L’objectif de ce travail consistait à la fonctionnalisation de dérivés pyridiniques possédant plusieurs hétéroatomes présents sur le groupement substituent. Notre choix c’est porté sur les (pyridyl)pipérazines comme substrats et la superbase n-BuLi-LiDMAE comme agent métallant. Nous avons réalisé la métallation des (pyridyl)pipérazines N-protégées avec d’excellents rendements quelque soit le groupement protecteur que nous avons utilisé. Une seconde fonctionnalisation a également pu être réalisé dans les mêmes conditions sur les isomères 3 et 4. Une étude de ces molécules a également été réalisée sur support solide. Plusieurs constats ont pu être observé lors des métallations : un excès de superbase de 8 équivalents, des températures de métallation variant de 25 à –78°C selon l'isomère considéré. Les dérivés fonctionnalisés ont été régénérés en amines ou fonctionnalisés sur la partie pipérazinique. L'apport d’un hétéroatome, sous la forme de bis-(pyridyl)pipérazines ne change pas la quantité de superbase et permet, selon les isomères, soit la fonctionnalisation, soit la bis-fonctionnalisation. Nous avons également fait varier la nature des hétéroatomes complexants présents sur le substituant pyridinique. Ce changement, lorsque le substituant en placé en position 4, se traduit par une diminution de la quantité de superbase. Ces mêmes substituants situés en position 2, nécessitent un excès de réactif métallant. Les isomères 3 ne subissent pas de métallation, et ne forment que des produits de dégradation. / The aim of this work is the fonctionnalization of pyridine derivatives bearing several heteroatoms on the substituent. Pyridylpiperazines were choosen as substrates and lithiated using the n-BuLi-LiDMAE superbase. We carried out the metallation of N-protected pyridylpiperazines very efficiently regardless of the protective group. An iterative functionalisation was also carried out under the same conditions on isomers 3 and 4. The lithiation awas also studied on solid phase. Several observations could be made from the metalations: an excess of superbase was necessary, and the metalation temperatures varied from 25 to –78°C with respect to the isomer. The functional derivatives were easily deprotected into amines or carbamates. The additional contribution of a heteroatom in bis-(pyridyl)piperazines did not modify the quantity of superbase. The mono bis-fonctionnalisation could be controlled by temperature. We also varied the nature of complexing heteroatoms on the pyridine substituent. When the substituent was placed in position 4, a notable decrease of the superbase amount was necessary for metallation achievement. These same substituents located in position 2, required the ususal excess of lithiating reagent.

Les métallodendrimères sont des macromolécules précises contenant des centres métalliques dont les propriétés sont exploitables pour la fabrication de nanodevices utiles en catalyse, reconnaissance moléculaire et en tant que précurseurs de nanoparticules. Pour leur contruction, de nouvelles réactions ont été mises au point à partir d’alcynes organométalliques électrophiles qui ont permis la formation de liaisons C-C, C-N et M=C, mettant en jeu des métallocènes du fer, du ruthénium et du cobalt. Cette ingéniérie moléculaire a conduit à de nouvelles métallo-étoiles, dendrimères et nanoparticules d’or aux propriéties rédox originales. / Metallodendrimers are precise macromolecules containing metallic centers with properties that are exploitable for nanodevice fabrication providing uses in catalysis, molecular recognition and as nanoparticle precursors. For their construction, new reactions have been disclosed from electrophilic organometallic alkynes leading to the formation of C-C, C-N and C=C bonds that involve iron, ruthenium and cobalt metallocenes. This molecular engineering has produced new metallo-stars, metallodendrimers and gold nanoparticles with original redox properties.

Face à la demande mondiale de techniques de séparation des gaz efficaces ayant un impact minimal sur l'environnement, les technologies de séparation des gaz par membrane ont trouvé leur place sur le marché commercial de la séparation des gaz en tant qu'alternatives peu coûteuses et respectueuses de l'environnement. Le cœur d'une technologie de séparation des gaz par membrane est la membrane elle-même, et une sélection judicieuse de son matériau garantit la haute performance de la membrane pour l'application visée. L'un des matériaux les plus étudiés pour les membranes de séparation des gaz est le polymère. Cependant, comme les membranes polymères pures présentent un comportement compétitif entre perméabilité et sélectivité, les membranes à matrice mixte (MMM) sont apparues comme des candidats prometteurs. Les membranes à matrice mixte combinent une facilité de traitement supérieure, un faible coût et une perméabilité modérée des polymères avec une sélectivité élevée des charges. Le défi le plus important pour obtenir une MMM de haute performance est d'avoir une interface sans défaut entre le polymère et la charge pour éviter les perméabilités non sélectives. Cette thèse a étudié les membranes à matrice mixte de polyimide 6FDA-ODA basées sur différents réseaux organométalliques (MOF), comme un nouveau type de matériaux poreux avec de grandes surfaces spécifiques, des tailles de pores ajustables et des propriétés contrôlables pour des applications de séparation de gaz CO₂/CH₄ et CO₂/N₂. L'utilisation de différentes stratégies efficaces dans les techniques de fabrication des MMM et l'amélioration de la qualité de l'interface charge-polymère ont permis d'améliorer les propriétés des MMM et les performances de séparation des gaz, comme le montrent les mesures de perméation des gaz simples et mixtes, ainsi que les résultats des analyses chimiques, thermiques et mécaniques. Dans l'ensemble, les résultats obtenus ouvrent la voie à un développement plus poussé des membranes polymères pour la séparation des gaz. / As the global demands for efficient gas separation techniques with minimum impact on the environment have been intensively raised, membrane gas separation technologies found their place in the commercial gas separation market as low-cost and environmentally friendly alternatives. The heart of a membrane gas separation technology is the membrane itself, and a wise selection of its material guarantees the membrane’s high performance for the target application. One of the vastly studied materials for gas separation membranes is polymer. However, since neat polymeric membranes show a competitive behavior between permeability and selectivity, mixed matrix membranes (MMM) have emerged as promising candidates. Mixed matrix membranes combine superior processability, low cost and moderate permeability of the polymers with high selectivity of the fillers. The most significant challenge in obtaining a high-performance MMM is to have a defect-free interface between the polymer and the filler to avoid non-selective permeabilities. This thesis studied mixed matrix membranes of 6FDA-ODA polyimide based on various metal-organic frameworks (MOF), as a new type of porous materials with large specific surface areas, adjustable pore size, shape and dimensions, and controllable properties, for CO₂/CH₄ and CO₂/N₂ gas separation applications. Using different effective strategies in MMM fabrication techniques and improving the quality of the filler-polymer interface resulted in improved MMM properties and gas separation performance well supported by single and mixed gas permeation measurements, as well as chemical, thermal and mechanical analyses. Overall, the results obtained open the door for further development of polymer membranes for gas separation.

Face à la demande mondiale de techniques de séparation des gaz efficaces ayant un impact minimal sur l'environnement, les technologies de séparation des gaz par membrane ont trouvé leur place sur le marché commercial de la séparation des gaz en tant qu'alternatives peu coûteuses et respectueuses de l'environnement. Le cœur d'une technologie de séparation des gaz par membrane est la membrane elle-même, et une sélection judicieuse de son matériau garantit la haute performance de la membrane pour l'application visée. L'un des matériaux les plus étudiés pour les membranes de séparation des gaz est le polymère. Cependant, comme les membranes polymères pures présentent un comportement compétitif entre perméabilité et sélectivité, les membranes à matrice mixte (MMM) sont apparues comme des candidats prometteurs. Les membranes à matrice mixte combinent une facilité de traitement supérieure, un faible coût et une perméabilité modérée des polymères avec une sélectivité élevée des charges. Le défi le plus important pour obtenir une MMM de haute performance est d'avoir une interface sans défaut entre le polymère et la charge pour éviter les perméabilités non sélectives. Cette thèse a étudié les membranes à matrice mixte de polyimide 6FDA-ODA basées sur différents réseaux organométalliques (MOF), comme un nouveau type de matériaux poreux avec de grandes surfaces spécifiques, des tailles de pores ajustables et des propriétés contrôlables pour des applications de séparation de gaz CO₂/CH₄ et CO₂/N₂. L'utilisation de différentes stratégies efficaces dans les techniques de fabrication des MMM et l'amélioration de la qualité de l'interface charge-polymère ont permis d'améliorer les propriétés des MMM et les performances de séparation des gaz, comme le montrent les mesures de perméation des gaz simples et mixtes, ainsi que les résultats des analyses chimiques, thermiques et mécaniques. Dans l'ensemble, les résultats obtenus ouvrent la voie à un développement plus poussé des membranes polymères pour la séparation des gaz. / As the global demands for efficient gas separation techniques with minimum impact on the environment have been intensively raised, membrane gas separation technologies found their place in the commercial gas separation market as low-cost and environmentally friendly alternatives. The heart of a membrane gas separation technology is the membrane itself, and a wise selection of its material guarantees the membrane's high performance for the target application. One of the vastly studied materials for gas separation membranes is polymer. However, since neat polymeric membranes show a competitive behavior between permeability and selectivity, mixed matrix membranes (MMM) have emerged as promising candidates. Mixed matrix membranes combine superior processability, low cost and moderate permeability of the polymers with high selectivity of the fillers. The most significant challenge in obtaining a high-performance MMM is to have a defect-free interface between the polymer and the filler to avoid non-selective permeabilities. This thesis studied mixed matrix membranes of 6FDA-ODA polyimide based on various metal-organic frameworks (MOF), as a new type of porous materials with large specific surface areas, adjustable pore size, shape and dimensions, and controllable properties, for CO₂/CH₄ and CO₂/N₂ gas separation applications. Using different effective strategies in MMM fabrication techniques and improving the quality of the filler-polymer interface resulted in improved MMM properties and gas separation performance well supported by single and mixed gas permeation measurements, as well as chemical, thermal and mechanical analyses. Overall, the results obtained open the door for further development of polymer membranes for gas separation.

Ici, la conception, la synthèse et la caractérisation et les propriétés optoélectroniques de complexes Ir(III) pour une application dans des dispositifs optiques non linéaires et électroluminescents sont décrits. Le type de complexes varie de ceux de la forme [Ir(C^N)2(N^N)]+ avec des ligands conjugués et non conjugués (où C^N = ligand cyclométallisant et N^N = ligand neutre) à ceux des forment [Ir (C^N^C)(N^N)Cl] (où C^N^C = ligand tripode tridenté). Le chapitre 1 donne une introduction à la photophysique se produisant dans les complexes de métaux de transition et aux applications possibles dans les affichages visuels. Le contexte des propriétés optiques non linéaires (NLO) et l'utilisation de complexes de métaux de transition en tant que chromophores NLO sont décrits. Dans le chapitre 2, l'impact de l'utilisation de ligands de cyclométallation encombrés stériquement sur les propriétés de photoluminescence des complexes cationiques d'iridium(III) et leur performance dans les cellules électrochimiques émettant de la lumière est étudiée. Le chapitre 3 explore l'utilisation de donneurs d'électrons sur le ligand de cyclométallation pour moduler les propriétés NLO des complexes. La combinaison de substituants fortement donneurs d'électrons sur le ligand C^N et de substituants accepteurs d'électrons sur le ligand N^N conduit à une forte activité NLO. Le chapitre 4 résume une nouvelle série de complexes cationiques d'iridium(III) portant benzylpyridinato comme ligands de cyclométallation. L'espaceur méthylène dans les ligands C^N confère de la flexibilité, ce qui donne deux conformères. Des études par RMN combinées à des études de la théorie fonctionnelle de la densité (DFT) montrent comment le comportement fluxionnel est influencé par le choix du ligand auxiliaire. Dans le chapitre 5, des complexes Ir(III) portant un ligand tripode tridentate bis (six-membres) non conjugué inhabituel de la forme [Ir (C^N^C)(N^N)Cl] sont introduits. En fonction des substitutions du ligand C^N^C, une phosphorescence allant du jaune au rouge a été obtenue. La substitution du N^N donne un colorant NIR panchromatique, adapté aux applications DSSC. Au chapitre 6, le concept d'un ligand non conjugué a été étendu au ligand N^N. Une émission bleu-vert et bleu-ciel a été obtenue, démontrant une stratégie pour régler avec succès l'émission au bleu. / Here, the design, synthesis and characterisation and the optoelectronic properties of Ir(III) complexes for application in nonlinear optical and electroluminescent devices are described. The type of complexes varies from those of the form [Ir(C^N)2(N^N)]+ with conjugated and nonconjugated ligands (where C^N = cyclometalating ligand and N^N = neutral ligand) to those of the form [Ir(C^N^C)(N^N)Cl] (where C^N^C = tridentate tripod ligand). Chapter 1 gives an introduction into photophysics occurring in transition metal complexes and possible applications in visual displays. The background of nonlinear optical (NLO) properties and the use of transition metal complexes as NLO chromophores is described. In Chapter 2, the impact of the use of sterically congested cyclometalating ligands on the photoluminescence properties of cationic Iridium(III) complexes and their performance in light-emitting electrochemical cells is investigated. Chapter 3 explores the use of electron donors on the cyclometalating ligand towards modulating the NLO properties of the complexes. Combining strongly electron-donating substituents on the C^N ligand and electron-accepting substituents on the N^N ligand results in strong NLO activity. Chapter 4 summarises a new series of cationic iridium(III) complexes bearing benzylpyridinato as cyclometalating ligands. The methylene spacer in the C^N ligands provides flexibility, resulting in two conformers. NMR studies combined with density functional theory (DFT) studies show how the fluxional behaviour is influenced by the choice of the ancillary ligand. In Chapter 5, Ir(III) complexes bearing an unusual nonconjugated bis(six-membered) tridentate tripod ligand of the form [Ir(C^N^C)(N^N)Cl] are introduced. Depending on the substitutions of the C^N^C ligand phosphorescence ranging from yellow to red was obtained. Substitution of the N^N results in a panchromatic NIR dye, suitable for DSSC applications. In Chapter 6, the concept of a nonconjugated ligand was expanded to the N^N ligand. Blue-green and sky-blue emission was obtained, demonstrating a strategy to successfully tune the emission to the blue.

Tableau d’honneur de la Faculté des études supérieures et postdoctorales, 2013-2014. / Dans ce travail, deux types de nanomatériaux poreux ont été obtenues: des nanozéolithes et des matériaux à réseau organométallique (MOF). Pour les nanozéolithes, deux nouvelles méthodes de synthèses ont été développé: une méthode à phase unique et une méthode biphasique. Dans la méthode à phase unique, une quantité du gel-zéolithique est ajoutée à une solution de toluène/n-butanol contenant l’agent silylant organosilane. Après 12 heures à 60oC, une phase homogène est obtenue. Ce mélange est traité hydrothermalement pour produire une nanozéolithe fonctionalisée. En revanche, la méthode de synthèse à deux phases, implique l’introduction de l’organosilane mélangé à un solvant organique dans le gel de zéolithe aqueux conduisant ainsi à un mélange biphasique. Après mélange et traitement hydrothermal, des nanozéolithes fonctionalisées par silylation sont obtenu dans la phase organique et de larges cristaux de zéolithes sont obtenus dans la phase aqueuse. En principe, les deux méthodes utilisent l’organosilane pour empêcher la croissance des cristaux. Le solvant organique joue le rôle de dispersant des nanozéolithes fonctionalisées avec l’organosilane à partir de la phase aqueuse, et contrôle le processus de croissance des nanozéolithes. Ces deux méthodes de synthèse sont applicables autant aux zéolithes MFI que FAU, telles que silicatite-1, ZSM-5 et NaY. Elles peuvent être étendues à la synthèse d’autres types de zéolithes. L’activité catalytique de ces nanozéolithes a été évaluée pour le craquage de FCC. Les résultats indiquent que la nanozéolithe de type FAU montre une bonne activité dans cette réaction. Pour l’étude des matériaux à réseau organométallique (MOF), une nouvelle approche a été développé pour la synthèse de MIL-88B en utilisant un cluster neutre de métaux mixtes bimétalliques Fe2Ni(µ3-O). Les clusters occupent les nœuds du réseau MIL-88B à la place du mono-métal Fe3 (µ3-O) avec un anion compensateur. Ce dernier est le cluster formant le réseau du Fe3MIL-88B non-poreux qui est obtenu par la méthode conventionnelle. De ce fait, en absence des anions compensateurs dans la structure, Fe2Ni MIL-88B devient un matériau poreux. De plus, avec la combinaison de la flexibilité de MIL-88B et des métaux mixtes comme nœuds dans le réseau, la porosité peut être contrôlée par échange avec des ligands terminaux du réseau. Ceci nous a permis de moduler d’une manière réversible la porosité de MIL-88B à différents niveaux, ainsi que la surface spécifique et le volume de pores dépendant de taille de ligands échangés. Le mécanisme de synthèse a été aussi étudié pour les matétiaux Fe3-MIL88B et Fe2Ni-MIL88B. Les résultats montrent que pour la synthèse de Fe3-MIL88B, le mono-métal Fe3-MOF-235 est comme le précurseur pour la formation de MIL-88B. Dans le cas d’utilisation de métaux mixtes Fe2Ni(µ3-O), les mono-métal Fe3-MOF-235 est formés en premier lors de la synthèse du métal mixte Fe2Ni-MIL88B. Il est montré que la présence de l’anion FeCl4- est déteminante dans la formation de la phase initiale MOF-235 et dans le succès de la synthèse du MIL-88B mono- ou bimétallique. L’anion FeCl4- est très important pour le succès de la formation de MOF-235. Un mécanisme d’anion médiateur dans la formation de MOF-235 a été suggéré. / In this thesis, two types of nanoporous materials: nanozeolites and metal-organic frameworks were studies. For nanozeolites, two novel methods e.g. single-phase and two-phases were reported for the synthesis of nanozeolites. In the single-phase synthesis method, a proper amount of zeolite gel solution was added to a toluene/n-butanol solution containing an organosilane. After 12 hours at 60oC, a single phase mixture was obtained. This mixture was then subjected to hydrothermal crystallization to produce uniform functionalized nanozeolites. In contrast, the two-phase synthesis method involved the introduction of an organic solvent containing organosilane to the aqueous zeolite gel solution, resulting in a two-phase mixture. Upon mixing and hydrothermal treatment of this mixture, organosilane-functionalized nanozeolites were obtained in the organic phase whereas, large zeolite crystals were found in the aqueous phase. In principle, both methods employed the use of organosilane to inhibit the crystal growth. The organic solvent acted as the medium for the dispersion of nanozeolites functionalized with organosilane from the aqueous phase, which led to the complete halt of the growth process. These two methods were demonstrated to be applicable to the synthesis of MFI and FAU nanozeolites such as silicalite-1 and NaY, and could be applied to the synthesis of other types of zeolites. Catalytic activity of the synthesized nanozeolites was evaluated by the cracking reaction of FCC feed. The result showed that FAU nanozeolites can be good catalysts for the cracking reaction. For the study of the metal-organic frameworks (MOF), a new rational approach was developed for the synthesis of mixed metal MIL-88B metal organic framework based on the use of neutral bimetallic cluster, such as Fe2Ni(µ3-O) cluster. Unlike the conventional negative charged single metal cluster, the use of neutral bimetallic cluster as a framework node avoids the need of compensating anion inside porous MIL-88B system; thus such a bimetallic MIL-88B becomes porous. The flexibility of the mixed metal MIL-88B can be controlled by terminal ligands with different steric hindrance. This allows us to reversibly customize the porosity of MIL-88B structure at three levels of specific surface area as well as the pore volume. Synthesis mechanism was also studied. It was found that the monometallic Fe3-MOF-235 is the precursors to the formation of MIL-88B. MOF-235 comes first then later transforms to Fe3-MIL-88B or acts as seeds for the formation of mixed Fe2Ni-MIL88B. FeCl4- anion is very important to the successful formation of MOF-235. An anion mediated mechanism of the formation of MOF-235 is suggested.

Largement étudiés en reconnaissance moléculaire, catalyse et relargage de médicaments, les cavitants sont des assemblages supramoléculaires synthétiques très prometteurs dans le domaine de la chimie hôte-invité. Ces macromolécules aux caractéristiques uniques peuvent bénéficier de l’auto-assemblage des métaux de transition avec des ligands rigides pour former ce que l’on appelle les métallocavitants. Les métallocavitants de boronate de tantale, dotés de sites actifs acides de Lewis, ont prouvé leur pertinence dans ce domaine. Des études structurelles et électroniques ont permis la synthèse de métallocavitants à cavité élargie et électrophile. Dans le but d’élargir la visibilité de ce type de métallocavitant, on cherche à créer une cavité moins électropositive. Sachant que les ligands boronates et les atomes de tantale sont responsables de l’électropositivité de la cavité, ces fragments sont remplacés par les carboxylates et le zirconium. De nouveaux complexes organométalliques démontrant d’intéressantes propriétés supramoléculaires ont été synthétisés.

La concentration atmosphérique de dioxyde de carbone (CO₂) augmente régulièrement, ce qui entraîne de nombreux problèmes environnementaux tels que le réchauffement de la planète, l'acidification des océans et des changements climatiques imprévisibles. Ces dernières années, l'utilisation du CO₂ comme matière première pour la conversion en produits chimiques organiques de valeur a suscité un intérêt croissant, car il est abondant, non toxique et peu coûteux. Cette thèse a étudié la réaction de cycloaddition du CO₂ avec un époxyde comme méthode d'utilisation du CO₂. En outre, les catalyseurs à structure métallo-organique (MOF) capables d'absorber une grande quantité de CO₂ sont présentés comme une classe de matériaux poreux avec des caractéristiques structurelles uniques, des surfaces spécifiques élevées, une facilité de modification chimique et une stabilité, et sont utilisés dans la cycloaddition du CO₂ avec un époxyde. Cette thèse étudie le rôle central des structures métallo-organiques (MOF) dans la réaction de fixation catalytique du CO₂ avec des époxydes en carbonates cycliques de valeur ajoutée. Grâce à la synthèse et à la fonctionnalisation des MOF, cette recherche démontre la faisabilité de l'utilisation de ces matériaux poreux en tant que catalyseurs efficaces pour les réactions de fixation du CO₂. En introduisant des fonctionnalités à base d'azote ionique dans les structures MOF par des méthodes de synthèse appropriées, l'activité catalytique et la sélectivité des MOF sont considérablement améliorées. Ces MOFs fonctionnalisés présentent des performances remarquables en favorisant l'activation et la conversion des époxydes et du CO₂ dans des conditions de réaction douces, sans nécessiter de solvants organiques ou de co-catalyseurs. Les effets synergiques de divers groupes fonctionnels au sein des MOF contribuent à améliorer l'efficacité catalytique. Cela se traduit par une affinité et une densité accrues du CO₂ à proximité des sites actifs, ainsi que par la facilitation de l'ouverture de l'anneau époxyde dans ce cadre. La synthèse et la caractérisation réussies de nouveaux catalyseurs à base de MOF mettent en évidence leur potentiel pour la conversion du CO₂ et l'avancement de la chimie durable. Dans l'ensemble, cette recherche souligne l'importance des groupes fonctionnels et des MOF en tant que matériaux prometteurs pour l'utilisation du CO₂ et fournit des indications précieuses sur leur conception et leur application dans les procédés de conversion catalytique du CO₂. / The atmospheric concentration of carbon dioxide (CO₂) is steadily increasing, resulting in numerous environmental issues such as global warming, ocean acidification, and unpredictable climate changes. In recent years, there has been increasing interest in using CO₂ as a feedstock material for conversion into valuable organic chemicals as it is abundant, non-toxic and low cost. This thesis studied the cycloaddition reaction of CO₂ with epoxides as a method of CO₂ utilization. Also, the metal organic framework (MOF) catalysts capable of high CO₂ adsorption are introduced as a class of porous materials with unique structural features, high surface areas, chemical tunability, and stability, which are used in the cycloaddition of CO₂ with epoxides. This thesis explores the pivotal role of metal-organic frameworks (MOFs) in the catalytic CO₂ fixation reaction with epoxides into valuable cyclic carbonates. Through the synthesis and functionalization of MOFs, this research demonstrates the feasibility of utilizing these porous materials as effective catalysts for CO₂ fixation reactions. By introducing ionic nitrogen-based functions into MOF structures through proper synthetic methods, the catalytic activity and selectivity of MOFs are significantly enhanced. These functionalized MOFs exhibit remarkable performance in promoting epoxide and CO₂ activation and conversion under mild reaction conditions, without the need for organic solvents or co-catalysts. The synergistic effects of various functional groups within MOF frameworks contribute to improved catalytic efficiency. This is evidenced by enhanced CO₂ affinity and density near active sites, as well as facilitating the opening of the epoxide ring within this framework. The successful synthesis and characterization of novel MOF-based catalysts highlight their potential for CO₂ conversion and advancing sustainable chemistry. Overall, this research underscores the importance of functional groups and MOFs as promising materials for CO₂ utilization and provides valuable insights into their design and application in catalytic CO₂ conversion processes.

Au cours des dernières décennies, la technologie membranaire a montré de grandes performances dans les séparations en phase liquide telles que la production d’eau potable à partir d’eau de mer. Beaucoup d’efforts ont été faits pour étendre son application aux séparations de gaz. La séparation des composants de l’air, des gaz industriels de raffineries, la séparation et la récupération du CO2 du biogaz et du gaz naturel sont des exemples dans lesquels la technologie membranaire est appliquée au niveau industriel. La séparation par membranes a été substituée ou interfacée avec les méthodes conventionnelles telles que la distillation cryogénique pour produire de l’air enrichi en oxygène (fraction molaire >- 30%) qui est injecté dans les brûleurs industriels pour obtenir une température plus élevée, avec moins de consommation de gaz. Il est également possible d’utiliser la technologie membranaire pour capturer et recycler le CO2 émis par les gaz de combustion des centrales électriques et les aciéries pour résoudre le problème des gaz à effet de serre. Les membranes pour la séparation des gaz peuvent être classées en deux catégories principales, basées sur le matériau, polymère et inorganique, dans lesquelles les membranes polymériques sont plus populaires. Par rapport aux matériaux inorganiques, les membranes polymères présentent une meilleure facilité de traitement, une résistance mécanique et une densité de remplissage plus élevée, ce qui les rend appropriées pour des applications à grande échelle. Elles ne peuvent cependant pas supporter des températures élevées ou des agents chimiques agressifs. Leurs propriétés de séparation (perméabilité et sélectivité) peuvent être sévèrement compromises par les hydrocarbures condensables (C2+) lorsqu’elles sont appliquées dans les usines pétrochimiques, les raffineries et le traitement du gaz naturel. Pour améliorer les performances des membranes polymères, le nouveau concept, de membrane à matrice mixte (MMM), a été réalisé en dispersant des particules nanométriques ou microscopiques de matériaux inorganiques dans une matrice polymère. Dans ce travail, nous avons préparé de nouvelles MMMs en utilisant des polymères et des matériaux organo-métalliques (MOF) en tant que phases continue et dispersée, respectivement. Nous avons développé plusieurs techniques pour surmonter la faible adhérence interfaciale entre les deux phases qui diminue typiquement l’efficacité de séparation des MMM. Pour ce faire, dans la première partie de cette thèse (Chapitre 3), nous avons synthétisé des particules de MOF comportant des fonctions -NH2 et une série de polymères décorés de -OH pour la préparation de MMMs. La liaison physique entre les deux groupes fonctionnels s’est avérée améliorer nettement l’adhérence polymère/charge des MMMs obtenues ainsi que leur performance de séparation des gaz. Dans la partie suivante (Chapitre 4), nous avons introduit une modification post-synthétique pour former une liaison chimique entre le polymère et la charge dans les MMMs. Dans des conditions optimisées, un MOF fonctionnalisé portant des groupes réticulables a été amené à réagir avec un polymère déjà synthétisé contenant des extrémités de chaînes réactives pour produire, pour la première fois, des MMMs réticulées. Dans la dernière partie (Chapitre 5), nous avons décrit une nouvelle technique pour obtenir in-situ la liaison chimique polymère-charge pendant la synthèse du polymère. Dans cette technique, les particules de MOF ont été directement introduites dans le milieu de polymérisation. L’importance des liens polymère-charge a été étudiée en fonction du temps de polymérisation. Cette étude a montré une forte relation entre la qualité de l’interaction polymère-charge et les propriétés de séparation des gaz des MMMs. / In recent decades, membrane technology has shown its great performance in liquid phase separations such as production of drinking water from seawater. It has now attracted much scientific attention to expand its application to gas separations. Separation of air components, H2 from refinery industrial gases, separation and recovery of CO2 from biogas and natural gas are some examples in which the membrane technology is potentially applied at industrial level. The membrane based separation was either partially substituted or integrated with conventional methods like cryogenic distillation to product oxygen-enriched air (mole fraction 30% ) that is injected into industrial burners to obtain higher temperature with less gas consumption. It is also possible to use membrane technology to capture and recycle CO2 emitted from flue gas streams of power plants and steel mills in solving the greenhouse effect. The membranes for gas separation can be classified in two main categories, based on material, polymeric and inorganic, in which polymeric membranes are more popular. Compared to the inorganic, the polymer membranes show better processability, mechanical strength and higher packing density, hence, being suitable for large-scale applications. They cannot, however, withstand high temperatures or aggressive chemical agents. Their separation properties (permeability and selectivity) may be severely affected by condensable hydrocarbons (C2+) when they are applied in petrochemical plants, refineries and natural gas treatment. To enhance the performance of polymer membranes, a new concept, mixed matrix membrane (MMM), has been proposed by dispersing nano- or micro-sized particles of inorganic materials into a polymer matrix. In this work, we have prepared novel MMMs using polymers and metal organic framework (MOF) as the continuous and dispersed phases, respectively. We have developed several techniques to overcome the weak interfacial adhesion between the two phases that typically decreases the separation efficiency of MMMs. To do so, in the first part of this thesis (Chapter 3), we have synthesized a -NH2 included MOF particle and a series of -OH decorated polymers for MMM preparation. The physical bonding between the two functional groups was found to clearly improve the polymer/filler adhesion of the obtained MMMs as well as their gas separation performance. Then, in the following part (Chapter 4), we have introduced a post-synthetic modification to form chemical bonding between the polymer and filler within MMMs. Under optimized conditions, a functionalized MOF bearing crosslinkable groups was reacted with an as-synthesized polymer containing reactive chain-ends to produce, for the first time, crosslinked MMMs. In the final part (Chapter 5), we have described a novel technique to obtain in-situ the polymer-filler chemical bonding during the polymer synthesis. In this technique, the MOF particles were directly introduced into the polymerization medium. The extent of the polymer-filler link was studied as a function of polymerization time. This study has shown a strong relationship between the quality of polymer-filler interaction and the gas separation properties of the MMMs.

Beaucoup de recherches sont menées sur les polymères organométalliques et en particulier dans le but d'obtenir des bons matériaux utilisables dans les dispositifs photovoltaïques. Ce mémoire rapporte les derniers avancements de notre groupe de recherche dans ce secteur. Premièrement, la synthèse et la caractérisation de polymères organométalliques conjugués du type (-espaceur-C[xi]C-PtL[indice inférieur 2]-C[xi]C-)[indice inférieur n] avec comme espaceur des quinones diimine para-bis(diphényle) tetrasubstitués (C[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4]-N=C[indice inférieur 6]X[indice inférieur 4]=N-C[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4] où X = H, F, Cl) et comme ligand L= P(n-Bu)[indice inférieur 3] ont été réalisées. Les espaceurs, les composés modèles, et les polymères ont été caractérisés par RMN [indice supérieur 1]H, [indice supérieur 31]P, UV-vis, IR, ATG, cristallographie, analyse élémentaire et par voltampérométrie cyclique. Les espaceurs et les polymères diamines (C[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4]-NH-C[indice inférieur 6]X[indice inférieur 4]-NH-C[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4]) ont également été synthétisés et caractérisés afin de comparer le comportement d'un polymère conjugué (quinone diimine) avec un polymère non conjugué (quinone diamine). Les polymères platine-diamine montrent des spectres d'absorption où la bande de plus basse énergie provient d'une transition de type [pi]-[pi]* tandis que les polymères quinone diimines montrent des bandes électroniques provenant de transitions électroniques de type transferts de charge (avec le centre platine comme donneur et quinone diimine comme accepteur). Une analyse de l'influence de l'effet électro-attracteur des différents substituants sur les spectres d'absorption ainsi que les propriétés électrochimiques ont été effectuées pour étudier les mécanismes de transfert de charge du platine vers les espaceurs diimines. Des résultats préliminaires encourageant de conversion d'énergie solaire en énergie électrique, grâce à des cellules de Grätzel, ont été obtenus pour certains de ces composés. Deuxièmement, un nouveau type de polymère organométallique bio-inspiré à base de quinone-diimines et de porphyrines a été synthétisé et caractérisé par RMN [indice supérieur 1]H, UV-vis, IR, ATG, cristallographie, spectroscopie de luminescence et mesures de paramètres photophysiques, et analyse élémentaire. Ces polymères montrent des spectres d'absorptions où la bande de plus basse énergie provient de transitions électroniques du type transfert de charge partant de la métallo-porphyrine vers la quinone diimine (C[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4]-N=C[indice inférieur 6]X[indice inférieur 4]=N-C[indice inférieur 6]H[indice inférieur 4] où X = F, Me). Ces absorptions sont extrêmement déplacées vers les grandes longueurs d'onde (> 800 nm) et affichent des coefficients d'extinction molaires très grands (30 000 M[indice supérieur -1] .cm[indice supérieur -1]). Ces composés affichent des très grands rendements quantiques pour des polymères à base de porphyrines. Ces excellentes propriétés font de ces composés une nouvelle classe intéressante de polymères utilisables pour des applications photoniques.