersion de la solution protéique sous forme d’émulsion suivie d’une gélification enzymatique par la MTGase. Les microparticules ont été pratiquement insolubles dans les milieux gastro-intestinaux en absence d’enzymes et lentement dégradable en présence d’enzymes. La libération de la riboflavine est gouvernée par un phénomène de diffusion en absence d’enzyme et de dégradation de support en présence d’enzymes selon des cinétiques compatibles avec des applications nutraceutiques. / In this work, pea proteins behavior toward enzymatic gelation by microbial transglutaminase (MTGase) was studied at native state and after denaturation (chemical reduction or thermal denaturation). The final application was the formation of protein microparticules to encapsulate riboflavin, chosen as hydrophilic active molecule model. The extraction process of the pea protein fractions has been optimized in such a way to minimize as possible protein denaturation and recover native fractions rich in albumin (Alb) and globulin (Glob) or a mixture of both.The setting up of the enzymatic reaction monitoring methods has brought out their complementarity as well as their limits. Two new monitoring methods of enzymatic cross-linking reaction have been developed. The first one, based on the NMR, allows to the simultaneous determination of the glutamine-lysine isopeptide bond, product of the enzymatic reaction, and the degree of crosslinking; the second method, based on size measuring techniques (SDS-PAGE and DLS), permit to view the intramolecular links. The study of enzymatic treatment applied to pea Alb and Glob at the native and denatured states, as well as thier native mixture showed that the enzymatic reaction is strongly related to the structure and conformation of proteins. Unlike Alb, the Glob fraction is a good substrate to transglutaminase and crosslinking reaction involves different subunits constituting globulins for each treatment condition. However, the Alb can be used as a booster of enzyme reaction which can be an innovative way for improving the proteins susceptibility toward transglutaminase treatment. The mechanism seems to be based on a selective affinity phenomenon. The good mechanical properties and water holding capacity of total pea proteins gel have been exploited to produce microparticles from a water-in-oil emulsion followed by enzymatic gelation. The produced microparticles were practically insoluble in gastrointestinal media in the absence of enzymes and slowly degradable in the presence of enzymes. The release mechanisms of riboflavin in digestive environments are governed by a diffusion phenomenon in the absence of enzymes and by support degradation phenomenon in the presence of enzymes according to kinetics compatible with nutraceutical applications.

Dans le cadre de cette thèse, les dérivés d’huiles végétales sont utilisés pour la synthèse de bioplastifiants bio-résistants pour le PVC d’une part et la plastification et la réticulation d’un élastomère d’autre part (EPDM). Les huiles ont été choisies comme matières premières renouvelables car elles ont des fonctions esters qui permettent la solubilisation du PVC et des chaines grasses compatibles avec l’EPDM. Les réactions d’ouvertures d’époxydes d’esters gras en di-esters (symétriques et dissymétriques) ont été étudiées et principalement appliquées à la plastification du PVC. L’ouverture des époxydes d’esters gras en éther-esters a aussi été étudiée, principalement pour la plastification de l’EPDM. Les conditions réactionnelles ont été optimisées par l’étude de catalyseurs, homogène (TBACl) et hétérogène (TiO2) pour l’ouverture en hydroxy-ester, et par des résines sulfoniques pour l’ouverture en éther et pour l’estérification des hydroxyles résiduels. Une large variété de réactifs choisis suivant l’application désirée a été utilisée. Le dérivé cyclohexanoate/acétate d’esters méthyliques de colza présente les meilleures propriétés plastifiantes pour le PVC mais il n’est malheureusement pas biorésistant. Les dérivés éther-ester ne sont pas stables thermiquement et ne permettent pas la plastification de l’EPDM. Un dérivé di-insaturé et peu polaire (oléate d’oléyle) a été synthétisé en vue de la plastification et la réticulation de l’EPDM. Plusieurs réactions ont été examinées pour lier l’huile et le polymère (hydrosilylation, ène-réaction et métathèse) mais la réactivité est trop faible pour permettre la réticulation / During this thesis, derivatives of vegetable oils are used to synthesize bio-resistant bio plasticizers for PVC and plasticizer / cross linker for an elastomer (EPDM). The oils possess ester functional groups which allow the solubilization of PVC and fatty chains compatible with EPDM. The reactions of epoxide ring-opening of fatty esters to di esters (symmetrical and asymmetrical) have been studied and applied mainly to the plasticization of PVC. The ring-opening of epoxides of fatty esters to ether-esters has also been studied, primarily for plasticization of EPDM. Optimization of the reaction conditions was carried: homogeneous (TBACl) and heterogeneous (TiO2) catalysts were efficient for the preparation of hydroxy-ester, and sulfonic resins in ether and the esterification of residual hydroxyls. A wide variety of reagents selected according to desired application were used. The derivative cyclohexanoate / acetate rapeseed methyl esters present the best plasticizing properties for PVC but it is unfortunately not bio-resistant. Ether-ester derivatives are not stable thermally and do not allow the plasticization of EPDM. A relatively non-polar di-unsaturated derivative (oleyl oleate) was synthesized for the plasticization and cross linking of EPDM. Several reactions are considered to link the oil and the polymer (hydrosilylation, ene- reaction and metathesis), but the reactivity is too low to allow the cross linking

Ces travaux de thèse traitent de la polymérisation anionique combinée à deux méthodologies différentes d’activation du monomère visant à contrôler les réactivités des monomères et/ou des espèces actives lors de la propagation pour la synthèse de polyéthers et de polyamide-3. L’étude de nouveaux systèmes efficaces d’amorçage/propagation à base de magnésium et d’aluminium pour la polymérisation anionique par ouverture de cycles des époxydes substitués est présentée. Deux types de polyéthers réticulables ont également été synthétisés par l’utilisation de bromure de tétraoctylammonium et de triisobutyl-aluminium. Dans le premier cas, l’objectif est d’incorporer des fonctions furane pendantes le long des chaînes polyéthers. Dans le second cas il s’agit d’introduire des doubles liaisons au sein même du squelette polyéther. Les réticulations ont ensuite été effectuées thermiquement par le biais d’une chimie réversible de type Diels-Alder entre groupement furane et maléimide pour le premier cas et par vulcanisation pour le deuxième. Enfin, une étude menant à une compréhension mécanistique a été conduite sur la synthèse de polyamide-3 en masse par polymérisation par transfert d’hydrogène à partir de l’acrylamide. / The studies presented in this thesis report on the use of the anionic polymerization with two different methodologies of monomer activation aiming to control the reactivity of monomers and/or growing species for the synthesis of polyethers and polyamide-3. New magnesium/aluminium active systems efficient for the anionic ringopening polymerization of substituted epoxides are proposed and developed. Cross-linkable polyethers were also synthesized by using the combination of tetraoctylammonium bromide with triisobutylaluminum. Furan groups or double bonds were introduced as pendant or inchain functions respectively in polyether-based materials. The so-formed polymers were cross-linked using reversible Diels-Alder reaction between furan and maleimide, and vulcanization for the double bonds. Finally, we investigated the mechanism of the hydrogentransfer polymerization of acrylamide in bulk conditions as a sustainable route to get polyamide-3.

L’objectif de ce travail est dans un premier temps d’élaborer des fleurs macromoléculaires et des polymères hyperbranchés par auto-assemblage et réticulation de copolymères triblocs associatifs en solvants sélectifs. Dans un second temps, il s’agit d’étudier les propriétés structurales et dynamiques de ces architectures par diffusion de la lumière et rhéologie en solution sur une gamme étendue de concentration. La première partie de ce travail a consisté à synthétiser les copolymères triblocs associatifs à base de polybutadiène (PB), et de poly(oxyde d’éthylène) (POE) en les modifiant aux extrémités avec des blocs solvophobes réticulables respectivement poly(acrylate de diméthylmaléimidoéthyle)(PMDIEA), et poly(acrylate de méthacryloyloxyéthyle)(PAME). La deuxième partie de ce travail a consisté en l’élaboration de micelles "fleurs" et de polymères hyperbranchés (HyperMac) par auto-assemblage dans l’eau du copolymère PAME7-b-POE270-b-PAME7, suivi d’une réticulation des cœurs afin de figer les structures. Il a été observé par diffusion de la lumière que la taille dépend de la concentration à laquelle le polymère a été réticulé. Les dynamiques locales ainsi que la compressibilité osmotique sont indépendantes de l'architecture (étoile, fleur ou HyperMac) à forte concentration. Il a également été observé une autosimilarité des structures obtenues quels que soient leurs types. Les mesures de rhéologie montrent une augmentation de la viscosité avec la taille et le degré de ramification des architectures. La dépendance en concentration de la viscosité des solutions de "fleurs" est identique à celle des solutions d'étoiles. / The objective of this work is a first step to develop flower-like and hyperbranched polymers by selfassembling and crosslinking of associative triblock copolymers in selective solvents. The second aim is to study structural and dynamic properties of these architectures in solution by light scattering and rheology on a broad range of concentrations. The first part of this work consisted in synthesizing triblock copolymers based on polybutadiene (PB), and poly(ethylene oxide) (PEO) by end-capping them with crosslinkable solvophobic blocks; poly(dimethyl maleimido ethyl acrylate) (PDMIEA) and poly(methacryloyloxyethyl acrylate) (PMEA), respectively. The second part of this work consisted in elaborating flowers-like and hyperbranched polymers (HyperMac) by self-assembling the PAME7-b-PEO270-b-PAME7 copolymer in water, followed by crosslinking the micelles cores in order to freeze the structures. Light scattering revealed that the size of the objects depended on the concentration at which the polymers were crosslinked. Local dynamics and osmotic compressibility were independent of the architecture (star, flower or HyperMac) at high concentrations. In addition, a self-similarity of the structures was observed regardless their types. Rheology measurements showed an increase of viscosity with the size and the branching degree of the architectures. The concentration dependence of the viscosity was the same for star- and flower-like polymer in water.

Inscrite dans le cadre d’un projet ANR, la thèse porte sur l’étude et le développement des revêtements poudres UV en vue du recouvrement de panneaux de bois. La thèse détaille les spécificités de ces formulations et de la technologie associée afin de constituer une bibliographie solide propre à ce domaine. Les travaux expérimentaux se basent sur des formulations modèles comprenant une résine poudre UV (uréthane diacrylate ou polyester diméthacrylate) et un photoamorceur. Une étude mécanistique permet de montrer les influences de la température et de la viscosité, de l’intensité lumineuse et de l’atmosphère sur la réactivité des formulations modèles. Il est également démontré que les mécanismes de terminaison spécifiques à ces systèmes suivent des processus mixtes: bimoléculaire, pseudo-monomoléculaire et recombinaison des radicaux primaires. La prédominance des différents processus dépend de l’avancement de la réaction. La formation du réseau de réticulation est ensuite étudiée en fonction de la source d’irradiation: convoyeur semi-industriel doté de lampes UV ou système LED émettant autour de 395 nm. Les caractéristiques du réseau de réticulation (Tg, densité de réticulation, module d’Young) sont reliées aux propriétés des revêtements finaux (flexibilité, résistance à la rayure ou au solvant). L’utilisation d’acrylates multifonctionnels a un impact sur les longueurs de chaînes et la densité de réticulation. En vue d’applications spécifiques, il est finalement proposé d’incorporer une argile modifiée avec de l’Argent au sein des formulations modèles pour obtenir des revêtements poudres UV antibactériens homogènes possédant de bonnes propriétés de résistance. / In the frame of a project of the Agency National Research (France), the thesis deals with the study and the development of UV powder coatings dedicated to wood based panels. The work describes the main features of these formulations and the associated technology in order to offer a strong bibliography specific to this area. The experiments are based on model formulations containing an UV powder resin (diacrylate urethane or dimethacrylate polyester) and a photoinitiator. A mechanistic study allows highlighting the influence of temperature and viscosity, light intensity and atmosphere on the reactivity of the model formulations. It is also shown that the termination mechanisms specific to theses systems follow mixed processes: bimolecular, pseudo-monomolecular and primary radical termination. The predominance of the different processes is related to the reaction conversion. The building of the crosslinking network is then studied depending of the irradiation source: semi-industrial conveyor equipped with UV lamps or LED system emitting around 395 nm. The characteristics of the crosslinking network (Tg, crosslinking density, Young’s modulus) are linked to the final coatings properties (flexibility, scratch and solvent resistance). The incorporation of multifunctional acrylates affects the chains length and crosslinking density. To reach specific applications, it is finally proposed to add a silver-modified clay into model formulations to obtain homogeneous antibacterial UV powder coatings exhibiting good resistance properties.

Dans un contexte de démarche écoresponsable et pour répondre aux exigences de biocompatibilité notamment dans les applications cosmétiques et biomédicales, nous avons développé de nouveaux hydrogels à base de polysaccharides neutres et anioniques en utilisant deux voies originales. La 1ère approche est biomimétique et a consisté à mimer un phénomène d’élaboration naturelle d’hydrogels que l’on retrouve chez certains végétaux pour lesquels une enzyme, la laccase, permet de créer des liens de réticulation par dimérisation des composés phénoliques (en l’occurrence de l’acide férulique FA) présents sur les arabinoxylanes des mucilages des graines de céréales par exemple. Notre travail a ainsi consisté à greffer de l’acide férulique via deux chimies différentes de type imidazole et carbodiimide respectivement pour des polysaccharides neutres ou anioniques. Nous avons ainsi fonctionnalisé trois polysaccharides : le pullulane ou PUL (neutre modèle), le carboxyméthylpullulane ou CMP (anionique modèle) et l’acide hyaluronique ou HA (anionique d’intérêt). Des taux de greffage compris entre 2 et 25% ont été obtenus. L’étude physicochimique en régimes dilué et semi-dilué a permis de mettre en évidence un comportement associatif lié au caractère amphiphile des polysaccharides fonctionnalisés. La réticulation en présence de laccase, suivie in situ en rhéologie, a été réalisée avec succès sur les différents systèmes envisagés avec des contrôles possibles de la cinétique, des propriétés mécaniques finales ou encore du gonflement des hydrogels en fonction du caractère neutre ou chargé des polysaccharides, du degré de substitution en acide férulique, de la concentration en polymère ou de l’activité enzymatique fixée. Les dérivés synthétisés ont globalement démontré des activités biologiques (antioxydante et cytocompatible) intéressantes. La deuxième approche repose sur la photoréticulation possible de polysaccharides (PUL, CMP et HA) fonctionnalisés par le greffage d’amine/acide gras mono ou polyinsaturé (oleylamine, acide oléique et linoléique) via la chimie des imidazoles. Si le pullulane modifié par l’acide linoléique à 2% s’est avéré non hydrosoluble en raison de son caractère neutre, tous les autres dérivés avec des taux de greffages de 3 et 10% ont démontré une bonne solubilité dans l’eau. Les études physicochimiques mettent en évidence un très fort caractère associatif de ces dérivés amphiphiles avec la formation de gels physiques en régime semi-dilué. La photoréticulation a été démontrée en rhéologie sous irradiation UV in situ en présence d’un photoamorceur de type Darocur 1173®. Les résultats préliminaires obtenus selon cette approche en photoréticulation ouvrent ainsi des perspectives intéressantes. / In the framework of an eco-responsible context and to take advantage of biocompatibility, notably in cosmetic and biomedical applications, we have developed new hydrogels based on neutral and anionic polysaccharides using two original routes. The first approach is biomimetic and consists of mimicking a natural development of hydrogels that is found in certain plants for which an enzyme, laccase, allows to create crosslinks by dimerization of phenolic compounds, in occurrence of ferulic acid (FA) present on arabinoxylans mucilage of cereal seeds for example. Thus, our work consisted in grafting ferulic acid via two different chemical ways that means imidazole and carbodiimide respectively for neutral or anionic polysaccharides. We functionalized three polysaccharides: pullulan or PUL (neutral model), carboxymethylpullulane or CMP (model anionic) and hyaluronic acid or HA (anionic of interest) with grafting rates of between 2 and 25%. The physicochemical study in diluted and semi-diluted regimes evidenced an associative behavior due to the amphiphilic character of the functionalized polysaccharides. The crosslinking in the presence of laccase, followed in situ thanks to rheology, has been successfully performed on the various envisaged systems with possible controls of kinetics, the final mechanical properties or the swelling of the hydrogels as a function of the neutral or charged nature of the polysaccharides, the degree of substitution in FA, the polymer concentration or the enzymatic activity. The synthesized derivatives have generally demonstrated interesting biological activities (antioxidant and cytocompatibility). The second approach is based on the possible photocrosslinking of polysaccharides (PUL, CMP and HA) functionalized by the grafting of mono or polyunsaturated fatty amine/acid (oleylamine, oleic acid and linoleic acid) via imidazole chemistry. If pullulan grafted with 2% of linoleic acid was found to be water-insoluble due to its neutral character, all other derivatives (i.e. anionic ones) with grafting rates of 3 and 10% showed good solubility in water. The physicochemical studies show a very strong associative character of these amphiphilic derivatives with the formation of physical gels in semi-diluted regime. Photocrosslinking has been demonstrated in situ thanks to rheology/UV irradiation in the presence of a Darocur 1173® photoinitiator. The preliminary results according to this photocrosslinking approach thus open interesting perspectives.

Ce travail porte sur la modification de matrices polymères à base de fluorure de vinylidene pour permettre leur utilisation en tant que membrane séparatrice dans les supercapacités. Basé sur un procédé d‘irradiation par rayonnement γ, l‘objectif principal était la limitation du gonflement du polymère lorsqu‘il est mis en contact d‘un milieu liquide relatif à l‘application tout en gardant d‘excellentes affinités avec celui-ci. Le processus de base exploité étant la formation et la réaction des radicaux lors de l‘irradiation du polymère, une partie de la thèse a été consacrée à leur étude par résonance paramagnétique électronique (RPE). Un modèle de simulation de spectre RPE a été mis en place pour identifier et quantifier chacune des espèces radicalaires. L‘effet de la dose d‘irradiation, de la durée d‘un recuit et de la nature de la matrice polymère (homo, copolymère) sur la proportion de ces espèces et sur leur réactivité a été évalué. Un lien avec la formation d‘un réseau a été proposé. Une attention particulière a ensuite été apportée à l‘augmentation de la densité de réticulation avec le concours d‘un agent réticulant, le TAIC. Pour terminer, une stratégie de modification des propriétés de surface du PVDF a été élaborée. Elle consiste dans un premier temps à radiogreffer un polymère à la surface du PVDF puis à modifier, dans un second temps, les greffons par une chimie douce et sélective. En conclusion, les approches complémentaires développées au cours de cette thèse ont permis de comprendre la radiolyse des polymères et de mettre à profit les processus élémentaires pour développer des stratégies robustes et prometteuses de modulation des propriétés. / This work deals with the modification of VDF-based polymer induced by γ-radiation as the polymer may be used in electrochemical supercapacitors. The main objective was to limit the swelling of the fluorinated matrix with a given electrolyte while a good wetting of the polymer by the liquid was also required. As the main basic process involved in polymer radiolysis is the formation of radicals, a part of the work was dedicated to the study of such species by using Electron Spin Resonance spectroscopy. A simulation model of ESR spectra was established in order to identify and quantify each radical species. The effect of several parameters such as radiation dose, annealing time or the nature of polymer matrix on the concentration of each species where investigated. A relation with the evolution of the crosslink density of the network formed during the radiolisys was proposed. In addition, one of the key steps of this work was to study the radiation crosslinking ability of VDF-based polymers and find a way to increase the crosslink density. This was achieved by incorporating, prior to the radiation process, a radiation sensitive crosslinker: TAIC. Finally, a new strategy based on the modification of surface properties of PVDF was investigated. It consists in the radiation grafting of pentafluorstyrene onto PVDF surface followed by the chemioselective functionalization of the grafted segments. As a conclusion, the different approaches used in this thesis allowed us to understand the radiolysis of VDF-based polymers and take advantage of the elementary process involved in this type of chemistry, to build up robust and promising strategies for tuning properties.