Réduire et contrôler les émissions de gaz à effet de serre générés par les activités industrielles, tel que le CO2, est un enjeu majeur. Afin de limiter ces rejets, une des solutions développées est le captage en postcombustion utilisant une solution aqueuse d'amine. A l'heure actuelle, l'amine de référence est la Monoethanolamine (MEA). Cependant, la forte énergie de régénération requise est unhandicap à son utilisation industrielle. Il est donc nécessaire de trouver de nouvelles structuresd'amines ayant des propriétés thermodynamiques plus favorables.L'objectif de la thèse est d'établir une relation entre la structure des amines et leurs propriétés thermodynamiques afin d'apporter une compréhension générale. Devant le nombre conséquent destructures possibles, des données sont obtenues via l'utilisation d'une expérimentation à haut débit (E.H.D.). Par l'utilisation d'une nouvelle représentation permettant d'étudier les mono- et multiamines et de la dérivée des isothermes d'absorption, nous avons mis en évidence deux grandes familles: la famille Aet la famille B qui a un comportement atypique non mis en évidence dans la littérature. Ces résultatsont permis d'orienter nos travaux afin d'obtenir un modèle général pour chacune de ces deux familles afin de déterminer des données thermodynamiques à partir des isothermes d'absorption (famille A:pKa*, pKc*, capacité cyclique - famille B: pKaIII, pKcI, capacité cyclique). Ces données thermodynamiques ont ensuite permis d'établir une série de relations structure/propriétés et d'identifier les caractéristiques structurales d'amines potentiellement performantes pour le captage du CO2.

Parmi les biopolymères, le poly(hydroxybutyrate-co-hydroxyvalerate) (PHBV) fait l’objet d’un grand intérêt de la part des chercheurs et des industriels. Cependant, sa sensibilité thermique et son comportement mécanique fragile restreint son utilisation dans certaines applications. Ainsi pour améliorer ses propriétés, deux grandes stratégies ont été suivies au cours de cette thèse. La première consiste à incorporer une argile de type halloysite (HNT), issue du gisement de Djebel Debbagh à Guelma (Algérie). À cet effet, des nanocomposites PHBV/HNT ont été élaborés par voie fondue. Les résultats de la microscopie électronique à balayage (MEB) et STEM ont montré une distribution relativement homogène de l’HNT avec la présence de larges agrégats. En conséquence et dans le but, d’améliorer la dispersion de ces nanotubes, il a été nécessaire de procéder à la modification des interfaces polymère-argile, soit par la modification chimique de l’halloysite, soit par l’incorporation d’un compatibilisant de type PHBV-g-MA dans le système binaire. Les résultats obtenus mettent en évidence la coexistence d’agrégats et de nanotubes individualisés. La seconde approche consiste à mélanger le PHBV avec un autre biopolymère comme le polybutylène succinate (PBS). Celui-ci a été choisi pour sa bonne stabilité thermique et ses bonnes propriétés mécaniques. Des systèmes hybrides ont été préparés par voie "fondue" en incorporant l’HNT et le PHBV-g-MA comme compatibilisant. L’étude révèle à travers le MEB que l’ajout de 5% en masse de PHBV-g-MA améliore la morphologie du mélange PHBV/PBS 80/20 qui se traduit par une diminution de la taille des nodules de PBS. L’ajout de 5% en masse de l’HNT dans le mélange favorise aussi la diminution de la taille des nodules de PBS. Cependant, la combinaison du PHBV-g-MA et de l’HNT limite l’effet émulsifiant de l’agent compatibilisant dû à l’agrégation de l’HNT. Les résultats de DSC et d’ATG montrent que le PHBV-g-MA n’a aucun effet sur les propriétés et la stabilité thermiques du mélange PHBV/PBS. Toutefois, la présence de l’HNT joue un rôle positif dans la diminution du pic de dégagement de chaleur (HRR). Les propriétés mécaniques du mélange ternaire PHBV/PBS/HNT avec ou sans compatibilisant sont comparables à celles du mélange pur PHBV/PBS 80/20.Une dernière partie des travaux a été menée sur le recyclage thermomécanique à travers une évaluation des effets du nombre de cycles d'excursion répétés sur le PHBV, le PBS, les nanocomposites PHBV/HNT et PBS/HNT, le mélange binaire PHBV/PBS 80/20 et ternaire PHBV/PBS 80/20+HNT avec et sans compatibilisant. Les résultats de cette étude ont montré que la recyclabilité de ces systèmes est possible du fait que la nanostructure du matériau recyclé soit améliorée et que les propriétés thermiques et mécaniques ne sont pas affectées après 5 cycles d’extrusion. / Among biopolymers, the poly (hydroxybutyrate-Co-hydroxyvalerate) (PHBV) has attracted the attention of researchers and industry. However, its thermal sensitivity and its fragility limited its use for some applications. Thus, to improve its properties, two great strategies were considering during this thesis. The first consists in incorporating halloysite (HNT), type of clay, collected from Djebel Debbagh in Guelma (Algeria). For this purpose, nanocomposites PHBV/HNT were prepared by melt compounding. The results of scanning electron microscopy (SEM) and STEM showed a relatively homogeneous distribution of the HNT with the presence of large aggregates. Consequently and in the aim to improve the dispersion of these nanotubes, it was necessary to carry out the modification of interfaces polymer-clay, either by the chemical modification of halloysite, or by the incorporation of compatibilizer like PHBV-g -MA in the binary system. The results obtained highlight the coexistence of individualized and aggregated nanotubes.The second approach consists in mixing the PHBV with another biopolymère like polybutylene succinate (PBS). This one was selected for its good thermal stability and its good mechanical properties. Hybrid systems were prepared by melt compounding by incorporating HNT and PHBV-g-MA as compatibilizers. The SEM analysis reveals that the addition of 5wt.% of PHBV-g-MA improves morphology of PHBV/PBS 80/20 blend inducing a reduction in the size of PBS nodules. The addition of 5wt.% of the HNT in the blend favorites also the reduction in the size of PBS nodules. However, the combination of PHBV-g-MA and the HNT limits the emulsifying effect of the compatibilizer due to the aggregation of the HNT. DSC analysis and TGA show that PHBV-g-MA has no effect on the thermal properties and the thermal stability PHBV/PBS blend. However, the presence of the HNT plays a positive role in the reduction in the peak of heat release rate (HRR). The mechanical properties of ternary mixture PHBV/PBS/HNT with or without compatibilisant are comparable with those of PHBV/PBS 80/20 pure blend.Another study came supplemented this work from thesis while being focused on the thermomechanical recycling of the PHBV, the PBS, nanocomposites PHBV/HNT and PBS/HNT, the PHBV/PBS 80/20 binary blend and PHBV/PBS 80/20+ HNT ternary blend with and without compatibilization. The results of this study showed that the recyclability of these systems is possible owing to the fact that the nanostructure of recycled material is improved and that the thermal and mechanical properties are not affected after 5 cycles of extrusion.

Dans un contexte de développement durable, des matériaux thermoplastiques multiphasés biosourcés issus de dimères d’acides gras ont été élaborés pour développer une « eco-membrane » durable pour le bâtiment. Différentes formulations intégrant des polymères thermoplastiques biosourcés, polyuréthane thermoplastique (TPU) et polyamide (DAPA), des micro-charges minérales et des renforts cellulosiques ont été élaborées et analysées. Les relations « structures-propriétés » de ces systèmes multiphasés ont été étudiées. Les architectures macromoléculaires proches ont permis d’obtenir un certain degré de compatibilité entre les polymères. Les viscosités à l’état fondu du TPU et DAPA sont comparables, ce qui permet une bonne dispersion des phases du mélange lors de la mise en œuvre. Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des mélanges sont améliorées par ajout de micro-charges minérales. L’impact du facteur de forme des charges sur le module d’Young a été analysé et modélisé avec un modèle micro-mécanique. Des essais du type charge-décharge ont également été menés afin d’étudier le comportement à la fatigue des biocomposites. Enfin, les interactions et les affinités entre les renforts et polymères ont été approchées. Des modifications chimiques ont été développées à la surface des fibres afin de diminuer leurs caractères hydrophiles et d’améliorer la compatibilisation avec la matrice. L’impact de ces modifications sur l’interface fibres-matrice a ensuite été analysé. Les différentes études réalisées ont permis de sélectionner pas à pas les différents constituants de l’éco-membrane pour réaliser in fine un prototype prometteur. / In the context of sustainable development, renewable multiphase systems from thermoplastics based on dimers of fatty acids were prepared to develop a renewable waterproofing material for building applications. Formulations based on thermoplastics, i.e. thermoplastic polyurethane (TPU) and polyamide (DAPA), mineral micro-fillers and cellulosic fibers were prepared with a special focus on the morphology-property relationships of the multiphase systems obtained thereof. The close macromolecular architectures promote a certain degree of compatibility between the polymers. Comparable viscosities in the melt state ensure a good dispersion of the matrices within each other during processing. The mechanical properties and dimensional stability were improved with micro-fillers. The effect of the aspect ratio of the fillers on the elastic properties was investigated and micro-mechanical modelling of the Young’s Modulus was performed. The fatigue behavior of the biocomposites was also examined through loading and unloading tests. Finally, interactions and affinities between the fibers and polymers were characterized. Chemical modifications were carried out on the surface of the fibers to decrease their hydrophilic nature and improve the fiber-matrix adhesion. The effect of the chemical modification was then investigated. Step-by-step, the studies carried out ensured the selection of the optimal components for a renewable waterproofing material enabling the production of a promising prototype.

Réduire et contrôler les émissions de gaz à effet de serre générés par les activités industrielles, tel que le CO2, est un enjeu majeur. Afin de limiter ces rejets, une des solutions développées est le captage en postcombustion utilisant une solution aqueuse d'amine. A l'heure actuelle, l’amine de référence est la Monoethanolamine (MEA). Cependant, la forte énergie de régénération requise est unhandicap à son utilisation industrielle. Il est donc nécessaire de trouver de nouvelles structuresd’amines ayant des propriétés thermodynamiques plus favorables.L'objectif de la thèse est d'établir une relation entre la structure des amines et leurs propriétés thermodynamiques afin d'apporter une compréhension générale. Devant le nombre conséquent destructures possibles, des données sont obtenues via l'utilisation d'une expérimentation à haut débit (E.H.D.). Par l’utilisation d’une nouvelle représentation permettant d'étudier les mono- et multiamines et de la dérivée des isothermes d’absorption, nous avons mis en évidence deux grandes familles: la famille Aet la famille B qui a un comportement atypique non mis en évidence dans la littérature. Ces résultatsont permis d’orienter nos travaux afin d’obtenir un modèle général pour chacune de ces deux familles afin de déterminer des données thermodynamiques à partir des isothermes d’absorption (famille A:pKa*, pKc*, capacité cyclique - famille B: pKaIII, pKcI, capacité cyclique). Ces données thermodynamiques ont ensuite permis d'établir une série de relations structure/propriétés et d'identifier les caractéristiques structurales d'amines potentiellement performantes pour le captage du CO2. / The reduction of greenhouse gas emissions generated by industrial activities is a major challenge to prevent global warming effect. A large amount of these emissions comes from coal-fired power station generating important quantities of CO2. Post-combustion CO2 capture is one of the most mature solution developed to reduce these CO2 emissions. The benchmark molecule of the process ismonoethanolamine (MEA), where this primary amine displays a high reactivity toward CO2absorption. However, the corresponding process usually suffers from high energy requirement,corrosion, and degradation. There is a need to optimize the solvent structure in order to identify themost efficient amine moleculesSeveral classes of molecules can be found. The objective of this work is to correlate the thermodynamic properties with the amine structure obtained by High Throughput Screening (HTS) experiment. By using a new data representation of absorption capacity alpha* and the derivative dlnPCO2/dalpha*, weidentify two families: family A and family B. These results are used to built a thermodynamic modelfor each family in order to determine thermodynamic properties (family A: pKa*, pKc*, cycliccapacity and family B : pKaIII, pKcI and cyclic capacity). These thermodynamic data are used to establish a structure/properties relationship to identify structures which are interesting for CO2 capture.

Dans un contexte de valorisation de molécules issues de la biomasse, de nouvelles architectures moléculaires et polyols ont été développé à partir du sorbitol et divers synthons biosourcés en se basant autant que possible sur les principes de la chimie verte. A partir de réactions d’estérifications contrôlées plusieurs polyols polyesters ont été synthétisés, en l’absence de solvant. Grace à l’utilisation de diols de différentes tailles (C2 à C12) comme monomères, la viscosité et la teneur en fonctions hydroxyles des polyols finaux ont pu être adaptée jusqu’à obtention de propriétés satisfaisantes à l’élaboration de mousses polyuréthanes. Ainsi, des mousses polyuréthanes semi-flexible et des mousses polyisocyanurate rigides ont pu être formulés avec des profils cinétiques de moussage rapide (inférieur à 3 min). Les mousses polyisocyanurates rigides présentent d’excellente propriétés mécaniques et thermiques pouvant pleinement satisfaire à la l’isolation thermique de bâtiment. D’autre part, une voie de transestérification entre le sorbitol et diméthyle carbonate a été étudié afin d’élaborer une nouvelle molécule plateforme bi-fonctionnelle : un bis-cyclocarbonate. A partir de cette molécule plateforme des réactions de polymérisation par ouverture de cycles et d’aminolyses ont été mise en place pour la synthèse de diols, polyéthers réticulés, et de polyuréthanes sans isocyanate (NIPU). Les synthèses de NIPU réalisées à partir de diamines courtes ou longues (issus de dimer d’acide gras) a permis d’étudier les relations existantes entre le choix des monomères et les températures de transitions vitreuses des matériaux polymères résultant. / In a context of renewable molecules valorization, new molecular architectures and polyols have been developed from sorbitol and various biobased building-blocks with respect to the green chemistry principles. Several polyesters polyol have been synthesized from controlled esterification reactions in bulk conditions. Thanks to the used of variable size diols (C2 to C12) monomers, polyols final viscosity and hydroxyls values were tuned until the obtaining of suitable properties for polyurethanes foams elaborations. Thus, semi-flexible polyurethane foams and rigid polyisocyanurate foams were formulated with fast foaming kinetic profiles (less than 3 min). Rigids polyisocyanurates foams exhibit excellent mechanical and thermal properties, in great agreement with building insulating application requirement. Otherwise, transesterifications reaction involving sorbitol and dimethyl carbonate were studied in order to develop a new bi-functional chemical platform, a bis-cyclocarbonate. Ring opening polymerization and aminolysis reactions were investigated from this chemical platform to the elaboration of cross-linked polyether and non-isocyanate polyurethanes (NIPU). NIPU syntheses were performed with short and long diamines in order to study the relationships between monomers choice and the resulting polymer material temperature of glass transition.