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Nanostructuration de ﬁlms nanocomposites amidon / argent et amidon / argent / m

Nanostructuration de ﬁlms nanocomposites amidon / argent et amidon / argent / montmorillonites par proc´ ed´ e de ” chimie verte ” : inﬂuence des voies de g´ en´ eration des nanoparticules m´ etalliques sur la structure et les propri´ et´ es de transport Perrine Cheviron To cite this version: Perrine Cheviron. Nanostructuration de ﬁlms nanocomposites amidon / argent et amidon / argent / montmorillonites par proc´ ed´ e de ” chimie verte ” : inﬂuence des voies de g´ en´ eration des nanoparticules m´ etalliques sur la structure et les propri´ et´ es de transport. Polym` eres. Universit´ e Claude Bernard - Lyon I, 2015. Fran¸ cais. <NNT : 2015LYO10047>. <tel-01150851> HAL Id: tel-01150851 https://tel.archives-ouvertes.fr/tel-01150851 Submitted on 12 May 2015 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entiﬁc research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destin´ ee au d´ epˆ ot et ` a la diﬀusion de documents scientiﬁques de niveau recherche, publi´ es ou non, ´ emanant des ´ etablissements d’enseignement et de recherche fran¸ cais ou ´ etrangers, des laboratoires publics ou priv´ es. N° d’ordre : Année 2014-2015 THESE présentée devant l’UNIVERSITE CLAUDE BERNARD – LYON 1 pour l’obtention du DIPLOME DE DOCTORAT (arrêté du 7 août 2006) Présentée et soutenue publiquement le 8 Avril 2015 par Perrine Cheviron Nanostructuration de films nanocomposites amidon / argent et amidon / argent / montmorillonites par procédé de « chimie verte » : influence des voies de génération des nanoparticules métalliques sur la structure et les propriétés de transport Jury : Mme Eliane ESPUCHE Professeur, Directrice de thèse Mr Fabrice GOUANVE Maitre de Conférences, Co-directeur de thèse Mme Lavinia BALAN Chargée de Recherche, rapportrice Mr Laurent LEBRUN Maitre de Conférences, rapporteur Mr Frédéric LEBEAUFORT Professeur, examinateur Mr Emmanuel BEYOU Professeur, examinateur Thèse Perrine Cheviron Université Claude Bernard Lyon 1 2 Thèse Perrine Cheviron Université Claude Bernard Lyon 1 3 UNIVERSITE CLAUDE BERNARD - LYON 1 Président de l’Université Vice-président du Conseil d’Administration Vice-président du Conseil des Etudes et de la Vie Universitaire Vice-président du Conseil Scientifique Directeur Général des Services M. François-Noël GILLY M. le Professeur Hamda BEN HADID M. le Professeur Philippe LALLE M. le Professeur Germain GILLET M. Alain HELLEU COMPOSANTES SANTE Faculté de Médecine Lyon Est – Claude Bernard Faculté de Médecine et de Maïeutique Lyon Sud – Charles Mérieux Faculté d’Odontologie Institut des Sciences Pharmaceutiques et Biologiques Institut des Sciences et Techniques de la Réadaptation Département de formation et Centre de Recherche en Biologie Humaine Directeur : M. le Professeur J. ETIENNE Directeur : Mme la Professeure C. BURILLON Directeur : M. le Professeur D. BOURGEOIS Directeur : Mme la Professeure C. VINCIGUERRA Directeur : M. le Professeur Y. MATILLON Directeur : Mme. la Professeure A-M. SCHOTT COMPOSANTES ET DEPARTEMENTS DE SCIENCES ET TECHNOLOGIE Faculté des Sciences et Technologies Département Biologie Département Chimie Biochimie Département GEP Département Informatique Département Mathématiques Département Mécanique Département Physique UFR Sciences et Techniques des Activités Physiques et Sportives Observatoire des Sciences de l’Univers de Lyon Polytech Lyon Ecole Supérieure de Chimie Physique Electronique Institut Universitaire de Technologie de Lyon 1 Ecole Supérieure du Professorat et de l’Education Institut de Science Financière et d'Assurances Directeur : M. F. DE MARCHI Directeur : M. le Professeur F. FLEURY Directeur : Mme Caroline FELIX Directeur : M. Hassan HAMMOURI Directeur : M. le Professeur S. AKKOUCHE Directeur : M. le Professeur Georges TOMANOV Directeur : M. le Professeur H. BEN HADID Directeur : M. Jean-Claude PLENET Directeur : M. Y.VANPOULLE Directeur : M. B. GUIDERDONI Directeur : M. P. FOURNIER Directeur : M. G. PIGNAULT Directeur : M. le Professeur C. VITON Directeur : M. le Professeur A. MOUGNIOTTE Directeur : M. N. LEBOISNE Thèse Perrine Cheviron Université Claude Bernard Lyon 1 4 Ce travail est le résultat d’une thèse ministérielle à l’Université Lyon 1 dans le laboratoire IMP (Ingénierie des Matériaux Polymères). Une activité complémentaire d’enseignement (ACE, ex monitorat) a également été menée en parallèle à raison de 64h par an. Ont ainsi été encadrés des travaux pratiques de licences en 3e année ainsi que des cours de recherche bibliographique et de Projets Etudiants Licence de 1ère année. Plusieurs communications, orales et écrites, ont été menées sur ce travail de thèse, en France et à l’étranger. Communications orales : NANOSMAT 9th International Conference on Surfaces, Coatings and Nanostructured Materials | 8-11 Septembre 2014 | Dublin, Irlande JEPO 41 transalpin, Journée d’études des Polymères | 15-22 Septembre 2013 | Aussois, France Journée du Centre Technologique des Microstructures | 19 Décembre 2013 | Lyon, France Séminaire et Journée des Doctorants, internes au laboratoire IMP | Lyon, France Communication par posters : 4th International Colloids Conference, Surface Design & Engineering | 15-18 Juin 2014 | Madrid, Espagne 41e colloque national du Groupe Français des Polymères | 19-22 Novembre 2012 | Grenoble, France Thèse Perrine Cheviron Université Claude Bernard Lyon 1 5 Résumés Nanostructuration de films nanocomposites amidon / argent et amidon / argent / montmorillonites par procédé de « chimie verte » : influence des voies de génération des nanoparticules métalliques sur la structure et les propriétés de transport Des films nanocomposites amidon / argent ont été préparés par deux voies de génération vertes de nanoparticules d’argent. La première voie, dite ex situ, consiste à préparer tout d’abord une solution colloïdale d’argent qui est ensuite redispersée dans une matrice amidon plastifiée glycérol. Les nanoparticules d’argent colloïdales sont synthétisées en solution aqueuse par réduction du nitrate d’argent par du glucose en présence d’amidon stabilisant. La seconde voie, dite in situ, consiste à disperser le nitrate d’argent dans le film amidon plastifié et le réduire directement dans le film par traitement thermique en présence ou non de réducteur. L’influence du taux de glucose réducteur, du temps de synthèse et de la température a été étudiée en termes de taille, distribution de taille et dispersion des nanoparticules d’argent dans les films nanocomposites ex situ et in situ. Tout en gardant des paramètres de procédé comparables, les deux voies de nanostructuration des films amidon/argent ont également été comparées en termes de structure, de propriétés thermiques et de transport. Enfin, l’incorporation de charges montmorillonites a également été étudiée dans les deux voies de génération des nanoparticules métalliques. L’ensemble des travaux a permis de valider les deux voies de génération vertes menant à des nanoparticules d’argent dispersées de manière homogène et de tailles moyennes inférieures à 30 nm. La voie in situ à 85°C se distingue par des nanoparticules d’argent cristallines et de très petites tailles (inférieures à 10 nm) avec une interface amidon/argent cohésive particulière qui permettent d’améliorer les propriétés barrières aux gaz et à l’eau avec une diminution de perméabilité observée jusqu’à 90%. Mots clefs : nanoparticules d’argent, amidon, films nanocomposites, synthèse, ex situ, in situ, transport, propriétés barrière, sorption d’eau, perméabilités à l’eau et à l’oxygène Nanostructuration of starch/silver and starch/silver/montmorillonites nanocomposites films with green process : influence of the silver nanoparticles generation routes on structure and transport properties. The present work reports a strategy involving the preparation of silver nanoparticles in a biodegradable polymer stemming from either an ex situ or an in situ method, using in both cases a completely green chemistry process. The influence of the reducing agent concentration and the silver nanoparticles generation route is investigated on the structure, the morphology and the properties of the nanocomposite films. In both routes, silver nanoparticles with a diameter below 30 nm were highlighted in the nanocomposite films. For all nanocomposite films, no modification on the crystalline structure of the starch matrix is observed in the presence of silver. The in situ generation route allowed to obtain the smallest silver nanoparticles with a diameter below 10 nm. Crystalline silver nanoparticles were obtained only from the in situ generation route at the temperature of 85°C. The introduction of montmorillonites in both generation routes was also studied. The decrease of the water sorption and the improvement of water and oxygen barrier properties were found to be not dependent on the reducing agent concentration but mainly on the presence of the crystalline structure of the silver nanoparticles. Thus, significant enhancement of the barrier properties were finally obtained for the in situ nanocomposite films thanks to an efficient interaction between the crystalline silver nanoparticles and the starch matrix. Key words : Silver nanoparticle, starch, nanocomposite, in situ and ex situ syntheses, transport, barrier properties, water sorption, oxygen and water permeability Thèse ministérielle effectuée au sein du laboratoire d’ Ingénierie des Matériaux Polymères (IMP) UMR CNRS 5223. Adresse : Bâtiment POLYTECH-Lyon / 15, boulevard Latarjet / 69622 Villeurbanne Thèse Perrine Cheviron Université Claude Bernard Lyon 1 6 Thèse Perrine Cheviron Université Claude Bernard Lyon 1 7 Remerciements Ce travail de thèse est l’aboutissement de trois années riches en découvertes mais aussi en échanges et en rencontres. Je tiens à remercier, par ces nombreuses lignes, les personnes qui y uploads/Science et Technologie/ nano-e-structur-as.pdf