Dissertations / Theses on the topic 'Nanomatériaux hybrides silice / polymère'

Depuis une décennie, dans le domaine de la nanomédecine, les recherches s’orientent de plus en plus vers l’élaboration de nanomatériaux multifonctionnels avec l’espoir d’améliorer la précision des diagnostics ou encore l’efficacité des traitements à mettre en place. Dans ce contexte, notre travail visait à mettre en œuvre des nanoparticules hybrides Au@SiO2 de type cœur-coquille associant les propriétés photothermiques de la phase métallique à la fonction délivrance de médicaments du réseau inorganique poreux. Avec le greffage d’obturateurs organiques à l’entrée des pores de la silice, ces assemblages deviennent dès lors de véritables nanosystèmes « mécanisés ». La première partie du travail a donc concerné la synthèse du cœur du nanomatériau (nanoparticules d’or creuses appelées « nanoshells ») réalisée par un procédé de remplacement galvanique. L’influence des paramètres de synthèse sur la morphologie et la structure, sur l’état de surface ainsi que sur les propriétés optiques des nanoparticules a été largement discutée ici. Après la coupe transverse des nanoshells ainsi élaborées, les techniques d’analyse de surface (XPS, AES) ont permis de préciser la formation d’un alliage Ag-Au de composition hétérogène. L’élaboration d’une coquille de silice mésoporeuse autour des cœurs métalliques a ensuite été réalisée. Après avoir démontré le potentiel de ces nanoparticules pour le confinement moléculaire, les nano-objets Au@SiO2 ont finalement été fonctionnalisés par des assemblages supramoléculaires constitués d’un diaminoalcoxysilane (greffé à la surface) en interaction avec un macrocycle. Le couplage spécifique des techniques XPS et RMN a permis de caractériser précisément la fonctionnalisation. Une ouverture à ce travail a été initiée vers des systèmes davantage biocompatibles avec l’élaboration cette fois-ci d’une coquille hybride polymère/silice. Une première série de tests in vitro a permis d’explorer l’impact et l’interaction des nanoparticules avec des cellules de type HaCaT et a montré tout le potentiel de la poly-L-lysine dans cette approche. Cette étude originale propose de nouvelles informations dans l’étude des systèmes nanostructurés avec une caractérisation physico-chimique appropriée qui signale l’importance des phénomènes aux interfaces au sein de l’architecture hybride. Les perspectives visent maintenant à une optimisation fonctionnelle de ces nano-objets pour des applications en nanomédecine<br>Nowadays, in the field of nanomedecine, the major challenge is to design multifunctional nanomaterials in order to improve diagnosis and treatment efficiency. In this context, our work has concerned the conception of hybrid Au@SiO2 core-shell nanoparticles combining the photothermal properties of the gold core and the drug delivery function associated with the inorganic porous network. The entrance pore functionalization with gatekeepers leads finally to mecanized nanosystems. The first part of the work has concerned the core material synthesis (hollow gold nanoparticles called « nanoshells ») which has been achieved by a galvanic replacement reaction. The influence of synthesis parameters on the structure, the morphology and on the optical properties has been studied. Moreover, the analysis of a nanoparticle cross-section by XPS and AES has evidenced the formation of a heterogeneous Ag-Au alloy. Then, the growth of a mesoporous silica shell on the metal cores has been conducted leading to Au@SiO2 nanomaterials. After demonstrating the potential of these core-shell nanoparticles for hosting molecules, the nano-objects have been functionalized with supramolecular nanovalves based on a diaminoalkoxysilane (grafted on the silica surface) interacting with a macrocycle. The combination of XPS and NMR allowed us to characterize precisely the functionalization. In a last section, we have been interested in the design of biocompatible systems with the elaboration of a hybrid polymer/silica shell. The in vitro effect and interaction of nanoparticles with HaCaT cells have been studied; the first results have demonstrated a real interest for using poly-L-lysine in these systems. This original study offers new details about the physico-chemical characterization of nanostructured systems which highlights the important role of interfaces in hybrid materials. The perspectives will concern the optimization of the synthesized nanosystems for direct nanomedicine applications

Grâce à leurs propriétés exceptionnelles, les nanomatériaux hybrides occupent une place de plus en plus importante dans notre vie quotidienne et couvrent des secteurs d'activité très variés tels- que la construction, le biomédical ou la cosmétique. La très grande majorité des travaux portant sur la synthèse de ces matériaux hybrides est conduite en solvant organique. Afin d'élargir le champ d'application de ces objets et de manière à répondre aux exigences environnementales actuelles, nous avons choisi d'étudier la synthèse de particules hybrides (silice/polymère) en phase aqueuse et sans amorceur libre. Cette étude a également pour vocation d'apporter une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu lors d'une réaction de polymérisation effectuée depuis la surface des particules de silice. Nous avons, dans un premier temps, synthétisé des nanoparticules de silice greffées par des amorceurs de Polymérisation Radicalaire Contrôlée. Ces particules ont été caractérisées par RMN et par Diffusion de Neutrons, afin de déterminer de manière précise et univoque, le greffage des amorceurs à la surface des particules. Ensuite nous avons conduit la polymérisation du méthacrylate de diméthylaminoéthyle à la surface des particules, sans ajout d'amorceur libre. Malgré une légère agrégation des particules lors de la polymérisation, l'analyse par DNPA des particules montre clairement la présence d'une couronne de polymères à la surface des particules en phase aqueuse. <br />A notre connaissance, il s'agit du premier exemple d'une polymérisation amorcée depuis la surface de nano-particules de silice en phase aqueuse.

Nous étudions les relations structure/propriétés d'hydrogels contenant des nanoparticules inorganiques. Les interactions spécifiques existant entre le poly(N,N-diméthylacrylamide) et des nanoparticules de silice sont à l'origine d'un fort renforcement mécanique des hydrogels, tant en termes de raideur que de résistance à la fracture. L'impact de l'introduction de nanoparticules de silice a été étudié d'un point de vue structural, thermodynamique et mécanique. Une étude détaillée des propriétés mécaniques des hydrogels hybrides à différentes échelles de temps a révélé une forte dépendance à la vitesse de sollicitation. Une modélisation du caractère viscoélastique de tels réseaux hybrides a été proposée et confrontée aux résultats expérimentaux, visant à décrire le comportement de ces doubles réseaux. Par ailleurs, une étude par techniques de diffusion de la lumière a été menée afin de caractériser la dynamique des nanoparticules de silice au sein des réseaux de polymère gonflés. Il a été démontré que le renforcement général des propriétés des hydrogels par les nanoparticules de silice est contrôlé par la dynamique de l'association PDMA/silice.

Pour le renforcement mécanique du caoutchouc et des polymères, l'utilisation de charges de renfort très petites (nanométriques) est prometteuse, mais l'interface et la compatibilité polymère/charge de renfort (carbone, silice) sont d'autant plus importantes. Nous optimisons la compatibilité en greffant le polymère sur des nanoparticules de silice. Le travail premier est une synthèse chimique :- en greffant un amorceur, nous conduisons une polymérisation radicalaire par transfert d'atome(ATRP), contrôlée, à partir de la surface, pour le styrène et le méthacrylate de n-butyle. - un suivi cinétique par Diffusion des Neutrons aux Petits Angles (DNPA), permet: en annulant le signal du polymère, d'observer l'agrégation (faible) de la silice; en extinction du cœur de silice, d'observer la croissance de la couronne de polymère. - la modélisation du signal DNPA par des sphères chevelues à cœur polydisperse et couronne de chaînes d'épaisseur bien définie, en accord avec les analyses chimiques (masse des chaînes, densité d'amorceur). Puis nous incorporons ces particules dans des films de polymère que nous déformons mécaniquement. Le renforcement est important au-delà de 5%v de silice, et les films restent transparents. - en matrice non deutériée, nous observons par DNPA la structure de la silice(agrégation), que nous relions au renforcement, et suivons le déplacement des particules et des agrégats. - en matrice deutériée, le contraste avec les chaînes greffées donne accès à la structure de la couronne dans le film de polymère. La déformation à petite échelle des chaînes greffées, non affine, se décrit par le modèle de "réseau fantôme développé pour les caoutchoucs<br>For mechanical reinforcement of rubber and polymers, very small (nanometer) filler particles are promising, but interface and compatibility between polymer and filler (carbone, silica) become drastically important. We optimise the compatibility by grafting polymer on silica nanoparticles. The first work is a chemical synthesis:- by grafting the polymerisation initiator on the silica surface, we conduct a controlled radicalar polymerization (Atom Transfer, ARP), for styrene and n-butyle methacrylate (MABu). - a kinetic monitoring by Small Angle Neutron Scattering (SANS) permits: (i) by suppressing the polymer signal, to observe the (weak) aggregation of silica; by suppressing the silica scattering, to observe the growth of the polymer coronna. - modelisation of the SANS signal by hairy spheres with polydisperse core and a chain coronna of well defined thickness, in agreement with chemical analysis (chain molecular mass, initiator density). Then we incorporate the grafted particles inside polymer films which we deform mechanically:- reinforcement is large beyond 5%v silica, while films stay optically clear. - when the matrix polymer is the same as the grafted one, SANS gives the spatial arrangement of silica particles cores (i. E. How aggregated), which we correlate with reinforcement, and we can follow, under deformation, the displacement of individual particles and aggregates. - when the matrix polymer is deuterated, this creates a contrast with the chains and the corona is seen. The deformation at small scale of grafted chains, which is not affine, is described by the phantom network model of rubber elasticity

La Microscopie Electronique en Transmission (MET) et la nano-analyse ont été appliquées à la caractérisation et la compréhension des structures de nano-composites hybrides organique-inorganique avec une seconde phase particulaire (PHEMA-Si02 / type 1 : nanoparticules préformées, et PUA-TMSM) ou non-particulaire (SG-30 ou PHEMA-Si02 1 type 2 : sol-gel). Dans le cas de matériaux du premier groupe, la MET Conventionnelle a apporté des renseignements quantitatifs concernant la morphologie et la répartition de la seconde phase, par application d'une méthodologie d'imagerie en conditions de grande défocalisation, qui met à profit les effets de Fresnel pour améliorer la mise en contraste des nana-particules vitreuses au sein de la matrice également non-cristalline. Néanmoins, la modification des tailles apparentes des objets dans ces conditions a nécessité une modélisation adéquate de tels effets, sur la base d'une approche cinématique, rapide et simple à mettre en œuvre. Un algorithme numérique spécifique a été développé pour permettre un traitement semi-automatique d'un grand nombre de particules observées expérimentalement ; des histogrammes de taille 'réelle' probants ont ainsi pu être obtenus. Dans le cas des hybrides non-particulaires, l'absence de contraste en MET Conventionnelle a nécessité de développer d'autres approches. Des clichés de diffraction électroniques, traditionnels ou 'filtrés' par un spectromètre de Pertes d'Energie des Electrons Transmis, ont permis, par comparaison d'une part avec des clichés expérimentaux de silice vitreuse, et d'autre part avec des clichés simulés à partir d'un 'Réseau Continu Aléatoire' (CRN), de confirmer que la seconde phase est structurellement très proche de la silice vitreuse. En ce qui concerne la morphologie de cette phase, nous avons pu compléter les résultats parcellaires antérieurs de Diffusion de Rayons-X aux Petits Angles (SAXS) par une modélisation géométrique de la structure polymère-silice, sur la base de l'hypothèse d'un « réseau bicontinu ». Les images de Haute Résolution, expérimentales et simulées, ont été numériquement comparées dans l'espace Fourier, pour aboutir à paramétrer le modèle géométrique du nanocomposite, et confirmer la taille nanométrique de la seconde phase, constituée de 'nana-cylindres' de 1. 5 à 2 nanomètres<br>Transmission Electronic Microscopy (TEM) and nano-analysis have been applied to the characterization and the understanding of the structures of organic-inorganic hybrid nano-composites with particles (PHEMA-Si02 1 type 1: preformed nano-particles, and PUATMSM) or without particles (SG-30 or PHEMA-Si02 1 type 2: sol-gel). In the case of the first class of materials, Conventional TEM (CTEM) has brought quantitative information concerning the morphology and the distribution of the second phase, by application of a methodology of imaging in large defocusing conditions, which optimizes the Fresnel effects in order to improve the contrast of the vitreous nano-particles within the matrix, which is also non-crystalline. However, the modification of the apparent sizes of the objects under these conditions has required an adequate modeling of such effects, on the basis of a kinematical approach, which has been proved to be fast and simple to implement. A specific numerical algorithm has been developed to allow semi-automatic processing of a great number of particles observed in experimental micrographs ; representative histograms of 'real' size have thus been obtained. In the case of hybrids without particles, the absence of contrast in CTEM has required to develop other approaches. Electron diffraction patterns, either traditional or 'filtered' by an Electron Energy-Loss Spectrometer, have allowed, by comparison on the one hand with experimental patterns of vitreous silica, and on the other hand with patterns simulated from a Continuous Random Network (CRN), to confirm that the second phase is structurally very close to vitreous silica. With regard to the morphology of this phase, the former relative results of Small Angle X-ray Scattering (SAXS) have been completed by a geometrical modeling of the polymer-silica structure, on the basis of a 'bi-continuous network' assumption. Experimental and simulated High Resolution images have been numerically compared in the Fourier space, in order to determine the geometrical parameters of the model of the nano-composite, and to confirm the nano-metric size of the second phase, made of “nana-cylinders” from 1. 5 to 2 nanometers in diameter

L’objectif de cette étude est la génération in situ de charge inorganique fonctionnalisée en matrice polymère fondu au cours du procédé d’extrusion. Cette approche est une alternative à la synthèse de nanocomposites par dispersion de charges de silice préformées. La synthèse développée dans ce travail est basée sur les réactions d’hydrolyse-condensation d’un précurseur alcoxysilane fonctionnalisé par un groupement phosphonate qui permet d’envisager des propriétés d’ignifugation au polyamide 6. La formation du réseau inorganique fonctionnalisé est réalisée sans solvant en une seule étape au cours du procédé d’extrusion. Une approche en milieu modèle a tout d’abord été développée, montant que l’environnement chimique amide ainsi que les hautes températures étaient favorables à cette synthèse. Ensuite ces réactions ont été transférées du milieu liquide à la matrice polymère fondu. L’analyse chimique et les caractérisations morphologiques ont mis en évidence la formation de nanocomposites fonctionnalisés PA6/silice phosphorée. Enfin l’étude des propriétés anti-feu de ce nanocomposite a mis en avant une nette amélioration de la tenue au feu avec un taux de phosphore faible de 2% massique montrant l’intérêt de disperser la fonction ignifugeante à l’échelle nanométrique par cette approche originale<br>This work presents an unusual approach to prepare a new flame retarded PA6 containing phosphorylated silica formed in situ during extrusion process. This nanocomposite is based on sol-gel method without solvent through reactive processing. A first fundamental point was to evaluate the kinetics and the structure of the inorganic species by carrying out these sol-gel reactions in a model medium of PA6 which is N-methyl acetamide. Thus, it was evidenced that the amide medium is advantageous to perform these reactions. Then, the phosphorus alcoxysilane derivative, the diethylphosphato-ethyltriethoxysilane (SiP) is incorporated in molten PA6. The physical and chemical characterizations of the materials elaborated by reactive extrusion showed the formation of phosphorylated particles in the polymer matrix. Finally the fire retardant properties were evaluated and it reveals that the heat release rate was diminished by more than 50% with only 2w% of phosphorus compared to the pure PA6. This was explained by the formation of a carbonaceous char preventing the heat and the combustion products to diffuse

Des nouvelles particules hybrides de type silice@polymère fonctionnel ont été synthétisées pour la catalyse semi-hétérogène en polymérisation radicalaire contrôlée par transfert d’atome (ATRP). La copolymérisation du styrène et du chlorométhylstyrène par polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes a permis d’obtenir des chaînes pouvant être facilement post-modifiées par la 2-dipicolylamine, un ligand azoté capable de complexer certains métaux utilisés en ATRP. Ce copolymère s’est avéré efficace comme support de catalyseur lors de la polymérisation du styrène ou du méthacrylate de méthyle par ATRP. A l’inverse, les mêmes chaînes immobilisées par grafting onto sur des particules Stöber ne conduisent pas à une polymérisation contrôlée. Ces résultats sont très probablement dus à un manque d’accessibilité au catalyseur. L’introduction d’un noyau d’oxyde de fer au cœur des particules hybrides a également été effectuée et devrait permettre d’isoler plus facilement les objets du milieu par séparation magnétique en fin de réaction

Ce travail concerne l'étude des relations synthèse-morphologie-propriétés mécaniques de nanocomposites ou hybrides polymère-silice et l'application de ces matériaux en couches minces pour améliorer la résistance mécanique de substrats verres (e. G, bouteilles). Deux types de nanocomposites de même composition globale ont été synthétisés. Les systèmes de Type 1 sont obtenus par polymérisation radicalaire en masse de 2-hydroxyéthlyl méthacrylate (HEMA) en présence de nanoparticules préformées de silice, fonctionnalisées HEMA (diamètre 13-nm). Les systèmes de Type 2 sont obtenus par polymérisation simultanée de HEMA et de tétraéthoxysilane (TEOS). La silice est alors synthétisée in situ par hydrolyse et condensation de TEOS sous catalyse acide (voie sol-gel). Ces deux types d'hybrides, qui peuvent contenir de 0 à 30 wt% de phase siliciée, sont optiquement transparents. Les hybrides de Type 1 présentent une morphologie particulaire, avec présence d'agrégats de nanoparticules. Les hybrides de Type 2, véritables composites moléculaires, possèdent une morphologie beaucoup plus fine avec une phase siliciée à géométrie fractale de masse très ouverte, supposée être bicontinue avec la phase organique. Ces différences morphologiques conduisent à des comportements thermomécaniques radicalement différents. Les matériaux de Type 2 sont plus durs et plus rigides à l'état caoutchoutique, alors que les matériaux de Type 1 sont plus amortissants et plus ductiles. Un modèle mécanique, basé sur un schéma auto-cohérent et intégrant l'existence d'inversions de connexité des phases, a été développé et appliqué à la description du comportement viscoélastique de ces nanocomposites. Une formulation, basée sur ces matériaux, a été optimisée pour réaliser des revêtements sur substrat verre. Ces revêtements d'épaisseur inférieure au micromètre, conduisent à un renforcement mécanique notable du substrat, s'expliquant par un mécanisme de cicatrisation des fissures de la surface du verre<br>This work deals with the study of synthesis-morphology-mechanical properties relationships of polymersilica nanocomposite hybrid materials and their application as coating to reinforce glass substrates ( e. G. Bottles). Two types of nanocomposites, exhibiting the same chemical composition, have been prepared. Type 1 systems were obtained by the bulk free-radical polymerization of 2-hydroxyethyl methacrylate (HEMA) in the presence of HEMA-functionalized silica nanoparticles (13 nm in diameter). Type 2 systems were obtained by the simultaneous polymerization of HEMA and tetraethoxysilane (TEOS). In this case, a silica rich phase results from classical acid catalyzed reactions, involving hydrolysis and condensation of TEOS (sol-gel process). Both types of hybrids, which can contain up to 30 wt% of silica, are optically transparent. Type 1 nanocomposites exhibit particle-matrix morphology where silica nanoparticles tend to form aggregates. Type 2 systems are molecular composites exhibiting a finer morphology that consists in a very open mass fractal silicate structure which is believed to be bicontinuous with the organic phase. Such morphology differences lead to very different mechanical behaviors. Type 2 materials exhibit higher levels of hardness and rubbery rigidity whereas Type 1 materials possess higher damping efficiency and plastic deformation ability. A mechanical model, based on a self-consistent scheme and taking into account local inversions of phase connectivity, has been proposed and applied to the description of the viscoelastic behavior of both types of nanocomposites. Finally, practical applications have been developed in the field of glass strengthening, by using such hybrid systems as coatings. These coatings, whose thickness remains below one micrometer, lead to important reinforcements of substrates, which can be explained by a healing mechanism of glass surface flaws

Les nanoparticules d'argile sont des ressources naturelles largement disponibles et peu coûteuses présentant de nombreuses caractéristiques telles qu'une grande surface spécifique, une imperméabilité aux gaz, ainsi que des propriétés mécaniques et thermiques élevées. Elles ont donc attiré depuis plus de trois décennies une attention particulière, notamment pour le renforcement des matériaux à base de polymères. Cependant, les nanoparticules d'argile à l'état natif souffrent d'une incompatibilité, donc de faibles interactions interfaciales et de d'une mauvaise dispersion avec/dans la plupart des matériaux polymères organiques à cause de leur hydrophilie intrinsèque et des fortes interactions entre les feuillets constitutifs. Ainsi, l'un des principaux défis dans le développement de nanocomposites polymères à base d'argile (NAPs) avec des propriétés mécaniques avancées repose sur le contrôle au niveau à l'échelle moléculaire des propriétés interfaciales entre l'argile et la matrice polymère. En tenant compte des critères du développement durable, du génie civil et de l'économie verte, nous avons développé, dans la première partie de cette thèse, des nano-renforts réactifs et pré-exfoliés qui peuvent être incorporés dans une grande série de matrices (bio)polymères en donnant lieu à de fortes interactions avec les dites matrices et conduisant pour un à des comportements mécaniques améliorés. Afin de mieux répondre à ces spécificités, nous avons mis en oeuvre des approches vertes pour la préparation de ces nano-renforts génériques, à savoir la photopolymérisation a été utilisée comme faible consommateur d'énergie et une méthode rapide et peu énergivore pour la fonctionnalisation de surface des argiles, un protocole sans solvant a été utilisé pour préparer des nanocomposites ternaires, tandis que des biopolymères (amidon, cellulose) ou des précurseurs d'origine biologique (huiles végétales époxydées) ont servi de milieux de dispersion. Les résultats principaux issus de cette première partie peuvent être résumés comme suit : - La morphologie et la réactivité des nano-renforts d'argile sont aisément contrôlées en ajustant le temps de photo-polymérisation et en choisissant un monomère vinylique approprié. - Les méthodes de préparation permettent la préparation d'échantillons de à l'échelle des grammes. - La chimie surface des nano-renforts réactifs et pré-exfoliés peut être ajustée afin d'assurer la compatibilité avec les des biopolymères préformés thermoplastiques et des résines thermodurcissables, tels que l'amidon et les résines époxyde biosourcées, respectivement. - Les propriétés mécaniques des nanocomposites ternaires ainsi obtenus sont fortement améliorées comparés aux en comparaison des matrices polymères pures grâce à la dispersion homogène et fine des feuillets du nano-renfort dans la matrice polymère et aux fortes interactions interfaciales entre ces deux constituants<br>Clay nanoparticles (CNP) are abundantly available low-cost natural resources with numerous positive attributes such as large surface area, impermeability to gas, superior mechanical and thermal properties so that they have attracted over the last three decades significant attention, notably for the reinforcement of polymer-based materials. However, CNP suffer from incompatibility, hence weak interfacial interactions and poor dispersion with/in most of organic polymeric materials because of their intrinsic hydrophilicity and strong interlayer interactions. This limitation is one of the major reasons why polymer nanocomposites have to date remained mainly in laboratories. Thus, one of the key challenges in developing clay-based polymer nanocomposites (PCNs) with advanced thermo-mechanical, gas barrier...properties relies on the control at the molecular level of the interface properties of clay nanoplatelets-filled polymer resins. Taking into account the criteria for sustainable development, civil engineering and green economy, we have developed, in the first part of this thesis, reactive and pre-exfoliated clay nanofillers that may be further incorporated in a diverse set of biopolymer matrices and giving rise to strong energy interactions with the said matrices for improved mechanical behavior. To ensure a closer fit of these specifications we have implemented green approaches for the preparation of these generic nanofillers, namely photopolymerisation was used as a low energy consumption and fast method for the surface functionalization of native clays, solvent-free protocols were applied to prepare polymer nanocomposites, while biopolymers (starch, cellulose) or bio-based precursors (epoxidized vegetal oils) served as dispersion media. By controlling the preparation conditions, reactive clay nanofillers with adjustable interlayer spacing and chemical surface reactivity were prepared. Of particular interest is that the layered-like structure of the clay nano ller is preserved while the d-interlayer spacing can be increased though increasing the photopolymerization time, i.e. amount of polymer within the clay nanosheets. Our major results from the the first part can be summarized as follows: Morphology and reactivity of clay nanofillers are easily controlled though adjusting the photopolymerization time and selecting adequate vinyl monomer. - The newly preparation methods allow preparation of samples beyond the gram-scale. - Reactive and surface chemistry of pre-exfoliated clay nanofillers can be tuned to provide compatibility with both conventional preformed biopolymers and bio-based epoxy resins. - The mechanical properties of the resulting polymer nanocomposites are improved as compared to the neat polymeric matrices owing to the strong interface interaction between fillers and dispersion matrices

Les matériaux hybrides organique/inorganiques ont reçu beaucoup d'attention ces dernières années dans les études des nanomatériaux. En effet, ils possèdent des propriétés physiques et chimiques uniques grâce aux effets synergiques de chaque composant. En particulier, les nanoparticules de silice (SiO2) présentent des caractéristiques intéressantes, comme une bonne stabilité chimique et thermique. Elles peuvent être préparées de différentes tailles et peuvent aussi être facilement fonctionnalisées. Les polymères conducteurs intrinsèques comme le polythiophène et la polyaniline (PANI) peuvent exister sous différents états d'oxydation et donc répondre à des stimuli extérieurs en changeant une de leur caractéristique (couleur, conductivité, etc…). La PANI est un polymère non-toxique, thermiquement stable et peu coûteux avec une conductivité relativement élevée qui a été utilisée comme film antistatique, matériel d'électrode, inhibiteur de corrosion et comme surface sensible de capteur. Depuis la découverte des polymères conducteurs en 1977, plusieurs travaux ont été effectués sur la préparation, la caractérisation et les applications de films polymériques construits à la surface de matériaux comme la silice. Parmi les différents types de composites existants, les particules de type cœur@coquille composées d’un cœur inorganique et d’une couronne de polymère sont les plus prometteurs. Dans cette étude, nous avons donc décidé de travailler sur la synthèse de composites cœur@coquille constitués d’une coquille de PANI et d’un cœur de particules de silice.Dans la littérature, en utilisant des protocoles expérimentaux similaires, deux morphologies très contradictoires ont été obtenues après la polymérisation par oxydation chimique d'aniline en présence de particules de silice : cœur@coquille et framboise (structure inversée avec la PANI comme cœur). Nous avons alors décidé de réexaminer la synthèse de PANI en présence de particules de silice. Pour cela, nous avons, dans un premier temps, synthétisé des particules de silice monodisperses de différentes tailles (300, 160 et 90 nm) par procédé Stöber. Nous avons ensuite réalisé la polymérisation chimique de l'aniline en présence de ces particules de silice dans des conditions contrôlées afin de promouvoir une adsorption des ions aniliniums en surface des particules. Différents paramètres expérimentaux ont été étudiés tels que la température, la concentration en réactifs, la taille des particules… Les résultats en termes de morphologie sont discutés en fonction de ces paramètres. Dans un second temps, nous avons fonctionnalisé la surface des particules de silice par un alcoxysilane afin de favoriser la polymérisation de l’aniline à la surface des particules. Ainsi, nous avons obtenu des structures SiO2@PANI avec une épaisseur de polymère contrôlable. La dernière partie de ce travail traite des premiers essais qui ont été réalisés afin d’utiliser ces composites SiO2@PANi pour des applications environnementales. Deux applications ont notamment été envisagées, l'adsorption de métaux pour l'aspect de particule et la détection de gaz pour les capacités conductrices de la PANI<br>Organic/inorganic hybrid materials have received much attention in recent years such as in the field of nano-materials. Indeed, these materials possess unique physical and chemical properties due to the synergistic effect of both components. In particular, silica nanoparticles (SiO2) present interesting properties, such as good chemical and thermal stabilities. They can be prepared in different size and can be easily chemically modified. Intrinsically conducting polymers such as polythiophene and polyaniline (PANI) can exist in different oxidation states and respond to external stimuli by changing one of their characteristics (color, conductivity, …). PANI is a non-toxic, thermally stable and low cost polymer with relatively high conductivity that has been used as antistatic coating, electrode materials, corrosion inhibitor and active layer of sensors. Since the discovery of conducting polymer in 1977, several works have been carried out on the preparation, characterization and applications of polymeric films build on various surfaces like silica. Among the different kinds of composites that exist, inorganic-polymer core-shell nanoparticles are more promising candidates. In this study, we decided to work on the synthesis of core@shell hybrid compounds based on PANI shells and silica nanoparticles cores.In the literature, using similar experimental protocols, two morphologies have been obtained after chemical polymerization of aniline in the presence of silica particles: core@shell and raspberry (inverted structure with PANI as core). We thus decided to reinvestigate the synthesis of PANI in the presence of silica particles. For this, we first synthesized silica particles with different sizes by Stöber process. We then performed the chemical polymerization of aniline in the presence of these naked silica particles under different conditions: temperature, concentration of reactive. However, in all cases, we never managed to obtain core@shell structures. Finally, we succeed in developing a method to prepare these core@shell particles which relies on the functionalization of the SiO2 by alkoxysilanes followed by the polymerization of aniline at room temperature. A series of core-shell particles with tunable PANI thickness has been prepared by this method. The last part of this work deals with the first tests that have been carried out in order to use these composites SiO2@PANi for environmental applications. Two applications have been considered, the adsorption of metals for the particle appearance and the detection of gas for the conductive capacities of the PANI

Les limites des nanovecteurs commerciaux ou actuellement en développement ont motivé l’élaboration de nouvelles nanoparticules mésoporeuses de silice (MSNP), hybrides et multiphasées, pour le contrôle de la délivrance d’actifs à application théranostique. Ainsi, de nouvelles MSNP ont été conçues pour la pénétration intracellulaire (diamètre entre 30 et 60 nm, taille des pores de 2,8 nm). Afin de les rendre hémocompatibles et de contrôler la cinétique de délivrance de principes actifs encapsulés, ces MSNP ont été enrobées d’une bicouche lipidique (MSNP+@SLB-). La composition lipidique s’inspire des membranes asymétriques des globules rouges ciblés par la présente étude.La technologie MSNP+@SLB- ayant montré des limites avec une cinétique de libération trop élevée de la calcéine et trop lente de la rhodamine B, deux améliorations majeures ont été apportées :1- Le recouvrement des SLB par un nanogel d’alginate, permettant un excellent contrôle de la libération d’actifs.2- L’insertion de nanoparticules magnétiques dans le coeur des MSNP, déclenchant la libération de l’actif par hyperthermie.Ces nouvelles architectures de nanovecteurs permettent de moduler les cinétiques de délivrance d’actifs, renforçant et élargissant ainsi le champ d’applications des vecteurs silicés dans les domaines biomédical ( Voie orale et intraveineuse) et dermato-cosmétique (Voie topique)<br>The limitations of commercial nanovectors or currently under development have motivated the development of new hybrid and core shell mesoporous silica nanoparticles (MSNP) for the control of molecular delivery.Therefore, new MSNP were designed for intracellular penetration (diameter between 30 and 60 nm, pore size of 2.8 nm). In order to make them hemocompatible and to control the kinetics of delivery of encapsulated active ingredients, these MSNP were coated with a lipid bilayer (MSNP+@SLB-). The lipid composition is inspired by the asymmetric membranes of the red blood cells.Since the MSNP+@SLB- technology has shown some limitations associated to the release of payloads which can be too fast (in the case of calcein) or to slow (case of rhodamine B), two major improvements have been made:1- The coating of SLB by an alginate nanogel, allowing an excellent control of the release of active molecules.2- Insertion of magnetic nanoparticles in the MSNP core, triggering the release of the active ingredient by hyperthermia.These new nanovector architectures enable the fine tuning of active ingredient delivery kinetics, reinforcing and expanding the applications of silicated vectors in the fields of biomedicine (oral and intravenous) and dermato-cosmetics (topical)

Ces travaux de thèse portent sur l’écoconception de silices mésoporeuses ordonnées (SMO) fonctionnalisées par des polymères, matériaux combinant les atouts des matériaux mésoporeux et ceux des polymères. Les matériaux sont structurés par des micelles complexes de polyions (PIC) formées par complexation électrostatique entre une polyamine (oligochitosan) et un copolymère à blocs double hydrophile (DHBC). Ce dernier possède un bloc polyacide fonctionnalisant et un bloc neutre polyoxyde d’éthylène (POE) qui reste ancré dans les parois siliciques durant le procédé sol-gel. Les fonctions acides sont révélées dans les mésopores suite à la libération de l’oligochitosan par dissociation des micelles PIC stimulée par le pH. Durant ces travaux, nous nous sommes intéressés à contrôler la mésostructure des matériaux, leur morphologie et le type d’acidité les fonctionnalisant (polyacide acrylique, polyacide sulfonique). Dans un premier temps, des SMO de mésostructure lamellaire, hexagonale 2D, et cubique sphérique ont été formées en contrôlant le pH, la longueur de l’oligochitosan et la conformation du DHBC (POE-b-PAA linéaire ou PAPOE-b-PAA peigne). Ces résultats ont été rationnalisés à partir des variations morphologiques induites de l’assemblage PIC et ont permis de dessiner un diagramme de phase en fonction des trois paramètres étudiés. Ensuite, une méthode de contrôle de la croissance des particules et de leur stabilisation a été développée en remplaçant une partie du DHBC structurant par un DHBC stabilisant à base de polyacrylamide (PAM-b-PAA). Des nanoparticules de taille ajustable entre 200 nm et 1000 nm, de morphologie bien définie et de mésostructure ordonnée ont ainsi été préparées. Finalement, la dissociation des assemblages PIC dans les matériaux a été optimisée pour former des matériaux fonctionnels ayant une grande densité de fonctions acides dans leurs mésopores (2,7 par nm3). Une large palette de matériaux fonctionnels présentant des tailles, des structures et des acidités différentes a ainsi été obtenue. Leur potentiel en tant qu’adsorbants, catalyseurs et conducteurs protoniques a été évalué. De façon remarquable, les matériaux fonctionnels acides forts montrent une conductivité protonique élevée (&gt; 0,02 S.cm-1) sous atmosphère humide qui reste stable sur plusieurs jours<br>This work deals with the ecodesign of ordered mesoporous silica (SMO) functionalized by polymers, which combine the advantages of mesoporous materials and those of polymers. The materials were structured by polyion complex (PIC) micelles, formed by electrostatic complexation between a polyamine (oligochitosan) and a double-hydrophilic block copolymer (DHBC). The copolymer has a functional polyacid block and a neutral PEO block that remained anchored in silica walls during the sol-gel process. The functional groups were revealed in the mesopores after the release of polyamines induced by PIC micelle dissociation upon a pH change. During this thesis, we expanded the synthesis route to a variety of mesostructures, morphologies and acid functions (poly(acrylic acid), poly(sulfonic acid)). First, the mesostructure was controlled by modifying the pH, the length of the oligochitosan and the conformation of the DHBC (linear PEO or brush-like PAPEO), resulting in SMO with lamellar, 2D hexagonal, and spherical cubic structures. The results were interpreted in terms of PIC assemblies morphology changes and allowed establishing a phase diagram. Then, a method was developed to control particle growth and ensure their stabilization by replacing part of the structuring DHBC by a stabilizing polyacrylamide-based DHBC (PAM-b-PAA). Nanoparticles were obtained with adjustable sizes between 200 nm and 1000 nm, well-defined morphology and ordered structures. The dissociation of PIC micelles in materials was then optimized to synthesize materials with a high density of acid functions in their mesopores (2.7 per nm3). Various materials with controlled size, structure and acidity were thus obtained. They were evaluated as adsorbents, catalysts and proton conductors. Of particular interest are the strong polyacid functionalized materials, exhibiting a very high proton conductivity (&gt; 0,02 S.cm-1) stable over days

Le but de ce travail est de comprendre l'influence des nanoparticules de silice sur les transitions physiques de matrices polymères de nature différente : l'alcool polyfurfurylique (PFA), le polytétrafluoroéthylène (PTFE) et le polydiméthylsiloxane (PDMS). Pour cela, les techniques d'analyse thermique conventionnelles (ATG, DSC, DMA) ont été couplées à des techniques atypiques (DSC multifréquence, FSC, UFSC).Dans le cas du PFA, les nanoparticules de silice ont entrainé une augmentation de la Tg ainsi qu'une amélioration des propriétés thermomécaniques. En outre, il a été démontré que la seule présence de silice suffit à favoriser les mécanismes de polymérisation. La cristallisation du PTFE à partir de l'état fondu a été étudiée pour la première fois sur une gamme de vitesse de refroidissement très large (jusqu'à 800 000 K.s-1). L'effet nucléant des nanoparticules de silice a également été mis en avant à faibles vitesses de refroidissement lors de l'étude de la cristallisation du PTFE chargé. Cependant, il s'est avéré qu'elle ralentit également la diffusion des chaines dans le milieu pour certaines vitesses. L'influence des nanoparticules de silice sur la transition vitreuse et la cristallisation du PDMS a finalement été étudiée. Les résultats ont montré que la silice n'induit pas d'effet significatif sur la transition vitreuse. D'autre part, la silice influence fortement la cinétique de cristallisation. Cet effet a été directement lié au fait que la silice favorise la nucléation sans influencer la diffusion des chaines.

Ce travail de thèse décrit la préparation de deux types de films de polymères : i) des films nanocomposites à base de silice pyrogénée aux propriétés superhydrophobes et ii) des films LbL auto-assemblés, incluant tous deux des dérivés de poly(2,3,4,5,6-pentaflurostyrene) (PPFS), utilisés comme briques élémentaires. La stratégie utilisée ici consiste à exploiter les nombreux avantages que présente la réaction de substitution du fluor en position para du PPFS avec un thiol, pour générer de nouveaux dérivés aux propriétés ajustables. Ainsi, le premier volet de la thèse a consisté à introduire des chaînes de PPFS de façon covalente à la surface de silice pyrogénée par une stratégie dite de «grafting through» en utilisant la polymérisation radicalaire contrôlée par le voir nitroxydes, en présence de PS-DEPN comme macroamorceur. La cinétique de polymérisation du PFS avec et sans particules silice a été étudiée dans divers solvants, différentes particules hybrides de silices modifiées en surface par une couronne de PPFS ont été préparé. Ensuite, un thiol perfluoré (perfluorodecanethiol:PFDT) a été utilisé pour modifier le PPFS, considéré dans ce cadre comme matrice hôte pour la préparation des nanocomposites et pour modifier le PPFS présent à la surface des particules de silice. A partir de là, un large panel de films nanocomposite a été préparé à partir des différentes combinaisons possibles de polymère hôte (PPFS ou PPFS-PFDT) et de charges inorganiques de silice (modifiées par le PPFS ou par le PPFS-PFDT). Les propriétés de mouillabilité ainsi que la morphologie de surface de chaque film ont été analysées et il en résulte que certains films présentent un caractère superhydrophobe. Le deuxième volet de la thèse a porté sur la modification du PPFS par des thiols porteurs de fonctions acide carboxylique, toujours par la réaction de substitution décrite précédemment. Différents dérivés de PPFS carboxylés de DS variés ont été synthétisés. Leur habilité à développer des liaisons hydrogène avec un polymère modèle accepteur de liaison H (la poly(4-vinyl pyridine) (P4VP)) a été étudiée. Il en ressort que dépendamment de la nature du solvant, des mélanges miscibles ou des complexes interpolymères ont ensuite été formés. Des solutions de complexes préformés ont été successivement déposées par spin-coating pour construire des films. De plus, des films multicouches LbL stabilisés par des liaisons H entre le PPFS carboxylé et la P4VP ont été élaborés and il a été démontré que la nature du solvant de dépôt, ainsi que le taux de modification du PPFS, impactent fortement le mécanisme de croissance, l’épaisseur du film et les caractéristiques de surface, en termes de topologie et de mouillabilité<br>This work describes the preparation of two kinds of thin polymer films : i) self-cleaning silica-based (nano)composites films and ii) LbL self-assembling films, both including poly(2,3,4,5,6-pentaflurostyrene) (PPFS) derivatives, as building blocks. The cornerstone of the approach is to exploit the thiol-para fluoro substitution reaction to PPFS chains in order to generate derivatives with tailored properties. In this frame, PPFS chains were anchored onto the surface of vinyl-functionalized fumed silica nanoparticles by nitroxide-mediated polymerization (NMP) in presence of PS-DEPN as macro-initiator via a “grafting through” strategy. The kinetics of NMP of PFS were investigated in presence and without silica in various solvents and well-characterized hybrid silica particles containing different polymer grafting weight were declined. Then, perfluorodecanethiol (PFDT) was employed to modify PPFS, considered as the host polymer matrix, and to functionalize PPFS chains tethered to silica particles. A large panel of (nano)composite films from the different possible host matrix/silica particles combinations was prepared. The wettability and the surface morphology of each film were discussed, as a function of the host structure (PPFS or PPFS-PFDT with different DS) and silica (modified with PPFS or PPFS-PFDT), as well as the silica content. It results that superhydrophobic features can be reached. Subsequently, PPFS was modified by using carboxylic acid mercapto modifier via the thiol-para fluoro coupling. Various carboxylated PPFS derivatives differing in the degree of substitution (DS) were prepared and their ability to develop H-bonds in solution with a model strong H-bond acceptor partner (poly(4-vinyl pyridine) (P4VP)) was investigated. Dependently on the nature of the solvent, a miscible blend or interpolymer complexes (IPC) were achieved. IPC-containing solutions were used to successfully fabricate spin-assisted films. Furthermore, H-bonds mediated LbL self-assembly multilayer films involving carboxylated PPFS and P4VP were prepared and it was evidenced that the nature of the deposition solvent as well as the extent of the modification (quantified by the DS), impact the growth mechanism, the thickness and the surface features, in terms of topology and wettability

La thermothérapie consiste à soigner un tissu cancéreux par la chaleur, par destruction directe de la tumeur (thermoablation) ou amélioration de traitements radiothérapeutiques ou chimiothérapeutiques (hyperthermie). Une des voies les plus prometteuses de thermothérapie consiste à utiliser l'échauffement de nanoparticules magnétiques La0. 75Sr0. 25MnO3 ont été synthétisées par voie Pechini. Ces nanoparticules présentent un échauffement magnétique autorégulé, c'est-à-dire que lorsque la température du milieu s'approche de leur température de Curie, les nanoparticules perdent leur capacité d'échauffement, empêchant tout risque de chauffage excessif. L'influence des conditions de synthèse de ces particules, ainsi que de la fréquence et de l'amplitude du champ magnétique sur l'échauffement de ces particules a été étudiée. L'appareil d'induction multifréquence, construit au cours de cette thèse, devrait à court terme permettre de mieux comprendre les phénomènes d'échauffement magnétique de ces particules. Les nanoparticules La0. 75Sr0. 25MnO3 ont été encapsulées dans de la silice par voie Stöber puis aminées par ajout d'aminosilanes : cette modification de surface ouvre de nombreuses possibilités (furtivité des nanoparticules vis-àvis dusysthème immunitaire par greffage de polyoxyéthylène, ciblage de cellules-cibles par greffage de ligands appropriés, etc. ). Un polymère thermosensible à base de poloxamers, capable de piéger des molécules-tests à "basse" température et de les libérer sous l'effet de l'échauffement magnétique, a été synthétisé et les premiers tests de libération de colorant sous l'effet de l'échauffement magnétique de nanoparticules La0. 75Sr0. 25MnO3 piégées dans ce gel se sont révélés très prometteurs.

Dans ce travail, nous nous sommes concentrés sur la création de nanostructures chirales optiquement actives en fabriquant des nanohélices de silice fluorescente afin d’obtenir des matériaux souple, nanométriques, optiquement actifs pour des applications en tant que matériaux nanophotoniques. Dans cette optique, des nanohélices de silice chirales ont été utilisées pour greffer et organiser des nanocristaux inorganiques fluorescents achiraux tels que des quantums dots, des chromophores, des molécules et des polymères fluorescents selon différentes approches. Ces hélices inorganiques ont été formées par procédé sol-gel en utilisant des auto-assemblages hélicoïdaux organiques de molécules amphiphiles (amphiphile gemini cationique, avec un contre-ion chiral le tartrate) en tant que modèles. Tout d'abord, la surface de la silice hélicoïdale a été fonctionnalisée par l’APTES afin de greffer des quantum dots inorganiques ZnS-AgInS2 possédant divers ligands. Dans la deuxième partie, le polymère de dérivé anthracénique fluorescent a été organisé par dépôt et adsorption à la surface de silice hélicoïdale. Afin d’étudier les propriétés chiroptiques, différentes caractérisations ont été réalisées telle que la spectroscopie du dichroïsme circulaire (CD) et celle de la luminescence circulairement polarisée (CPL).Le premier chapitre présente l’étude bibliographique sur différents systèmes d’auto-assemblage organiques chiraux et leurs propriétés chiroptiques. Les études sur la formation de systèmes auto-assemblés chiraux dans différentes conditions, leur morphologie structurale, les techniques de fabrication et leurs applications sont discutées suivies de l'utilisation de nanocristaux fluorescents, à savoir, les quantums dots (QD) et les polymères fluorescents achiraux sur lesquels les propriétés chiroptiques peuvent être obtenues et leurs applications dans les nanodispositifs optiques, les capteurs et la nano-photonique.Dans la première partie du deuxième chapitre, différentes techniques de caractérisation telles que le microscope électronique en transmission (TEM), le microscope électronique en transmission haute résolution (HRTEM), la microscopie confocale, la spectroscopie UV-Vis, celle de la fluorescence, du dichroïsme circulaire (CD) et de la luminescence circulairement polarisée (CPL) sont décrites. Dans la deuxième partie, la synthèse du gemini 16-2-16 ainsi que son mécanisme d'auto-assemblage, et sa transformation en réplica de silice par l'intermédiaire de la chimie sol-gel sont décrits. Ces nanohélices de silice sont fonctionnalisées par le 3-aminopropyltriéthoxysilane (APTES). Leur analyse est effectuée par analyse thermogravimétrique (TGA) et analyse élémentaire (EA).Dans le troisième chapitre, nous nous sommes concentrés sur la synthèse de QDs inorganiques ((ZnS)x-1(AgInS2)x) avec différentes compositions rapport molaire et leurs caractérisations par TEM, TGA, EA, spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), mesures de potentiel zêta, spectroscopie d'absorption et d'émission. Quatre types de ligands ont été utilisés, par échange de ligand, pour recouvrir les QDs : sulfure d'ammonium (AS), acide 3-mercaptopropionique (MPA), l-cystéine (L-Cys) et l'oleylamine (OLA). Ces QDs sont greffés à la surface des hélices de silice modifiée par de l’amine suite à des interactions ioniques. Diverses techniques ont été utilisées pour confirmer leur greffage à la surface des hélices de silice, et les propriétés optiques ont été étudiées par spectroscopie d'absorption et d'émission. Après le greffage, différents résultats ont été observés selon le ligand utilisé : la caractérisation par TEM montre que les QDs sont greffés à la surface des hélices de silice. [...]<br>In this work, we focused on the creation of optically active chiral nanostructures by fabricating fluorescent silica nanohelices in order to obtain optically active nanoscale soft materials for applications as nanophotonics materials. For this purpose, silica chiral nanohelices were used for grafting and organizing achiral fluorescent inorganic nanocrystals, dyes, molecules, and fluorescent polymers through different approaches. These inorganic helices were formed via sol-gel method using organic helical self–assemblies of surfactant molecules (achiral and cationic gemini surfactant, with chiral counterion, tartrate) as templates. First, the surface of helical silica was functionalized by APTES in order to graft inorganic quantum dots ZnS-AgInS2 with different capping ligands. In the second part, fluorescent anthracene derivative polymer was organized via deposition and absorption on the surface of helical silica. To investigate the chiroptical properties, circular dichroism and circularly polarised luminescence characterization were performed.In the first chapter, the bibliographic study on different chiral organic self-assembling systems and their chiroptical properties are shown. The studies on the formation of chiral self-assembled systems in different conditions, structural morphology, fabrication techniques and their applications are discussed followed by the use of fluorescent nanocrystals, i.e., quantum dots (QDs) and achiral fluorescent polymers on which chiroptical properties can be obtained and their applications in optical nanodevices, sensors, and nano-photonics.In the first part of the second chapter, different characterisation techniques such as transmission electron microscope (TEM) , high resolution transmission electron microscope (HRTEM), and confocal microscopy, UV-Vis spectroscopy and fluorescence spectroscopies, as well as circular dichroism (CD) and circularly polarised luminescence (CPL) spectroscopies are described. In the second part, the synthesis of Gemini 16-2-16 as well as their self-assemblies mechanism, and their transformation to silica replica via sol-gel chemistry are described. These silica nanohelices are functionalized by 3-aminopropyltriethoxysilane (APTES). Their analysis is performed by Thermogravimetric analysis (TGA) and elementary analysis (EA).In the third Chapter, we focused on the synthesis of inorganic ((ZnS)x-1(AgInS2)x) QDs with different compositions molar ratio and its characterizations by TEM, TGA, EA, Fourier-transform infrared spectroscopy (FTIR), zeta potential measurements, absorption, and emission spectroscopy. Four types of ligands were used to cap the QDs via phase ligand exchange as follows: ammonium sulphide (AS), 3-mercaptopropionic acid (MPA), l-cysteine (L-Cys) and the fourth one is oleylamine (OLA). These QDs are grafted on the surface of amine-modified silica helices through ionic interaction. Various techniques were used to show the grafting of QDs on the surface of silica helix, and their optical properties were studied using absorption and emission spectroscopy. After grafting, in each case of ligands, different results were observed as follows: The TEM characterization shows that QDs are grafted on the surface of silica helices. In the case of AS-capped QDs, the helical morphology of silica helices after grafting is destroyed; therefore the further ananlysis was not possible. While, in the cases of QDs with three other ligands MPA, OLA and L-cys, dense and homogeneous grafting of the QDs were observed by TEM and the helical morphology was preserved after their grafting. The HRTEM images were taken on the MPA-QDs@silica helices and energy-dispersive x-ray (EDX) analysis was performed in STEM mode, confirming the QDs elements present on the silica surfaces. [...]

Le but de ce projet a été d'améliorer un procédé de clarification développé par VEOLIA Environnement : l'Actiflo®. L'Actfilo® est basé sur l'ajout de microsable lors de l'étape de floculation afin d'augmenter les vitesses de décantation. Toutefois, une importante quantité de polymère est continuellement ajoutée au procédé, et des résiduels de ce dernier peuvent être rencontrés dans les eaux décantées. Notre travail a été de fonctionnaliser (i.e. greffer) le microsable avec un polymère floculant afin de pouvoir recycler en continu le matériau hybride par hydrocyclonage. La fonctionnalisation par « Grafting Onto » a consisté à greffer un polymère floculant commercial sur le microsable alors que la fonctionnalisation par « Grafting From » a consisté à faire croître un polymère floculant depuis la surface. Les capacités floculantes des microsables ont été testées en essais classiques de coagulation/floculation. Les microsables fonctionnalisés avec un polymère cationique par « Grafting From » ont démontré leur supériorité en conduisant à un abattement en Carbone Organique Dissous (COD) de 25% contre un abattement de 15 % pour le procédé classique ou pour les microsables fonctionnalisés par « Grafting Onto ». Une turbidité légèrement supérieure est toutefois toujours obtenue avec les sables fonctionnalisés par rapport à l'ajout de polymère libre (+ 0,5 NTU). Enfin, des procédés de régénération permettant de réutiliser les microsables ayant servi en coagulation/floculation ont été mis en place, le plus efficace d'entre eux étant un traitement à base d'Acide Oxalique. Ce traitement a permis de régénérer les propriétés floculantes du sable sur deux cycles<br>The purpose of this project was to improve a clarification process developed by VEOLIA Environment: The Actiflo®. The Actfilo® is based on adding microsand in the flocculation stage in order to increase the speed of sedimentation. However, a significant amount of polymeric flocculant is continuously added to the process, and residuals can be found in the decanted water. Our work was to graft a polymeric flocculant onto microsand in order to recycle the full hybrid material through hydrocycloning. Functionalization by "Grafting Onto" was based on grafting a commercial polymer onto microsand whereas “Grafting From” was based on surface-initiated polymerization. Flocculation properties of functionalized microsands were then tested in conventional coagulation/flocculation tests where the effectiveness of the two grafting methods was compared. Cationic functionalized sands, obtained by “Grafting From”, exhibit the best properties as a decrease of Dissolved Organic Carbon of 25% was reached whereas a decrease of 15% was reached by adding free polymer or adding sands from the “Grafting Onto” method. However final turbidity value was always slightly lower for the flocculation that occured when free polymer was added (- 0,5 NTU). Finally, regeneration processes to recycle the functionalized sands were established. The most effective of them being a treatment with Oxalic Acid. This treatment allowed us to regenerate flocculating properties of functionalized sands twice