Plasticizing and superplasticizing admixtures are the key components of nearly every concrete. These admixtures improve workability of mortar and fresh concrete which lead to facilitation of depositing and compaction. Adding of plasticizers or superplasticizers enables to change properties of fresh and hardened concrete, especially to reduce water-cement ratio, thereby increasing strength and durability of concrete or to improve other properties. The main aim of this thesis is to monitor the effect of plasticizing admixtures and their dosage on the rheology and hydration of concrete with emphasis on the development of hydration temperature. The other goal is to examine their strength qualities. Behaviour of plasticizing admixtures is analysed at first on cement pastes, as simple systems, and then verified on concrete.

La cellulose, abondante et renouvelable, offre une alternative biosourcée intéressante pour remplacer les thermoplastiques pétrosourcés très présents dans la vie courante. Cependant, elle ne peut être utilisée dans les procédés de thermoformage de l’industrie de la plasturgie car sa température de fusion est supérieure à sa température de dégradation. Des dérivés comme l’acétate de cellulose montrent un caractère thermoplastique plus affirmé, avec des températures de transition vitreuse et de fusion plus basses que celles de la cellulose, mais nécessitent néanmoins l’usage de plastifiants externes pour être mis en forme. Ces plastifiants peuvent à terme migrer en dehors des matériaux, provoquant une dégradation des propriétés et des problèmes environnementaux si ces molécules sont dangereuses.Le travail présenté ici propose de remplacer la plastification externe par une plastification interne qui consiste à greffer les plastifiants sur les macromolécules, évitant ainsi toute migration. Pour cela, une modification en deux étapes de la cellulose a été imaginée : une oxydation au périodate pour augmenter la flexibilité du squelette cellulosique et introduire des groupements aldéhyde donnant lieu à la dialdéhyde cellulose (DAC), suivie d’un greffage des molécules plastifiantes sur ces aldéhydes.Une étude complète de l’oxydation de la cellulose au périodate a d’abord été réalisée en faisant varier de nombreux paramètres tels que la quantité d’oxydant, le temps de réaction ou la température. Elle a permis de préciser les conditions optimales de contrôle du degré d’oxydation (DO) qui est un paramètre clé dans la compréhension des relations structure-propriétés au sein des matériaux réalisés à partir de DAC. En particulier, une méthode de caractérisation fiable et précise du DO par résonance magnétique nucléaire du solide (13C CP-MAS RMN) a été développée et comparée aux méthodes de la littérature. Une réduction de la DAC a ensuite permis de générer des nanobâtonnets colloïdaux chevelus, non chargés mais stables en suspension aqueuse, qui ont été caractérisés par une combinaison de techniques (diffusion de rayonnement, microscopie électronique en transmission et turbidimétrie). Par ailleurs, le séchage de ces suspensions produit des films thermoplastiques avec une structuration nanocomposite de type cœur-écorce. Enfin, grâce à des réactions d’amination réductrice avec différentes amines, de nouveaux matériaux thermoplastiques ont été obtenus. Les propriétés ultrastructurales et thermomécaniques de ces différents matériaux ont été caractérisées par des méthodes telles que la RMN, l’analyse mécanique dynamique, la calorimétrie différentielle à balayage ou l’analyse thermogravimétrique (ATG). Ces résultats montrent que les matériaux issus de ces modifications possèdent une Tg inversement proportionnelle au DO, comprise entre 122 et 65 °C selon le DO et le type de modification. Notre stratégie est donc prometteuse pour la fabrication de matériaux thermoplastiques transformables élaborés à partir de cellulose. / Cellulose, an abundant and renewable polymer, offers an interesting biosourced alternative to replace petrosourced thermoplastics commonly used in our everyday life. However, cellulose cannot be used in industrial thermoforming processes since its melting temperature is higher than its degradation temperature. Derivatives such as cellulose acetate show glass transition and melting temperatures below the thermal decomposition but still require the addition of external plasticizers to be processable. These plasticizers can exude over time, making the materials brittle and causing environmental issues due to the release of potentially toxic molecules.The present work proposes to introduce internal plasticization of cellulose, by increasing both the flexibility of the chains and the free volume using a grafting strategy, thus preventing exudation. To achieve this goal, a two-steps strategy was followed: first, a periodate oxidation was performed to cleave the glucose ring and generate aldehyde groups, resulting in dialdehyde cellulose (DAC). Second, the highly reactive aldehyde groups were used to graft plasticizing agents.The periodate oxidation of cellulose was first studied by varying parameters such as the amount of oxidant, the reaction time or the temperature, in order to precisely map the reaction conditions leading to a controlled degree of oxidation. To characterize DAC samples, an accurate and reliable quantification method based on solid-state nuclear magnetic resonance (13C CP-MAS NMR) has been developed and compared to other methods from the literature. The reduction of DAC led to colloidally stable hairy neutral nanorods suspensions, which were characterized by a combination of structural investigation techniques (light and X-ray scattering, transmission electron microscopy and turbidimetry). Casting of the suspensions led to thermoplastic films with a core-shell nanocomposite structure. Reductive amination of DAC with different amines also led to thermoplastic materials. The thermo-mechanical properties of all these materials were studied by solid-state NMR, dynamic mechanical analysis, differential scanning calorimetry and thermogravimetric analysis. Results show that materials produced from this strategy have a Tg inversely proportional to DO, between 122 and 65 °C, depending on the DO and the modification. This strategy is promising for the synthesis of processable thermoplastic materials from cellulose.

L’objectif de ce travail était d’élaborer un copolymère biodégradable dans le but de développer une endoprothèse biorésorbable. Ainsi, des copolymères de lactide et de glycolide ont été synthétisés par copolymérisation par ouverture de cycle, dans des conditions permettant le contrôle de leurs paramètres macromoléculaires. Après plastification et mise en forme des copolymères par extrusion, l’étude des propriétés mécaniques, à l’état sec et après immersion en milieu aqueux, a été réalisée. Les essais de traction ont permis de vérifier l’importance de la vitesse de sollicitation et d’accéder à certaines grandeurs caractéristiques du matériau. L’étude de la dégradation des copolymères, sous forme de jonc, a mis en évidence un mécanisme de dégradation hétérogène sur une durée en accord avec l’application visée. La plastification par des molécules acides a permis d’accélérer la vitesse d’hydrolyse des copolymères. En conclusion, les propriétés mécaniques et de dégradation des copolymères PDLGA synthétisés sont donc en adéquation avec le cahier des charges de l’application biomédicale. / This work describes the synthesis of biodegradable copolymer to design a bioabsorbable endoprosthesis. Lactide and glycolide-based copolymers were synthesized by ring opening polymerization. Experimental conditions were chosen to produce controlled structures. The study of mechanical properties was performed in dry and wet states. During the tensile experiments, the effect of strain rate was noticed and some characteristics parameters were determined. Hydrolytic degradation of materials was fast and revealed a heterogeneous mechanism. Addition of acidic molecules for plasticizing increased the degradation rate of the copolymers.Mechanical properties and degradation of the PDLGA copolymers are indeed in good agreement with the specifications of this biomedical application.

Les polysaccharides sont l'une des principales options à retenir pour progresser dans l'utilisation ou la conception de polymères renouvelables. Depuis les années cinquante, le développement industriel de ce type de polymères s'était considérablement réduit du fait de l'avènement des polymères synthétiques. Cependant, cet intérêt a cru considérablement ces dernières années en raison de la sensibilisation du public sur la limite des ressources fossiles. Ces biopolymères sont donc devenus un sujet d'importance, tant sur le plan industriel que sur celui de la recherche fondamentale. Toutefois, les systèmes à base de polysaccharides sont le plus souvent transformés via l'utilisation d'importantes quantités de solvants (y compris l'eau), ce qui globalement pénalise le procédé associé en l'affligeant d'une charge environnementale supplémentaire. Par la voie ‘fondue', le développement de polymères thermoplastiques à base de dérivés de la cellulose est un véritable défi, qui concerne autant le mode de transformation de ces systèmes que le niveau des propriétés du matériau final. Pour exemple, la température de dégradation de l'acétate de cellulose (CA) (dont le degré de substitution 2,5 est développé par le Groupe Solvay) est si proche de sa température de fusion que son procédé de mise en oeuvre ne peut être envisagé qu'avec l'ajout d'une quantité importante de plastifiants externes (entre 20 et 30 en poids selon le type d'additif). Le comportement d'un mélange CA-plastifiant est principalement régi par un «réseau» de très fortes interactions polaires, dont la force et la densité dépendent de 3 paramètres spécifiques: le degré de substitution de CA, la typologie de plastifiant et la quantité de plastifiant. Pour expliquer les différents mécanismes de plastification, il est donc important pour nous d'étudier et de comprendre les propriétés dynamiques (en ce qui concerne les phénomènes de relaxation) de ce type de systèmes et comment les trois leviers que nous avons identifiés peuvent influencer ou moduler les différentes interactions échangées dans les mélanges / Polysaccharides are one of the main options to the on-going move towards the use of renewable polymers. The industrial interest in this type of polymers drastically shrunk by the advent of synthetic polymers in the fifties, but is currently reviving due to the public awareness on the limit of fossil resources. These biopolymers are nowadays offering a challenging and industrially profitable playground for researchers. However, current polysaccharides based materials are mostly processed with extensive use of solvents (including water) making the total process an environmental burden despite the advantage of the starting material. Development of thermoplastic cellulose-based materials is very challenging regarding both final material properties and polymer processing. The degradation temperature of Cellulose Acetate (CA) (degree of substitution 2.5) is so close to its melting temperature that it can only be processed with a significant amount of external plasticizers (between 20 et 30 wt.% depending on the type of the additive). Behavior of a CA-plasticizer blend is mainly governed by a ‘network’ of high polar interactions, the strength and the density of which clearly depend of 3 specific parameters: the CA’s degree of substitution, the typology of the plasticizer, the amount of plasticizer. In an attempt to explain the different plasticization mechanisms, it is thus of utmost importance for us to study and understand the dynamic properties (regarding the relaxation phenomena) of this kind of systems and how the three levers that we identified can influence or modulate the different interactions exchanged within the blends

The increasing volume of waste of all kinds is currently a phenomenon of economically developed society and one of the problems of environmental protection. It is therefore imperative, in the interest of sustainable development, to monitor impacts related to the impact on our ecology, to regulate waste production by legislation and universally promote their reuse and recycling. Construction and demolition waste occupy a significant share of the total waste volume. This category also includes excavated soils. Recycling of these materials could significantly reduce the amount of landfilled waste and at the same time, these materials could be used as an important source of secondary raw materials. The doctoral thesis describes the research and development of the new technology of reuse soils in the form of self-compacting grouts. The result of the solution will be a suspension of optimal rheological properties, providing a perfect leaking around the stored utility networks. Emphasis will be placed on the study of the interaction of different types of soils with the stabilizers, flowable or plasticizing additives and its typical dispersible substance, including verification of the developed technology in situ.