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.

En raison des propriétés redox réversibles du ferrocène et de son activité antibactérienne, les polymères à base de ferrocène sont intéressants pour synthétiser de nouveaux liants pour des revêtements anti-adhésifs bactériens. Cette étude rend compte de l’homopolymérisation et de la copolymérisation de monomères méthacryliques porteurs de groupes ferrocényles avec le méthacrylate de lauryle (LM). Le méthacrylate de méthylferrocène (FMMA) mais aussi quatre nouveaux monomères nommés méthacrylate de 2- ferrocénylméthoxyéthyle (FMOEMA), méthacrylate de 3-ferrocénylméthoxypropyle (FMOPMA), 4- ferrocénylméthoxybutyle (FMOBMA) et de 2-ferrocénylméthoxyméthyléthyle (FMOMEMA) ont d’ bord été synthétisés et ensuite polymérisés via le procédé RAFT. Les cinétiques ’homopolymérisation ont été étudiées par RMN 1H in situ. La polymérisation a été contrôlée en utilisant le 2-cyanoprop-2-yl dithiobenzoate (CPDB) comme agent de transfert de chaîne, à 70°C, dans le toluène deutéré. Ces monomères contenant le groupement ferrocényle se sont révélés très réactifs via le procédé RAFT, conduisant à des conversions de 96% et à des polymères de faibles indices de polymolécularité (Ð<1,6). La conversion des monomères suit une cinétique de premier ordre (jusqu’à 80%) avec une augmentation linéaire de la masse molaire en fonction de la conversion en monomère. En utilisant le monomère FMMA comme référence, l’ spacement entre la partie polymérisable et le groupement ferrocényle a été augmenté pour le FMOEMA, FMOPMA, FMOMEMA et FMOBMA afin d’ méliorer la mobilité des groupements latéraux. Cette mobilité se traduit par une diminution notable des températures de transition vitreuse des homopolymères entre le pFMMA et le pFMOBMA. De plus, les copolymères diblocs préparés par voie séquencée présentent deux températures de transition vitreuse spécifiques à chaque bloc, démontrant une incompatibilité de ces derniers. Les propriétés électrochimiques des monomères et celles des polymères ont été caractérisées par voltampérométrie cyclique. Enfin, les propriétés anti-adhésives de ces homopolymères et copolymères diblocs vis-à-vis d’une bactérie marine ont été évaluées. / Due to the reversible redox properties of ferrocene and its antibacterial activity, ferrocenyl-based polymers are useful for the synthesis of new anti-adhesive binders for marine antifouling coatings. This study reports the homopolymerization and copolymerization with lauryl methacrylate of ferrocenyl-based methacrylic monomers. Ferrocenylmethyl methacrylate (FMMA) as well as four novel monomers, namely 2- (ferrocenylmethoxy)ethyl methacrylate (FMOEMA), 3-(ferrocenylmethoxy)propyl methacrylate (FMOPMA),4-(ferrocenylmethoxy)butyl methacrylate (FMOBMA) and 2-(ferrocenylmethoxy)methylethyl methacrylate (FMOMEMA) were first synthesized, and subsequently polymerized by the RAFT process. The homopolymerization kinetics were investigated by in situ NMR. The radical polymerization was controlled by using 2-cyanoprop-2-yl dithiobenzoate (CPDB) as a chain transfer agent, at 70 °C in deuterated toluene. These monomers containing a ferrocenyl moiety with alcoxy linkers were found to be as reactive as FMMA in RAFT polymerization, resulting in conversions of 96% and in polymers with low dispersities (ÐM < 1.6). Monomer conversion follows a first order kinetics (up to 80%) with a linear increase in the molecular mass as a function of the monomer conversion. By using the FMMA monomer as a reference, the length of the alcoxy linker between the ferrocene unit and the backbone was increased for FMOEMA, FMOPMA, FMOMEMA and FMOBMA to improve the mobility of the side groups. This increase in macromolecular mobility led to a significant decrease of glass transition temperatures of the homopolymers. In addition, diblock copolymers exhibited two glass transition temperatures indicating that the two blocks are incompatible. The electrochemical properties of the monomers and those of the polymers were characterized using cyclic voltammetry. Finally, the anti-adhesive properties of these homopolymers and diblock copolymers toward marine bacteria were evaluated.

La microscopie électronique est une technique d'observation qui a la particularité de fournir une image à fort grossissement de plusieurs types de matériaux. Les types de matériaux qui nous intéressent dans ce projet sont les polymères organiques, qu'ils soient de synthèse ou naturels. Nous avons émis l'hypothèse que la dispersion de particules de métaux de transition au travers de ces polymères permettrait d'augmenter leur contraste lors de l'observation par microscopie électronique à transmission. Le projet portera en partie sur les tentatives de synthèse de polyamides, de polyurées et de polyuréthanes. Également, nous présenterons la préparation de complexes entre des diamines et des métaux de transition possédant des contre-ions formates. Ces formates peuvent être utilisés pour disperser des particules de métaux de transition au travers d'un polymère puisque les formates de certains métaux peuvent être chauffés pour obtenir directement le métal réduit. Nous avons également tenté d'utiliser des complexes contenant une diamine comme réactifs de polymérisation. De plus, nous avons observé par microscopie électronique à transmission un polyuréthane contenant une dispersion de particules de cuivre. Le polyuréthane contenait des agrégats de particules métalliques de tailles différentes, mais le contraste de sa structure n'était pas modifié. La cellulose a également été imprégnée par du formate de biséthylènediaminecuivre(II) dissout dans un solvant avant de réduire le complexe en particules métalliques par chauffage. Le contraste de la cellulose a effectivement été modifié et des détails sur sa structure ont été obtenus. Ces détails n'auraient pas pu être obtenus en observant de la cellulose non modifiée. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Amine, Cellulose, Chimie, Complexe, Cuivre, Ethylènediamine, Nickel, Organométallique, Polymère, Polyuréthane, Synthèse, Zinc.

L'incorporation de monomères fonctionnalisés dans la chaine de polyéthylène linéaire permet d'en modifier les propriétés et d'élargir sa gamme d'application. Le meilleur moyen d'y parvenir est par copolymérisation catalytique de l'éthylène avec des monomères polaires. A l'heure actuelle, les catalyseurs les plus efficaces pour réaliser ce type de copolymérisation sont des complexes neutres de palladium de type Pd[P^O]MeL comportant un ligand phosphine sulfonate bidentate ainsi qu'un ligand labile L (pyridine, lutidine, dmso). Cependant, ces catalyseurs présentent des activités catalytiques trop faibles et sont trop couteux pour une éventuelle application industrielle. Le premier objectif de cette thèse était l'élaboration de nouveaux catalyseurs de polymérisation de l'éthylène et de copolymérisation de l'éthylène avec des monomères polaires. Le but était de synthétiser une nouvelle famille de ligands phosphines sulfonate de type R2P(C6H4-o-SO3H) en variant les groupements R puis d'utiliser ces ligands pour préparer les complexes de palladium correspondants . Dans une première étude, une série de phosphines d'aryle sulfonate de type Ar2P(C6H4-o-SO3H, où Ar = phényle (Ph), naphtyle (Np), phénanthryle (Pa) et anthracényle (An) fut préparée. Ces phosphines encombrées furent utilisées pour générer des complexes de palladium de type [R2P(C6H4-o-SO3)PdMe(pyridine)]. Les rendements observés pour la synthèse des catalyseurs correspondants présentent l'ordre suivant : Ph > Np > Pa > An, ce qui ne correspond pas à la basicité des ligands, indiquant ainsi que se sont les facteurs stériques qui influent le plus sur la réactivité de ces phosphines sur l'atome métallique. Ces composés se sont tous avérés efficaces pour catalyser la polymérisation de l'éthylène à 85°C (P = 300psi), avec des activités catalytiques diminuant selon l'ordre : Ph > Np > Pa > An. Les polymères générés sont hautement linéaires. Le catalyseur préparé à partir de la phosphine pour laquelle Ar = Ph est aussi en mesure d'incorporer des monomères polaires comme les acrylates avec des taux d'incorporation pouvant atteindre 15%. Cependant, les trois autres catalyseurs n'ont montré aucune activité en copolymérisation. Dans une seconde étude, l'influence des substituants R de la phosphine sur l'activité catalytique et les masses molaires fut étudiée d'une façon systématique. La phosphine au caractère donneur le plus faible préparée pour cette étude, (C6F5)2P(C6H4-o-SO3H), a présenté une activité très faible pour la polymérisation in situ de l'éthylène en présence de Pd(dba)2 et a produit du polyéthylène de très faible masse molaire (Mw = 1200 g/mol). La phosphine possédant le caractère σ-donneur le plus fort, (tBu)2P(C6H4-o-SO3H) , a présenté une activité très élevé, polymérisant rapidement l'éthylène à température ambiante pour générer un polymère linéaire de haute masse molaire (Mw = 116 000 g/mol). Nous avons démontré de façon claire l'influence du caractère σ-donneur du ligand phosphine sur l'activité catalytique de polymérisation pour ces complexes. Nous avons aussi rapporté que la phosphine (tBu)(Ph)P(C6H4-o-SO3H) est active pour l'incorporation de l'acrylate de méthyle (MA) en quantité importante (jusqu'à 28%) ainsi que pour l'homopolymérisation du MA. Le second objectif de cette thèse était la synthèse de nouveaux catalyseurs de polymérisation de l'éthylène à base de ruthénium, un métal moins couteux que le palladium. Nous avons préparé des complexes de ruthénium contenant des ligands phosphine sulfonate de type Ru[P^O]n et Ru[P^O]2(H2O)2 . Après activation au MAO, ces complexes se sont avérés actifs pour la polymérisation de l'éthylène, générant du polyéthylène réticulé de très hautes masses molaires (Mn = 610 000 g/mol). Les activités observées peuvent atteindre 2200 moles d'éthylène par mole de ruthénium. Ce système catalytique permet aussi la copolymérisation de l'éthylène avec le 1-hexène ainsi que le norbornène comme démontré par le faible point de fusion des copolymères formés. Cependant dû à la nature insoluble des copolymères obtenus, le taux d'insertion est difficile à déterminer. ______________________________________________________________________________ MOTS-CLÉS DE L’AUTEUR : Polymérisation, éthylène, palladium, ruthénium, phosphines, oléfines, acrylates.

A stable aqueous nanocomposite dispersion containing cellulose whiskers and a polymer matrix was prepared via miniemulsion polymerization. We were able to prepare a stable dispersion with a 250 wt % solid content and a cellulose whiskers content ranging from 1 up to 5 wt % based on polymer content. Cellulose nanocrytals suspension was mixed with monomers phase in presence of anionic or cationic surfactant and a stabilizing additive acting as a hydrophobe. After sonication for a short time to obtain a stable emulsion of small droplet polymerisation reaction was trigged by the addition of the initiator. The nanocomposite dispersion was characterized using dynamic light scattering, ζ-potential measurement, transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM) and FE-SEM. It was found that the particle size of the prepared suspensions is in the range of 90-600 nm, and the final nanocrystals composite is stable for months.Films obtained by casting followed by water evaporation and particle coalescence were analyzed by differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis, and tensile testing. The nanocomposite maintained high transparency, and their storage elastic modulus increased tediously with the increasing nanowhiskers content. / Des dispersions de nanocomposites stables à matrice polymérique et à base de whiskers de cellulose ont été préparées par polymérisation en miniémulsion, dont on peut atteindre 5 % en masse. Ce procédé permet d’obtenir une distribution homogène des nanofibres autour des particules de polymère, et empêche ainsi les risques d’agglomération.La caractérisation de ces dispersions a été réalisée en recourant à divers techniques comme la diffusion dynamique de la lumière, zetamètrie, le microscope électronique à transmission (MET), à force atomique (AFM) et à effet de champs. Nous avons montré que l’accroissement du taux de nanoparticules s’accompagne par une augmentation de la taille des particules de polymères.Les propriétés des films de nanocomposites, obtenus après évaporation de l’eau et coalescence des particules ont été analysées par calorimétrie différentiel à balayage (DSC), analyse mécanique dynamique (DMA) et par essai de traction.

Une grande partie des matériaux plastiques produits chaque année dans le monde est encore enfouie après leur utilisation, constituant une source sérieuse de pollution pour la planète. Depuis plusieurs décennies, la synthèse de polyesters biodégradables par polymérisation par ouverture de cycle d'esters cycliques issus de la biomasse comme le lactide connait un intérêt croissant tant de la part du milieu industriel que de la communauté scientifique. Malgré de très nombreux systèmes catalytiques décrits, certains métaux restent relativement peu étudiés à ce jour. Le but de cette thèse a été de synthétiser et d'étudier les propriétés de polymérisation d'amorceurs basés sur du cobalt et fer (II) présentant potentiellement une géométrie bipyramidale trigonale, peu étudiée pour des métaux divalents. Les différents systèmes obtenus se sont révélés actifs à température ambiante et ont permis d'obtenir des polymères présentant des tacticités très diverses en fonction de l'encombrement du pro-ligand ainsi que du métal utilisé avec de très bonnes activités et de manière contrôlée. Les complexes de fer ont ainsi permis d'obtenir de manière inédite des PLA fortement isoenrichis (Pm = 0,86-0,91). En outre, les complexes de cobalt (II) ont permis d'obtenir également de manière inédite des polymères iso- ou hétéroenrichis (constituant donc deux nouveaux cas modestes d'inversion de sélectivité, en fonction du centre métallique ou du ligand utilisé). Ces amorceurs constituent un bon point de départ pour le développement de systèmes productifs pour la polymérisation stéréosélective du rac-lactide basés sur un métal non toxique et abondant ainsi que des ligands facilement accessibles. / A large part of the plastic materials produced every year in the world are disposed in landfill, representing a serious menace for the environment. Since several decades, industrial and academic scientists are interested in the synthesis of biodegradable polyesters via the ring opening polymerization of biobased cyclic esters like lactide. Despite a large number of initiators described in the literature, several metals remains not well studied. The goals of this thesis were to synthetize and study the polymerization properties of new iron and cobalt (II) initiators with a trigonal bipyramidal geometry. The different initiators were active at room temperature and polymers with a large variety of tacticity were obtained depending on the steric hindrance of the pro-ligand and the metallic center used, with very good activity and in a controlled manner. Highly isotactic-rich PLA (Pm = 0,86-0,91) were obtained with iron (II) based initiators for the first time. Moreover, cobalt (II) initiators gave isotactic and heterotactic-rich PLA with moderate selectivity, constituting two new cases of stereoselectivity switch. These initiators constitute a good starting point for the development of new productive initiators for the stereoselective polymerization of rac-lactide based on non-toxic and abundant metals and easily accessible pro-ligands.

Le travail réalisé au cours de cette thèse est le fruit d’une collaboration étroite entre une équipe de l’Université du MAINE et la société ASHLAND qui est spécialisée dans la synthèse de polymères.Le sujet de cette thèse concerne la synthèse d’un polymère biomimétique de la gélatine afin de l’engager dans un procédé de coacervation complexe permettant l’encapsulation de principes actif ou de colorants.La micro-encapsulation est une méthode permettant d’envelopper de petites particules individuelles ou de gouttelettes dans une couche protectrice de polymères. Largement utilisée en pharmacie, agroalimentaire, cosmétique, les biotechnologies, le phénomène d’encapsulation nécessite la protection des matières et de contrôler la libération de l’actif.Parmi les nombreux procédés d’encapsulation existant, nous nous sommes particulièrement orientés vers une méthodologie de coacervation complexe.Cette dernière est basée sur la complexation entre deux polyélectrolytes de charges opposées. Ainsi, cette technique requiert un polymère anionique et un polymère cationique qui interagissent ensemble (interactions électrostatiques, liaisons hydrogène…) pour former des coacervats.Un des systèmes les plus utilisés de la coacervation complexe est le système gomme d’acacia avec la gélatine en raison de leur abondance et de leur biodégradabilité. Cependant, à cause de son origine animale, l’objectif du travail a consisté à remplacer la gélatine dans le processus d’encapsulation. Pour ce faire, nous avons synthétisé plusieurs polymères spécifiques à partir de différents monomères méthacryliques / méthacrylamides permettant la coacervation et ensuite la réticulation des coacervats formées. Dans un premier temps, nous avons créé une approche permettant de déterminer les conditions optimales de formation des coacervats (le pH d’encapsulation, le ratio de polymère, la force ionique) par potentiel zêta, mesure de la turbidité et par spectroscopie infra-rouge. Par la suite, des essais d’encapsulation avec plusieurs polymères anioniques ont permis de confirmer que la méthodologie établie précédemment était adéquate. Ensuite, un test de réticulation a été réalisé à l’aide d’agents de réticulation afin de rigidifier les parois des coacervats. Enfin, des analyses de force de rupture et de stabilité dans des détergents standards ont été réalisées afin de valider l’application de ces capsules en cosmétique. / The work realized during the last three years CIFRE PhD program consist in a collaborative research between a polymer team of the University of LE MANS and ASHLAND company which the first goal is the synthesis of polymers.The aim of this thesis is the synthesis of biomimetic polymers of the gelatin which were further engaged in the process of encapsulation by complex coacervation.Micro-encapsulation is an effective method of wrapping small individual particles or droplets in polymers protective coating widely used in the fields of food, pharmaceutics, cosmetics, pesticides, biotechnologies. The encapsulation phenomenon target is to protect functional materials and control its release. Among many existing processes, we particularly focused our attention on complex coacervation to produce microcapsules. Complex coacervation is a methodology based on the complexation between two oppositely charged polymers as polyelectrolyte. Thus, this technique requires one anionic and one cationic polymer which are capable to interact together (through electrostatic attractions, hydrogen bond) to form coacervats. One of the most used systems for complex coacervation is the gelatin / acacia gum system. These two natural polymers are widely used as wall material for the capsules due to their abundance and biodegradability. However, gelatin polymer needs to be replaced in the encapsulation process due to its animal origin. In order to substitute gelatin by synthetic polymers in the complex coacervation process, we synthesized several polymers from various monomers authorizing coacervation and further crosslinking. Firstly, we stetted up an approach allowing the evaluation of the optimal conditions of coacervation (pH, ratio, ionic strength) by zetâ potential, and infra-red analysis.Furthermore, encapsulation tests with several anionic polymers were performed which tended to confirm that the methodology was appropriate. Moreover, a test of crosslinking was successfully realized using crosslinkers in order to rigidify coacervats walls. Finally, break strength analysis and the stability in surfactants were conducted to validate the process for cosmetic applications.

Abstract: Owing to the light-induced switching between their trans- and cis-isomers, azobenzenes display a wide range of applications including stimuli-responsive polymers, acid-base indicators, colorful systems, liquid crystals, and bio-medicals. In the past decades, much research on azobenzenes has been carried out and they have become a growing research topic. Particularly, the synthetic methodology of azobenzene derivatives has become mature. However, a general synthetic method of furnishing the bis- and tris-azobenzene compounds in one step is still lacking, and the study of bis-azobenzene is nearly blank including the solution properties and applications. In this thesis, we focus on the design, and preparation of bis-, tris- and small cyclic azobenzene derivatives; followed by a further investigation of their properties in solution. We also explore the preparation and applications of azobenzene-based stimuli-responsive polymeric materials. The first chapter describes an efficient strategy for the synthesis of bis- and tris-azobenzene derivatives. In this synthetic pathway, the bis- and tris-azobenzenes could be obtained in one pot, together with mono-azobenzene side products. By modifying the reaction conditions, the yields of the azobenzene compounds were mainly dependent on the substituents on the phenols and diazonium salts, and the molar ratio of starting materials. Compared with the unsubstituted aniline, the use of anilines with electron-withdrawing groups, leading to electron-deficient diazonium salts, favors the formation of mono-azobenzenes, rather than bis-azobenzenes. Whereas, anilines with electron-donating groups are not efficient during the first step leading to the formation of mono-azobenzene and thus favor the generation of bis-azobenzenes. Large amounts of anilines (over two-fold and three-fold excess), are the best choice to obtain bis- and tris-azobenzenes in good yields. In Chapter 2, we describe a novel method for the cyclization of mono- and bis-azobenzenes without ultraviolet light to form seven-membered heterocycles. The starting materials contain ortho-fluoro atom and ortho-phenol groups on the phenyl rings of the azobenzene systems. The role of the fluoro substituent is twofold. It promotes the stability of the cis-form of the azobenzene and it acts as a leaving group when its carbon atom neighbor is attacked by the phenolate. The nature of solvents was found to have a pronounced effect on the spontaneous cyclization reaction by stabilizing the  intermediate complex. The cyclization rate could be accelerated under the UV irradiation and by using more polar solvents. Due to the competing keto-enol tautomerizations and cyclizations, we observed complicated changes in UV-vis absorption and color of solutions over time. It was revealed that, for ortho-hydroxyl azobenzenes with ortho-fluorine atom in polar solvents, the trans-to-cis isomerization and cyclization happened under daylight, and keto-enol tautomerization occurred in the dark. In Chapter 3, we studied a class of novel dual-responsive (photo- and thermo-) copolymers by modifying Poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) with bis-azobenzene moieties. The copolymers were prepared from a free radical copolymerization of N-isopropylacrylamide (NIPAM) and bis-azobenzenes bearing electron-donating or electron-accepting substituents. It was found that bis-azobenzene moieties could influence the cloud point of aqueous copolymer solution due to the photoisomerization of bis-azobenzenes and the conformation of polymer chain upon the photoreactions. Varying substituents on bis-azobenzene moieties, the copolymer solutions displayed an opposite cloud point shift after the photoreactions of the chromophores. When the substituents on azobenzene have push-pull feature, the polymer chains prefer aggregation after UV irradiation, which decreases the cloud point. By contrast, the cloud point shifts to higher temperature upon UV light irradiation when the bis-azobenzenes bears the donors, which is caused by cis-isomer being more hydrophilic than the trans-isomer. However, the effect of photoisomerization of azobenzene on the cloud point shift appears to be greater on PNIPAM containing mono-azobenzene pendent groups. / En raison de la commutation induite par la lumière entre leurs isomères trans et cis, les azobenzènes affichent une gamme étendue d'applications. On y retrouve des polymères sensibles aux stimuli, des indicateurs acido-basiques, des systèmes colorés, des cristaux liquides et des matériaux aux applications biomédicales. Dans les dernières décennies, de nombreuses recherches sur les azobenzènes ont été menées et ils sont devenues un sujet de plus en plus important. En particulier, la méthodologie de synthèse des dérivés d'azobenzène est devenue mature. Cependant, une méthode synthétique générale pour l’obtention des composés bis- et tris-azobenzène en une seule étape est encore manquante, et l'étude du bis-azobenzène est presque vierge, y compris les propriétés et les applications en solution. Dans cette thèse, nous nous concentrons sur la conception et la préparation de bis-, tris- et de petits dérivés cycliques de l'azobenzène. Ce premier volet est suivi d'une étude plus poussée de leurs propriétés en solution. Nous explorons également la préparation et l'application de matériaux polymères d'azobenzène, réagissant à plusieurs stimulations. Le premier chapitre décrit une stratégie efficace pour la synthèse des dérivés bis- et tris-azobenzène. Dans cette voie de synthèse, les bis- et tris-azobenzènes peuvent être obtenus dans un pot réactionnel, avec des produits secondaires mono-azobenzène. En modifiant les conditions de réaction, les rendements des composés azobenzène dépendent principalement des substituants sur les phénols et les sels de diazonium, et du rapport molaire des produits de départ. Par rapport à l'aniline non substituée, l'utilisation d'anilines avec des groupes électroattracteurs, conduisant à des sels de diazonium déficients en électrons, favorise la formation de monoazobenzènes plutôt que de bis-azobenzènes. En revanche, les anilines à groupements donneurs d'électrons ne sont pas efficaces au cours de la première étape conduisant à la formation de monoazobenzènes et favorisent ainsi la génération de bis-azobenzènes. De grandes quantités d'anilines (excès de plus de deux et trois fois) sont le meilleur choix pour obtenir des bis- et tris-azobenzènes avec de bons rendements. Dans le chapitre 2, nous décrivons une nouvelle méthode de cyclisation des mono- et bis-azobenzènes, sans lumière ultraviolette, pour former des hétérocycles à sept chaînons. Les produits de départ contiennent des groupes ortho-fluoro et orthophénol sur les cycles phényle des systèmes azobenzène. Le rôle du substituant fluoro est double. Il favorise la stabilité de la forme cis de l'azobenzène et agit comme un groupe partant lorsque son atome de carbone voisin est attaqué par le phénolate. La nature des solvants s'est avérée avoir un effet prononcé sur la réaction de cyclisation spontanée en stabilisant le complexe intermédiaire . La vitesse de cyclisation peut être accélérée sous l'irradiation UV et en utilisant des solvants plus polaires. En raison des tautomérisations céto-énol et des cyclisations en compétition, nous avons observé que l’évolution des spectres d'absorption UV-vis et de la couleur des solutions au fil du temps était compliqué. Il a été révélé que, pour les ortho-hydroxyl azobenzènes avec un atome d'ortho-fluor dans les solvants polaires, l'isomérisation et la cyclisation trans-cis se produisaient à la lumière du jour et que la tautomérisation céto-énol se produisait dans l'obscurité. Dans le chapitre 3, nous avons étudié une classe de nouveaux copolymères biosensibles (photo- et thermo-) en modifiant le poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) avec des portions bis-azobenzène. Les copolymères ont été préparés à partir d'une copolymérisation radicalaire de N-isopropylacrylamide (NIPAM) et de bis-azobenzènes portant des substituants donneurs ou accepteurs d'électrons. Il a été constaté que les fragments bis-azobenzène pouvaient influencer le point de trouble de la solution aqueuse de copolymère en raison de la photoisomérisation des bis-azobenzènes et de la conformation de la chaîne polymère lors des photoréactions. En changeant les substituants sur les fragments bis-azobenzène, les solutions de copolymères présentaient un décalage du point de trouble opposé après les photoréactions des chromophores. Lorsque les substituants sur l'azobenzène ont une influence «push-pull», les chaînes polymères préfèrent l'agrégation après l'irradiation UV, ce qui diminue le point de trouble. En revanche, le point de trouble passe à une température plus élevée lors de l'irradiation par la lumière UV lorsque les bis-azobenzènes portent des donneurs, ce qui est dû au fait que l'isomère cis est plus hydrophile que l'isomère trans. Cependant, l'effet de la photo-isomérisation de l'azobenzène sur le décalage du point de trouble semble être plus important sur les groupes pendants mono-azobenzène contenant du PNIPAM.

Piezotech, une start-up rachetée en 2010 par le leader français de la chimie, Arkema, développe et commercialise des copolymères fluorés électroactifs (EAPs). Ces copolymères présentent un grand intérêt pour des applications dans l’électronique imprimée, les capteurs, les actionneurs, les muscles artificiels, et le stockage de l’énergie. Les copolymères à base de fluorure de vinylidène (VDF) et de trifluoroéthylène (TrFE) possèdent les meilleures propriétés piézoélectriques et ferroélectriques (FE) parmi les polymères existants. L’introduction d’un termonomère, tel que le 1,1-chlorotrifluoroéthylène (CFE) ou le chlorotrifluoroéthylène (CTFE), modifie la conformation de la chaine polymère et change le comportement du matériau en relaxeur ferroélectrique (RFE). Le travail de thèse s’inscrit dans la recherche de nouveaux EAPs fluorés et la compréhension des relations structure-propriétés de ces matériaux. Après l’étude de la cinétique de copolymérisation avec le VDF et le TrFE de différents termonomères porteurs de groupements CF3, les terpolymérisations ont été examinées. Dans une première partie, le trans-1,3,3,3-tetrafluoropropène (1234ze), un termonomer qui n’homopolymérise pas, a été étudié. Des terpolymères de composition homogène ont été synthétisés. Ensuite, le 3,3,3-trifluoropropène (TFP) et le 2,3,3,3-tetrafluoropropène (1234yf) ont été terpolymérisés avec le VDF et le TrFE. Bien que les terpolymérisations batch amènent à une forte dérive de composition, un procédé de polymérisation en suspension en semi-continu a permis d’obtenir une meilleure homogénéité. Les propriétés thermiques et électroactives de tous les terpolymères ont été caractérisées. Dans une dernière partie, l’introduction d'une faible quantité d’un monomère fonctionnel (2-(trifluorométhyl) acide acrylique, MAF), dans les chaines du copolymère poly(VDF-co-TrFE), a permis une amélioration des propriétés d’adhésion sur le verre et le métal sans altérer les propriétés électroactives. L’étude des terpolymérisations avec le VDF, le TrFE et un termonomère porteur d’un groupement CF3 a contribué l’amélioration de la compréhension des relations structure-propriété dans les EAPs fluorés. En particulier, il a été montré que la réduction de la taille des cristaux n’est pas une condition suffisante pour obtenir un caractère RFE. / Piezotech, a start-up acquired in 2010 by the French leader in Chemistry, Arkema, develops and commercializes fluorinated electroactive copolymers (EAPs). These copolymers arouse a significant interest in printed electronics, printed memories, sensors, actuators, artificial muscles, and energy storage devices. Vinylidene fluoride (VDF) and trifluoroethylene (TrFE) -based copolymers are the polymers exhibiting the highest piezoelectric and ferroelectric (FE) properties. The introduction of a third slightly bulkier termonomer such as 1,1-chlorofluoroethylene (CFE) or chlorotrifluoroethylene (CTFE) was shown to modify the polymer chain conformation and change their electroactive behaviors into those of relaxor ferroelectric (RFE) materials. This PhD work aimed to discover new fluorinated EAPs and to better understand their structure-properties relationships. After the study of the kinetics of copolymerization of various CF3-bearing termonomers with VDF and TrFE; the terpolymerizations were investigated. First trans-1,3,3,3-tetrafluoropropene (1234ze), a non-homopolymerizable termonomer, was studied. Terpolymers with homogeneous compositions were synthesized. Then, 3,3,3-trifluoropropene (TFP) and 2,3,3,3-tetrafluoropropene (1234yf) were terpolymerized with VDF and TrFE. Although batch terpolymerizations resulted in terpolymers with strong compositional drift, the semi-continuous suspension process afforded better homogeneity. The thermal and electroactive properties of all the terpolymers were characterized. Finally, the introduction into poly(VDF-co-TrFE) copolymer chains of small amounts of a functional monomer (2-(trifluoromethyl)acrylic acid, MAF) allowed an increase of the adhesion properties onto glass and metal substrates without altering the electroactive properties. The study of the terpolymerizations of VDF, TrFE and a CF3-bearing termonomer contributed to a better understanding of the structure-properties relationships in fluorinated EAPs. Notably, the reduction of the crystal size was shown to be insufficient to afford RFE properties.

La réactivité du diisopropylaminoborane en présence d'amines secondaires et primaires est étudiée. Cette réactivité dépend des conditions opératoires mises en jeu et l'issue de la réaction peut être contrôlée par la stœchiométrie aussi bien que par la température. Le diisopropylaminoborane s'avère être un réactif particulièrement efficace comme agent de transfert de groupement "BH2". Le mode de transfert est rationalisé par une étude mécanistique complète et corroboré par une étude théorique. Le pilotage de la réaction par la température permet l'obtention de polyalkylaminoboranes. Les polymères obtenus par cette voie font l'objet d'une étude plus approfondie tant pour leur synthèse que pour leur caractérisation ou leur potentiel synthétique. / The reactivity of the diisopropylaminoborane in the presence of primary and secondary amines were studied. This reactivity depends on the chosen operatory conditions and the outcome of the reaction can be controlled by the stoichiometry and by the temperature. The diisopropylaminoborane shows itself as an efficient "BH2" transfer reagent. The reaction pathway is investigated by a full mechanistic study, with the help of a theoretical approach. The control of the reaction by the temperature allows the obtention of polyalkylaminoboranes. These polymers were the subject of a deeper study, involving their synthesis, characterization and synthetic potential.