Deux types de matériaux membranaires ont été développés pour la séparation du CO2. Les premiers associent un matériau polymère de référence (Pebax®) à de nouveaux additifs pseudopeptidiques bioconjugués. Ces bioconjugués pseudopeptide-polymère ont été obtenus par une stratégie de synthèse de type « grafting-to » à partir de pseudopeptides 1:1[α/α-Nα-Bn-hydrazino] dimère et tétramère fonctionnalisés par une fonction alcyne. La partie oligomérique poly(acrylate de diéthylène glycol) (PEDEGA) a été synthétisée de façon contrôlée par « Single Electron Transfer Living Radical Polymerization » (SET-LRP) à partir d’un amorceur azido fonctionnel permettant un couplage direct par chimie « click » CuAAC. L'influence de ces additifs sur les propriétés de sorption et de séparation du CO2 a été analysée en termes de relations propriétés-morphologie-structure. Ces additifs originaux ont permis d’augmenter les performances de séparation du CO2 de la membrane référence ; en améliorant de 46% la perméabilité au CO2, tout en maintenant de bonnes sélectivités αCO2/N2 = 44 et αCO2/CH4 = 13. Par ailleurs, deux familles de poly(uréthane-imide)s (PUIs) à architecture contrôlée ont été développées dans l'objectif d'obtenir des matériaux avec des proportions très élevées en unités oxyde d'éthylène tout en évitant leur cristallisation. Des PUIs multi-blocs linéaires ont été synthétisés par polycondensation avec différentes tailles de bloc souple polyéther Jeffamine, correspondant à des taux massiques de phase souple variant entre 40% et 70%. Afin d'augmenter encore la proportion de phase souple jusqu'à la valeur très élevée de 85%, des PUIs multi-blocs greffés ont ensuite obtenus par une stratégie de "grafting-to" à partir d'un précurseur PUI comportant des fonctions alcyne latérales et d'oligomères azido-PEDEGA de différentes masses molaires. L’évolution de leurs performances de séparation du CO2 a été corrélée à leur proportion de phase souple et morphologie et à leur capacité d’interaction avec le CO2. Au taux maximal de phase souple (85%), on obtient des performances élevées (PCO2 = 196 Barrer ; αCO2/N2 = 39 et αCO2/CH4 = 12). Ainsi, par rapport au PUI greffable précurseur, le greffage d'oligomères PEDEGA a permis de multiplier la perméabilité jusqu’à 17 fois en maintenant la valeur élevée de αCO2/N2 constante et avec une diminution de seulement 30% de αCO2/CH4. En permettant d'obtenir une proportion très élevée de phase souple non cristalline, la stratégie de greffage s'est donc révélée exceptionnellement efficace pour améliorer les performances des copolymères multi-blocs PUI pour la capture du CO2. / In this PhD thesis, two types of membrane materials were developed for CO2 separation. The first ones associate a reference polymer material (Pebax®) with new pseudopeptidic bioconjugates additives. These pseudopeptide-polymer bioconjugates were obtained by a "grafting-to" synthetical pathway from alkyne-functionalized 1:1[α/α-Nα-Bn-hydrazino] dimer and tetramer pseudopeptides. Poly(diethylene glycol acrylate) (PEDEGA) oligomeric part was synthesized under controlled conditions using Single Electron Transfer Living Radical Polymerization (SET-LRP) from an azido-functionalized initiator allowing direct coupling via CuAAC "click" chemistry. The influence of these additives on CO2 sorption and separation properties was analyzed in terms of properties-morphology-structure relationships. These original additives allowed to enhance CO2 separation performances of the reference membrane, increasing CO2 permeability by 46%, and maintaining good selectivities αCO2/N2 = 44 et αCO2/CH4 = 13. In another work, two families of poly(urethane-imide)s (PUIs) with controlled architecture were developed for obtaining membrane materials with high content in ethylene-oxide units while avoiding their crystallization. Linear multi-blocks PUIs were first synthesized by polycondensation with different sizes of Jeffamine polyether soft block, corresponding to soft block contents varying from 40 to 70%wt. To further increase the soft phase content until a very high level (85%wt), grafted multi-blocks PUIs were obtained by a "grafting-to" strategy from an alkyne-functionalized precursor PUI and azido-PEDEGA oligomers with different molar weights. The evolution of their CO2 separation performances were correlated to their soft phase content, morphology and CO2 sorption ability. For the maximum soft phase content (85%wt), high performances were obtained for CO2 separation (PCO2 = 196 Barrer ; αCO2/N2 = 39 et αCO2/CH4 = 12). Compared to the precursor PUI, the grafting strategy allowed to increase CO2 permeability 17-fold. At the same time, the good selectivity αCO2/N2 was maintained with a slight decrease (-30%) of the selectivity αCO2/CH4. By allowing very high non-crystalline soft phase contents, the grafting strategy was exceptionally efficient in improving multi-block copolymer performances for CO2 capture

Des glycopolymères greffés et dibloc, amphiphiles et photosensibles, à base de poly(acrylate d'o-nitrobenzyle) (PNBA) hydrophobe et photoclivable et de dextrane hydrophile ont été préparés avec succès en utilisant notammennt une réaction d'Huisgen (Cycloaddition Azoture-Alcyne catalysée par le Cuivre (I) - CuAAC chimie click). Dans un premier temps, la polymérisation de l'acrylate d'o-nitrobenzyle a été contrôlée avec succès grâce aux développements récents de la polymérisation radicalaire vivante par transfert d'un seul électron (SET-LRP). Nous avons alors obtenu un PNBA fonctionnalisé à son extrémitié par un brome. Ce brome a ensuite été substitué par un groupe azido. En parallèle, le dextrane a été modifié pour y introduire plusieurs fonctions alcyne (dextrane alcyne) ou une seule sur son extrémité réductrice (dextrane α-alcyne). Nous avons ensuite fait réagir ces dérivés de dextrane avec le PNBA-N3 pour obtenir respectivement les glycopolymères greffés et dibloc. Tous les glycopolymères ont été caractérisés par chromatographie d'exclusion stérique (SEC), Résonnance Magnétique Nucléaire 1H, 13C, 2D DOSY 1H et par spectrométrie FT-IR. Dans un deuxième temps, nous avons optimisé les conditions pour obtenir des nanoparticules peu disperses à partir des précédents glycopolymères. Dans certains cas, des nanoparticules ont également été obtenues en utilisant le dextrane alcyne et le PNBA-N3 dans un procédé d'émulsion/évaporation de solvant organique. La stabilité de toutes les nanoparticules vis-à-vis de solutions aqueuses de diverses forces ioniques ou d'un tensioactif compétitif a été étudiée. Enfin, l'effet de la lumière sur ces nanoparticules photosensibles a été mis en évidence à l'aide de la lampe UV. Plus précisément, nous avons pu suivre la destruction des nanoparticules par spectroscopie de fluorescence et diffusion de lumière dynamique en encapsulant le Rouge du Nil (sonde fluorescente) au sein de ces particules / Photosensitive grafted and diblock amphiphilic glycopolymers based on hydrophobic photosensitive poly(o-nitrobenzyl acrylate) (PNBA) and hydrophilic dextran were successfully prepared via grafting onto techniques through a Huisgen-type Copper(I) catalyzed Azide-Alkyne Cycloaddition (CuAAC click chemistry). Firstly, recent developments in the single-electron transfer–living radical polymerization (SET–LRP) provided us an access to control the o-nitrobenzyl acrylate polymerization and we obtained PNBA with bromide end function. Then, this bromide end function was replaced by azido (N3) group. In a parallel way, we modified dextran by introducing several alkyne groups all long the polysaccharide chain (alkynated dextran) or only one group at the reducing end-chain (α-alkyne dextran). In the second step, alkynated dextran and α-alkyne dextran were reacted with PNBA-N3 by CuAAC to obtain grafted or diblock glycopolymers. All glycopolymers were characterized by Size Exclusion Chromatography, 1H, 13C, 2D DOSY 1H NMR and FT-IR spectroscopy. Secondly, conditions to formulate nanoparticles from the previous glycopolymers were optimized. In some case, we also carried out an emulsion/evaporation process using dextran alkynated and PNBA-N3 to produce nanoparticles. Then, stability of nanoparticles were studied over rang of ionic strengths as well as stability in presence of a competitive surfactant. Finally, the effect of light on these photosensitive nanoparticles was studied using UV-lamp. More precisely, we loaded these nanoparticules by Nile Red fluorescent dye and followed thier destruction by using fluorescence spectroscopy and Dynamic Light Scattering

Les copolymères diblocs amphiphiles poly(oxyde d'éthylène)-b-poly(acrylate de méthacryloyloxyéthyle) s'autoassocient dans l'eau pour former des micelles, tout en conservant un échange d'unimères. Dans les suspensions denses, leur coincement conduit à une transition liquide-solide. Dans l'état solide, elles peuvent s'ordonner et un état cristallin apparait. Si l'échange d'unimères est supprimé, les micelles ne sont plus dynamiques et se comportent comme des étoiles, qui montrent un comportement similaire mais avec des différences sur les propriétés rhéologiques et structurales. L'une des méthodes permettant de créer des étoiles est de photo-réticuler le coeur des micelles. L'objectif de cette thèse à été d'analyser l'influence de l'échange d'unimères sur la transition liquide-solide et la cristallisation. Les copolymères ont été synthétisés par une nouvelle technique de polymérisation radicalaire contrôlée, la Single-Electron Transfer-Living Radical Polymerization (SET-LRP). Par diffusion de la lumière, il a été montré que le nombre de bras des étoiles pouvait être contrôlé par la concentration à laquelle les micelles étaient réticulées. Nous avons montré par rhéologie quel'absence d'échange de bras facilitait la transition liquide-solide. Les étoiles présentent la même transition liquide-solide que les micelles, à condition que le nombre de bras des étoiles atteigne une valeur critique. La cristallisation a été étudiée par diffusion des rayons-X. La dynamique d'échange n'a pas d'influence directe sur la cristallisation. La cristallisation et la transition liquide-solide sont facilitées par l'auto-adaptation du nombre de bras, permise par l'échange dynamique.

Les copolymères diblocs amphiphiles poly(oxyde d’éthylène)-b-poly(acrylate de méthacryloyloxyéthyle) s’autoassocient dans l’eau pour former des micelles, tout en conservant un échange d’unimères. Dans les suspensions denses, leur coincement conduit à une transition liquide-solide. Dans l’état solide, elles peuvent s’ordonner et un état cristallin apparait. Si l’échange d’unimères est supprimé, les micelles ne sont plus dynamiques et se comportent comme des étoiles, qui montrent un comportement similaire mais avec des différences sur les propriétés rhéologiques et structurales. L’une des méthodes permettant de créer des étoiles est de photo-réticuler le coeur des micelles. L’objectif de cette thèse à été d’analyser l’influence de l’échange d’unimères sur la transition liquide-solide et la cristallisation. Les copolymères ont été synthétisés par une nouvelle technique de polymérisation radicalaire contrôlée, la Single-Electron Transfer-Living Radical Polymerization (SET-LRP). Par diffusion de la lumière, il a été montré que le nombre de bras des étoiles pouvait être contrôlé par la concentration à laquelle les micelles étaient réticulées. Nous avons montré par rhéologie quel’absence d’échange de bras facilitait la transition liquide-solide. Les étoiles présentent la même transition liquide-solide que les micelles, à condition que le nombre de bras des étoiles atteigne une valeur critique. La cristallisation a été étudiée par diffusion des rayons-X. La dynamique d’échange n’a pas d’influence directe sur la cristallisation. La cristallisation et la transition liquide-solide sont facilitées par l’auto-adaptation du nombre de bras, permise par l’échange dynamique. / Amphiphilic poly(ethylene oxide)–b– poly(methacryloyloxyethyl acrylate) POE-b-PAME diblock copolymers self–assemble in water to form polymeric micelles which exhibit dynamic exchange of unimers. Dense suspensions of micelles jam leading to a liquid-solid transition. In the solid state, micelles can organize in a crystalline network. If the exchange of unimers between micelles is suppressed, they become no longer dynamic and behave like star polymers. The latter show similar general behavior but with differences in the rheology and the structure. One way to create star polymers from polymeric micelles is to crosslink the hydrophobic core. In this study, we investigate the influence of dynamic arm exchange on the liquid-solid transition and crystallization. Diblock copolymers have been synthesized by a new technique of controlled radical polymerization, the Single-Electron Transfer-Living Radical Polymerization (SET-LRP). Light scattering showed that the number of arms per stars could be controlled by the concentration at which micelles were cross-linked. We have shown by rheology that the absence of dynamic arm exchange facilitated the liquid-solid transition. The frozen stars have the same liquid-solid transition than that of dynamic stars, provided that the number of arms reaches a critical value. The crystallization was studied by X-ray scattering. Dynamic arm exchange has no direct influence on the crystallization. Crystallization and liquid-solid transition are facilitated by the self-adaptation of the number of arms permitted by the dynamic arm exchange.

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.

Dans cette thèse, des particules de polymère fonctionnalisées en surface avec des groupes poly (éthylène glycol) (PEG) ont été synthétisées pour favoriser leur interaction avec les dérivés cellulosique via liaisons hydrogène intermoléculaires. Deux voies de synthèse ont été proposées pour obtenir ses composites cellulose/latex.La première voie est basée sur l'auto-assemblage induit par polymérisation (PISA) pour former des nanoparticules fonctionnalisées avant leur adsorption sur un substrat cellulosique. La PISA tire profit de la formation de copolymères blocs amphiphiles dans l'eau en combinant la polymérisation en émulsion avec les techniques de polymérisation radicalaire contrôlées (RDRP). Ces dernières sont utilisées pour synthétiser des polymères hydrophiles agissant à la fois comme précurseur pour la polymerization en émulsion d'un monomère hydrophobe, et comme stabilisant des particules de latex obtenues. Deux techniques de RDRP ont été étudiées : les polymérisations RAFT et SET-LRP. Des polymères hydrophiles à base de PEG de faible masse molaire ont été synthétisés en utilisant ses deux techniques qui sont ensuite utilisés pour la polymérisation d'un bloc hydrophobe dans l'eau. Le transfert de l'agent de contrôle au site de la polymérisation était difficile en utilisant la SET-LRP en émulsion, conduisant à la formation de larges particules. En utilisant la RAFT en émulsion, des particules nanométriques ont été obtenues, avec un changement morphologique observé en fonction de la taille du segment hydrophobe, puis adsorbées sur des nanofibrilles de cellulose (CNF).La seconde voie utilise la polymérisation en émulsion classique réalisée en présence de nanocristaux de cellulose (CNC) conduisant à une stabilisation Pickering des particules de polymère. L'interaction cellulose/particule est assurée grâce à l'ajout d’un comonomère à type PEG. Une organisation a été visualisé dans laquelle plusieurs particules de polymère recouvrent chaque CNC / In this thesis, polymer particles surface-functionalized with poly(ethylene glycol) (PEG) groups were synthesized to promote their interaction with cellulose derivatives via intermolecular hydrogen bond. Two synthetic routes were proposed to obtain such cellulose/latex composites.The first route was based on the polymerization-induced self-assembly (PISA) to form functionalized polymer nanoparticles prior to adsorption onto cellulosic substrate. PISA takes advantage of the formation of amphiphilic block copolymers in water by combining emulsion polymerization with reversible-deactivation radical polymerization (RDRP) techniques. The latter were used to synthesize well-controlled hydrophilic polymer chains, acting as both precursor for the emulsion polymerization of a hydrophobic monomer, and stabilizer of the final latex particles. Two RDRP techniques were investigated: reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT), and single electron transfer-living radical polymerization (SET-LRP). Low molar mass PEG-based hydrophilic polymers have been synthesized using both techniques, used for the polymerization of a hydrophobic block in water. The transfer of controlling agent at the locus of the polymerization was challenging for SET-LRP in emulsion conditions leading to surfactant-free large particles. Nanometric latex particles were obtained via RAFT-mediated emulsion polymerization, with morphology change from sphere to fibers observed depending on the size of the hydrophobic segment, which were then able to be adsorbed onto cellulose nanofibrils (CNFs).The second route used conventional emulsion polymerization performed directly in presence of cellulose nanocrystals (CNCs) leading to Pickering-type stabilization of the polymer particles. Cellulose/particle interaction was provided thanks to the addition of PEG-based comonomer. Original organization emerged where CNCs were covered by several polymer particles