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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE M’HAMED BOUGARA BOUMERDES FACULTE DES SCIENCES DE L’INGENIEUR DEPARTEMENT: GENIE DES PROCEDES INDUSTRIELS LABORATOIRE DE RECHERCHE DE TRAITEMENT ET MISE EN FORME DES POLYMERES THESE Présentée par: Mme MEKAHLIA née GHEMATI Djamila EN VUE DE L’OBTENTION DU DIPLOME DE DOCTORAT OPTION: GENIE DES POLYMERES SPECIALITE: CHIMIE ET PHYSIQUE DES POLYMERES THEME Soutenue publiquement le 21 juin 2011 devant le jury composé de: Mr ABADLIA M-T. Professeur UMB Boumerdes Président Mme OUDIA A. M.C (Ass. Prof) U.Beira Int. (Portugal) Examinatrice Mr LAMOURI S. Professeur E.M.P Bordj El Bahri Examinateur Mr KACI M. Professeur U. A. Mira Béjaia Examinateur Mr DJELALI N-E. Professeur UMB Boumerdes Examinateur Mr ALIOUCHE D. Professeur UMB Boumerdes Directeur de thèse Boumerdes 2011 MODIFICATION CHIMIQUE DES POLYMERES CELLULOSIQUES. GREFFAGE ET FORMATION DE COMPLEXES D’INCLUSION AVEC LA CYCLODEXTRINE L T M F P L T M F P DEDICACE Je dédie ce travail A la mémoire de mon très cher père A ma mère pour sa grande affection et ses encouragements A mon mari Adel A ma petite fille: Alaà Nour El-Houda A mes très chers frères Djamel, Omar A mes très chères sœurs Razika, Farida A ma belle-famille et toute ma famille A mes amies et mes collègues de travail: Nesrine, Wassila, Khadîdja, Nabila, Amel A tout le personnel du Laboratoire de recherche: Traitement et Mise en Forme des Polymères, en particulier Nadia Bouguettaya Djamila Remerciements Mes remerciements vont en premier lieu à Dieu le tout puissant qui m’a donné le courage, la force et la santé pour réaliser ce travail Ce travail a été réalisé dans le Laboratoire de Recherche Traitement et Mise en Forme des Polymères de la Faculté des Sciences de l’Ingénieur à l’Université de Boumerdes, sous la direction de Mr D. Aliouche, Professeur à la faculté des Sciences de l’Ingénieur à l’Université de Boumerdes. Je tiens à lui exprimer toute ma gratitude pour m’avoir proposé ce thème de recherche et avoir suivi sa réalisation avec compétence, et pour les encouragements et les conseils qu’il m’a prodigués tout au long de ce travail. Je tiens à remercier tous les membres du jury d’avoir accepté de juger ce travail: Merci à Monsieur M-T. Abadlia Professeur et Directeur de centre universitaire de Bouira pour l’honneur qu’il m’a fait en acceptant de présider cette thèse. Merci à Madame Atika Oudia Assistant professeur, à l’Université de Beira Intérieur (Portugal) pour le soutien et d’avoir accepté d’examiner ce travail. Merci à Messieurs S. Lamouri Professeur à l’Ecole Militaire polytechnique Bordj El Bahri, M. Kaci Professeur à l’Université A. Mira de Bejaia et N-E. Djelali, Professeur à la faculté des sciences de l’Université de Boumerdes d’avoir accepté d’examiner ce travail de thèse. Je tiens à remercier mon mari Adel pour ses encouragements, son soutien, ses conseils pour terminer ce travail. Je suis très reconnaissante à Mlle Helouane Chef du Département de Biologie de la faculté des Sciences, pour m’avoir accueilli au sein du Laboratoire de Microbiologie sans oublier Mr Mahfoud qui m’a aidé dans l’analyse microbiologique. Je remercie Madame Talantikite et Mlle Maiza du Laboratoire de Microbiologie au département Technologie Alimentaire de la faculté des sciences de l’ingénieur pour leur soutien matériel. Je remercie Mr A. Nouani, chef du département Technologie Alimentaire de m’avoir accueilli au sein du laboratoire d’analyse spectroscopique et Mlle Haderbeche, Maitre Assistante pour avoir pris le temps de me former à l’analyse spectroscopie UV-Visible. Je remercie Mr A. Mazouz, chef du département génie des procédés industriels de la faculté des sciences de l’ingénieur pour son aide et soutien. Je tiens à exprimer toute ma reconnaissance et mon amitié à Mlle Kh. Tahar, ingénieur au laboratoire de contrôle de la qualité chargé de l’analyse physicochimique - filiale Biotic SAIDAL (El Harrach), pour son soutien. Enfin je remercié toutes les personnes qui m’ont aidé de près ou de loin à réaliser ce travail. Merci à tous SOMMAIRE Liste des tableaux Liste des figures Liste des abréviations Introduction générale 4 Chapitre I: Mise en œuvre des polymères à activité biologique 7 I.1. Introduction 7 I.2. Méthodes de mise en œuvre des fibres antibactériennes 9 I.2.1. Méthode par dépôt 10 I.2.2. Méthode par apprêtage 11 I.2.3. Méthode par dissolution 12 I.2.4. Méthode par fusion 12 I.2.5. Méthode par micro-encapsulation 12 I.2.6. Méthode par greffage radiochimique 13 I.2.7. Méthode par greffage chimique 15 I.2.8. Méthode par inclusion des molécules actives 16 I.2.8.1. Fixation des cyclodextrines sur les fibres de polymère 20 I.2.8.2. Mécanisme d’inclusion de molécules actives dans les cyclodextrines 21 Chapitre II: Mécanismes de modification de la cellulose 23 II.1. Structure et propriétés de la cellulose 23 II.2. Méthodes de modification chimique de la cellulose 27 II.2.1. Modification du squelette de la cellulose 27 II.2.2. Modification des groupes hydroxyles de la cellulose 28 II.2.2.1. Les désoxy-substitutions 28 II.2.2.2. Ethers de cellulose et analogues 29 II.2.2.3. Esters de cellulose et analogues 29 II.2.3. Modification de la cellulose par greffage chimique et copolymérisation 31 II.2.4. Autres méthodes de modification de la cellulose 36 II.2.4.1. Greffage par rayonnement ionisant 36 II.2.4.2. Greffage par rayonnement lumineux 37 II.2.4.3. Greffage induit par irradiation plasma 38 II.2.4.4. Greffage induit par laser 38 II.3. Conclusion 38 Chapitre III: Partie expérimentale 41 III.1. Introduction 41 III.2. Matériels et méthodes 43 III.2.1. Matières 43 III.2.1.1. Caractéristiques et prétraitements de la cellulose du coton 43 III.2.1.2. Caractéristiques et prétraitements de la cellulose du bois 44 III.2.1.3. Caractéristiques des réactifs 44 III.2.2. Méthodes d’essais et de caractérisation 47 III.2.2.1. Caractérisation 47 III.2.2.2. Mesure de l’absorption et la rétention des fibres 47 III.2.2.3. Mesure du gonflement des fibres 48 III.2.2.4. Analyse de l’activité antibactérienne des fibres fonctionnalisées 48 III.2.2.5. Adsorption des colorants 49 III.2.2.6. Adsorption des polluants organiques 50 Chapitre IV: Imprégnation des fibres par les sels d’ammoniums quaternaires 51 IV.1. Procédure d’imprégnation 52 IV.2. Résultats et discussion 52 IV.2.1. Caractérisation 52 IV.2.2. Etude du gonflement des fibres imprégnées 54 IV.2.3. Etude de l’activité antibactérienne des fibres imprégnées 57 Chapitre V: Formation de complexes cellulose-cyclodextrine 61 V.1. Méthode de synthèse 62 V.1.1. Synthèse de la CDNMA 62 V.1.2. Synthèse du complexe CDNMA/IC 63 V.1.3. Greffage des complexes CDNMA/IC sur les supports cellulosiques 63 V.2. Résultats et discussion 64 V.2.1. Caractérisation de la cellulose modifiée 64 V.2.2. Etude du gonflement des fibres 66 V.2.3. Etude de l’activité antibactérienne de la cellulose-g-CDNMA-IC 68 V.2.4. Adsorption des polluants organiques sur la cellulose-g-CDNMA 68 V.2.4.1. Adsorption des colorants 69 V.2.4.2. Adsorption des composés aromatiques 80 Chapitre VI: Greffage chimique et préparation de thiocarbamates de cellulose 86 VI.1. Modification de la cellulose par greffage et copolymérisation de l’acrylonitrile 86 VI.1.1. Greffage et copolymérisation de l’acrylonitrile sur la cellulose 88 VI.1.2. Hydrolyse des celluloses greffées 88 VI.1.3. Caractérisation 89 VI.1.4. Capacité d’absorption et gonflement des cellulose-g-polyacrylonitrile 91 VI.2. Préparation de thiocarbamates de cellulose 94 VI.2.1. Caractérisation 95 VI.2.2. Etude de l’activité antibactérienne de la cellulose-thiocarbamate-g- polyacrylonitrile 97 Conclusion générale 99 Références bibliographiques 103 LISTE DES TABLEAUX Chapitre I: mises en œuvre des polymères à activité biologique Tableau I.1: Principaux antibactériens utilisés dans les polymères ………………. 9 Tableau I.2: Propriétés physiques et chimiques des cyclodextrines………………. 18 Chapitre IV: Imprégnation des fibres par les sels d’ammoniums quaternaires Tableau IV.1: Pourcentage de réduction bactérienne de la cellulose-co-Aliquat 1529 (concentration initiale =3%)………………………………………………………… 58 Tableau IV.2: Pourcentage de réduction bactérienne de la cellulose-co-Aliquat 336 (concentration initiale =3%)………………………………………………………… 58 Tableau IV.3: Pourcentage de réduction bactérienne de la cellulose-co-Aliquat 1529 (concentration initiale =0,1%)……………………………………………………… 59 Tableau IV.4: Pourcentage de réduction bactérienne de la cellulose-co-Aliquat 336 (concentration initiale =0,1%)………………………………………………………. 59 Chapitre V: Formation de complexes cellulose- cyclodextrine Tableau V.1: Pourcentage de réduction bactérienne de la cellulose-g-CDNMA-IC… 68 Tableau V.2: Paramètres de l’isotherme de Langmuir pour l’adsorption du colorant réactif par la cellulose-g-CDNMA……………………………………………………………. 75 Tableau V.3: Paramètres de l’isotherme de Freundlich pour l’adsorption du colorant réactif par la cellulose-g-CDNMA…………………………………………………… 75 Tableau V.4: Paramètres de l’isotherme de Langmuir pour l’adsorption du Méthyle orange par la cellulose-g-CDNMA…………………………………………………………… 77 Tableau V.5: Paramètres de l’isotherme de Freundlich pour l’adsorption du Méthyle orange par la cellulose-g-CDNMA……………………………………………………. 77 Tableau V.6: Paramètres de l’isotherme de Langmuir pour l’adsorption du Bleu de Méthylène par la cellulose-g-CDNMA………………………………………………. 79 Tableau V.7: Paramètres de l’isotherme de Freundlich pour l’adsorption du Bleu de Méthylène par la cellulose-g-CDNMA……………………………………………… 80 Chapitre VI: Greffage chimique et préparation de thiocarbamates de cellulose Tableau VI.1: Taux de greffage de l’acrylonitrile sur les fibres cellulosique…… 91 Tableau VI.2: Absorption et rétention des liquides par les celluloses greffées et hydrolysées………………………………………………………………………… 92 Tableau VI.3: Taux de réduction bactérienne de la cellulose thiocarbamate-g- polyacrylonitrile………………………………………………………………… 97 LISTE DES FIGURES Chapitre I: mises en œuvre des polymères à activité biologique Figure I.1: Schéma d’une fibre imprégnée d’un agent antibactérien par dépôt ………. 10 Figure I.2: Mécanisme d’action des ammoniums quaternaires sur les bactéries……… 11 Figure I.3: Schéma d’un polymère imprégné par apprêtage…………………………… 11 Figure I.4: Schéma d’un polymère fonctionnalisé par un agent antibactérien par fusion.. 12 FigureI.5:Schéma d’un polymère avec des molécules actives fixées par micro encapsulation ou microsphère ………………………………………………. ……... 13 Figure I.6: Schéma général d’une micro capsule et une microsphère………………… 13 Figure I.7: Représentation schématique uploads/Geographie/ ghemati-djamila.pdf