Les polyesters et polycarbonates aliphatiques biocompatibles et biodégradables sont typiquement utilisés pour la fabrication de matériaux médicaux tels que les fils de sutures ou les capsules de libération contrôlée de principe actif. Ces polymères synthétiques sont aussi développés comme substituts aux plastiques issus du pétrole. La méthode de choix pour obtenir des polycarbonates ou polyesters de longueur et de structure contrôlée est la polymérisation par ouverture de cycle (ROP) de monomères cycliques à cinq ou six chaînons. Actuellement, la majorité de ces polymères présentent des propriétés physiques intéressantes mais souvent limitées à certaines applications spécifiques. Des efforts sont donc consacrés à la synthèse de nouveaux monomères et polymères ou copolymères avec des microstructures contrôlées afin de moduler à convenance les propriétés thermiques et mécaniques du matériau final. Tandis que le poly(triméthylène carbonate), PTMC, est un élastomère, le poly(L-lactide), PLLA, est un polyester fragile. L’association de ces monomères au sein d’un copolymère a permis d’améliorer et de moduler les propriétés thermo-mécaniques du PLLA. Selon la nature de la copolymérisation (séquentielle ou simultanée) et du système catalytique utilisé, des copolymères de microstructures différentes ont été obtenus. Cette approche a permis de synthétiser de nouveaux polycarbonates ou poly(carbonate-co-ester) bien définis, notamment à partir de carbonates cycliques à cinq chaînons, comme le carbonate d’éthylène ou le carbonate de cyclohexène, réputés non polymérisable. Il devient alors envisageable de préparer de nouveaux polymères jusqu’alors supposés non synthétisable et ainsi d’accéder à de nouveaux matériaux biodégradable susceptibles de pouvoir remplacer les polymères de commodités problématiques comme le polycarbonate de bisphénol A. / Biocompatible and biodegradable aliphatic polyesters and polycarbonates are typically used for the manufacture of medical devices such as sutures or capsules for controlled release of active molecules. These synthetic polymers are also developed as substitutes for petroleum-based plastics. The method of choice for the synthesis of polycarbonates or polyesters with controlled length and structure is the ring-opening polymerization (ROP) of five or six membered ring cyclic monomers. Currently, the majority of these polymers exhibit interesting physical properties but often limited to specific applications. Efforts are therefore devoted to the synthesis of new monomers and polymers or copolymers with controlled microstructure to modulate at convenience the thermal and mechanical properties of the final material. Whereas poly(trimethylene carbonate), PTMC, is an elastomer, poly(L-lactide), PLLA, is a fragile polyester. The combination of these monomers in a copolymer has improved and modulate the thermo-mechanical properties of PLLA. Depending on the nature of the copolymerization (sequential or simultaneous) and the catalytic system used, copolymers of different microstructures were obtained. This approach has allowed to synthesize new well defined polycarbonates or poly(carbonate-co-ester), especially from five-membered cyclic carbonates such as ethylene carbonate or cyclohexene carbonate, known for being not polymerizable. It then becomes possible to prepare new polymers supposed to be not synthesizable and access to new biodegradable materials that can replace problematic commodity polymers such as bisphenol A polycarbonate.

Résumé confidentiel / Résumé confidentiel

Les groupes pendants benzile (BZ) du copolymère de styrène sont convertis pratiquement quantitativement en fonctions peroxyde de dibenzoyle (BP) par irradiation à l'état solide des films polymères à lamda > 400 nm. La décomposition par voie thermique ou photochimique des BP est une voie efficace d'obtention d'un réseau tridimentionnel de réticulation. Les réseaux finals obtenus par photo-réticulation et thermoréticulation sont similaires. Les réseaux finals ont été caractérisés par rhéologie (Winter-Chambon, Cole-Cole, modèle théorique), gonflement, thermoporosimétrie et densimétrie. Une corrélation a été établie entre les résultats des différentes techniques et le nombre de groupes BP par chaîne. Les facteurs favorisant une construction du réseau dense sont : des masses molaires élevées et une faible polydispersité du copolymère initial et une concentration élevée du BP. L'efficacité de la réticulation du copolymère portant un groupe camphrequinone est nettement inférieure.

Le poly(éthylène téréphtalate), ou PET, est fortement présent dans le domaine du flaconnage où il estclassiquement mis en forme par injection soufflage. Dans cette étude, nous mettons en évidence, tout aulong de ce procédé, les différences de comportement qui existent entre des copolyesters de compositioncontrôlée. Notre attention porte principalement sur la nature des comonomères introduits, outre l'éthylèneglycol et l'acide téréphtalique, ainsi que sur la longueur des chaînes. De fait, les principales sollicitationssubies par la matière lors de la fabrication d'une bouteille sont reproduites par des essais de laboratoire.Nous montrons ainsi que la cinétique de cristallisation statique, accessible par DSC, permet de définir lesconditions de refroidissement assurant la nature amorphe des préformes injectées. De plus, la gamme desoufflage, i.e. l'état caoutchoutique, est déterminable par DMA. Nos résultats indiquent également qu'il estnécessaire, afin d'appréhender le comportement en soufflage, de tenir compte d'un minimum de sixcaractéristiques de la matière qui peuvent être la température, le module élastique, la dépendance en vitessede la réponse du matériau, les contrainte et déformation au durcissement, ainsi que le déséquilibre de la biaxialitéde la formation du corps creux. Finalement, il apparaît que le matériau adapte son chemin dedéformation à la sollicitation en fonction de sa rhéologie propre, ce qui n'est pas sans influence sur lespropriétés, en terme d'orientation ou de cristallisation, dans la bouteille.

Les nanogels sont des macromolécules ramifiées solubles possédant une structure en réseau et de dimensions inférieures à 100 nm. La méthodologie récente de la copolymérisation radicalaire réticulante contrôlée permet d'accéder à de telles architectures polymères tout en contrôlant finement leur structure interne. Nous présentons dans ce travail: (i) l'étude préalable de systèmes modèles, permettant de dégager les conditions nécessaires à la synthèse de nanogels; (ii) l'application à la synthèse de nanogels hydrophiles valorisables de poly(alcool vinylique) et de poly(N-vinylpyrrolidone); (iii) une modélisation cinétique permettant de rendre compte des tendances observées expérimentalement et de prévoir les grandeurs caractéristiques de produits synthétisés par cette méthodologie. / Abstract

Le but de cette thèse est d'évaluer le rôle de la solvatation des PCP (copolymère greffé utilisé en tant qu'additif du béton) sur la fluidité et la viscosité des bétons. Pour répondre à cette problématique, des copolymères greffés différant par la nature chimique des chaînes latérales sont synthétisés. L'état de solvatation des PCP est évalué à l'aide du paramètre de Flory-Huggins χ. Ce dernier est calculé à partir du 2nd coefficient du viriel A2, déterminé par diffusion de la lumière. Des valeurs du paramètre χ de 0,37 ; 0,43 ; 0,47 et 0,48 ont été obtenues pour des PCP comportant des chaînes latérales à base d'éthylène glycol (EG), de 2-méthyloxazoline (MOx), de N-vinylpyrrolidone (NVP) et de N-acryloylmorpholine (NAM), respectivement. Le pouvoir couvrant des PCP et leur épaisseur de couche peuvent être calculés par l'intermédiaire d'une formule proposée par Flatt. L'introduction des PCP à différents dosages (donc différents taux de recouvrement) à des suspensions de calcite a permis de montrer qu'à même taux de recouvrement de surface, tous les PCP induisaient la même fluidité, alors que l'épaisseur de couche de PCP diffère de plus de 50% dans les cas les plus extrêmes. Le taux de recouvrement de surface joue un rôle tout aussi important en ce qui concerne la viscosité des suspensions. Appliquer ces conclusions sur un mortier s'avère délicat car les PCP pourraient entrainer des retards d'hydratation différents en fonction de la nature des chaînes latérales / The objective of this PhD work is the evaluation of the role of the solvation of PCP (grafted copolymer used in concrete as additive) on the concrete fluidity and viscosity. Grafted copolymers with different side-chains were synthesized. The solvation state of the PCP was estimated by mean of the χ Flory-Huggins parameter. The latter was calculated from the 2nd virial coefficient A2, itself determined by light scattering measurements. χ -parameter values of 0,37 ; 0,43 ; 0,47 and 0,48 are obtained for PCP respectively possessing ethylene glycol (EG), 2-methyloxazoline, N-vinylpyrrolidone and N-acryloylmorpholine-based side-chains. The surface coverage of the PCPs and their layer thickness can be calculated with Flatt’s formula. The introduction of the PCPs at different contents (therefore different surface coverage ratio) to calcite suspensions showed that at same surface coverage ratio, all PCPs induce the same fluidity, although the adsorbed PCP layer thickness differed up to 50% in the certain cases. The surface coverage played also a keyrole in the suspensions viscosity. The transposition of these results to a mortar seemed however risky since PCPs might lead to hydration delays depending on the chemical nature of the side-chains

Ces travaux de thèse ont permis de développer une méthodologie qui permet la désacidification et le renforcement simultanés du papier, en vue de l’application à des papiers de presse anciens. Les traitements novateurs proposés sont des réseaux à base de polysiloxanes à fonctionnalité alcaline, synthétisés à partir d’un mélange de monomères difonctionnel (AMDES ou DIAMINO) et trifonctionnel (APTES). Leur incorporation et les effets engendrés ont tout d’abord été démontrés sur un papier modèle pur cellulose de coton.La caractérisation d’une collection de papiers de presse de la Bibliothèque nationale de France (BnF) a permis d’obtenir des informations sur l’évolution de la composition de ces papiers entre 1950 et 2010 et d’étayer ainsi le choix de cinq autres papiers modèles de composition variée comme supports pour l’étude de l’application des traitements. L’évaluation de l’efficacité des traitements en fonction de la composition des papiers a été basée principalement sur les propriétés chimiques d’alcalinisation (mesures de réserve alcaline) et de résistance mécanique conférées (essais de résistance mécanique).La stabilité chimique des traitements face à deux types d’agression (exposition à l’acide formique et hygrothermique) a été étudiée. Une fois optimisés en proportions relative des monomères, ces traitements ont été appliqués à des papiers modèles pré-dégradés par des vieillissements artificiels permettant ainsi d’étudier l’efficacité des traitements en fonction de l’état de dégradation du papier. Le traitement identifié comme le plus efficace a ensuite été appliqué à un papier journal datant de 1922. / This dissertation describes the development of novel conservation treatments for simultaneous strengthening and deacidification of paper, for the purpose of the application to aged newsprint. The newly proposed treatments are based on the incorporation of polysiloxane networks with an alkaline functionality, synthesized from a mixture of bifunctional (AMDES or DIAMINO) and trifunctional (APTES) monomers. The application and the generated effects on a paper made of cotton linters were firstly demonstrated.The characterization of a collection of newsprint papers from the national French Library (BnF) dating from 1950 to 2010 yielded information about the evolution of the composition of the papers during this period. These results have comforted the choice of five more model papers as supports for the treatments. The efficiency of the treatments was appraised mainly based on the chemical properties of alkalization (alkaline reserve measurements) and conferred mechanical strength (mechanical testing).The chemical stability of the treatments when exposed to two types of aggressions (exposure to formic acid and hygrothermal ageing) was studied. Once the relative proportions of the monomers were optimized, the treatments were applied to model papers artificially pre-degraded in order to study the effectiveness of the treatments according to the state of degradation of the paper. The most effective treatment identified was then applied to a newsprint paper dating from 1922.

La pollution des eaux par les métaux est devenue un problème majeur. Il est donc nécessaire de contrôler régulièrement la qualité des eaux de consommation et de rejet, selon les fréquences et les paramètres d'analyses définis par le décret européen -2001-1220 de Décembre 2001. Face à de nouvelles normes de plus en plus exigeantes, la sensibilité et la limite de détection des appareillages (ICP-AES par exemple) deviennent problématiques pour la quantification des métaux. Une étape de préconcentration préliminaire à l'analyse serait une alternative. Parmi les différentes méthodes de préconcentration, l'extraction en phase solide chélatante est particulièrement adaptée à l'extraction d'espèces métalliques en milieu aqueux. Elle fait intervenir des interactions entre une phase liquide et un support solide poreux modifié par un ligand, générant un mécanisme de rétention spécifique vis-à-vis de l'analyte (Chélation). Différents types de supports solides peuvent être employés en SPE. Les polymères organiques de synthèse et plus particulièrement les copolymères à base de styrène et de divinylbenzène (EVBDVB) offrent les performances attendues pour une telle application : stabilité sur une large gamme de pH, bonnes propriétés chimiques, physiques et thermiques. Afin d'améliorer les propriétés complexantes des copolymères EVB-DVB vis-à-vis des métaux, l'introduction d'un ligand est nécessaire pour obtenir un support poreux chélatant. Dans le cadre de ces travaux, le 1,2- benzènediol (catéchol) a été sélectionné pour sa capacité à retenir les espèces métalliques et parce qu'il permet d'envisager deux voies d'incorporation : 1. Greffage du catéchol sur un copolymère EVB-DVB commercial (Amberlite® XAD4 de Rohm et Haas) via des ponts imines réduits et diazonium ; 2. Copolymérisation en suspension d'un monomère styrénique comportant le catéchol avec du divinylbenzène. Les supports solides fonctionnalisés issus des deux modes de préparation sont caractérisés par ATG-DSC, Py-GC/MS et spectroscopie IRTF afin de valider l'incorporation du catéchol. Les propriétés complexantes pour le Cd(II), Cu(II), Ni(II) et Pb(II) ont été déterminées par ICP-AES et sont reliées aux taux de fonctionnalisation (évalués par dosage acido-basique en retour des fonctions hydroxyles du catéchol) et aux propriétés texturales (surface spécifique, volume poreux, diamètres de pores déterminés par adsorption/désorption de gaz). Par rapport au greffage, la copolymérisation en suspension permet de faire varier la quantité de ligand introduit, de conserver la sphéricité des supports et de contrôler la taille des particules, en réduisant à la fois le coût et les contraintes de mise en oeuvre. Ce procédé de préparation a permis d'aboutir à des matériaux originaux (peu colorés) ouvrant des perspectives notamment en terme d'application : détection directe des métaux retenus par spectroscopie de réflexion diffuse.

Les travaux présentés dans cette thèse portent sur la polymérisation radicalaire de l'éthylène en émulsion, dans des conditions douces (P < 250 bar et T < 90 °C). Tout d'abord, l'homopolymérisation de l'éthylène a été étudiée. Des latex stables de polyéthylène présentant des taux de solide relativement élevés (30 %) ont été obtenus. Pour cela, deux systèmes différents d'amorçage et de stabilisation (cationique et anionique) ont été employés. Ces latex peuvent trouver des applications comme revêtements hydrophobes (par exemple du papier). L'étude des propriétés thermiques des latex a mis en évidence des phénomènes de cristallisation du polyéthylène à basse température, dû à son confinement dans les nanoparticules. Cela a une forte influence sur les morphologies finales des particules. D'autre part, la copolymérisation radicalaire de l'éthylène en émulsion a été étudiée. Les comonomères utilisés sont le styrène, l'acrylate de butyle, le méthacrylate de méthyle et l'acétate de vinyle qui différent par leur solubilité dans l'eau et leurs rapports de réactivité de copolymérisation avec l'éthylène. La composition des copolymères obtenus influence leurs propriétés thermiques (Tg, Tf). Des latex stables de copolymères de compositions variées ont pu ainsi être synthétisés. Ce travail en homo- et copolymérisation a souligné la complexité des milieux de polymérisation en émulsion impliquant un monomère gazeux supercritique comme l'éthylène / In this work, the free radical emulsion polymerization of ethylene under mild conditions (P < 250 bar and T < 90 °C) was investigated. Ethylene homopolymerization was first studied. Stable polyethylene latexes of significantly high solids content (30 %) were produced. This was achieved by the use of two different initiating and stabilizing systems (cationic and anionic). These latexes could be applied as hydrophobic coatings (e.g. on paper). Investigation of the thermal properties of the latexes evidenced crystallization phenomena at low temperatures, owing to PE confinement in the nanoparticles, which strongly impacted their final morphologies. Free radical emulsion copolymerization of ethylene was then studied. The investigated comonomers were styrene, butyl acrylate, methyl methacrylate and vinyl acetate. They differ in their reactivity ratios to ethylene and their water solubility. The composition of the obtained copolymers had a strong influence on their thermal properties (Tg, Tm). Stable latexes containing copolymers of various compositions were thus synthesized. This work on homo- and copolymerization evidenced the complexity of the polymerization media involving a gaseous supercritical monomer such as ethylene

L'objectif de cette thèse concerne la synthèse et les caratérisations de nouvelles membranes fluorées porteuses de groupements acide phosphonique pour une application en pile à combustible. Pour ce faire, des copolymérisations radicalaires du chlorotrifluoroéthylène (CTFE) avec des ethers vinyliques tels que le 2-chloroéthyl vinyl éther (CEVE) et l' éthyl vinyl éther (EVE) ont tout d'abord été réalisées. Des modifications chimiques (réaction d'Arbuzov) ont ensuite permis de synthétiser de copolymères originaux qui ont été élaborés sous forme de membranes. Ces films ont été caractérisés tant chimiquement que électrochimiquement. Ils présentent des conductivités intéressnates à 130 °C et à faible humidités relatives