Oxyde de graphène, Hydrogels, Composites, Propriétés mécaniques, Gonflement, Absorption de colorant

Cette thèse porte sur l'élaboration et l'étude de composites à base d'oxyde de graphène (OG) afin de mieux connaître les relations entre leurs propriétés et leur utilisation pour l'absorption sélective. Dans ce but, des dispersions aqueuses de OG ont été synthétisées par la méthode de Hummer modifiée. La fonctionnalisation des OG avec des groupes fonctionnels riches en oxygène et l'exfoliation pour obtenir des feuillets monocouches ont été confirmées par spectroscopie photoélectronique à rayons X, mesures du potentiel Zeta, diffraction des rayons X et microscopie électronique à balayage. Tout d'abord, les propriétés structurelles et rhéologiques des dispersions aqueuses de OG ont été étudiées en fonction de la concentration de OG et du pH. L'augmentation de la concentration de OG a induit une transition fluide- structure de type nématique observée par microscopie optique polarisée, une diminution de la distance entre les feuillets adjacents de OG, une augmentation des propriétés viscoélastiques et un comportement rhéofluidifiant avec une augmentation de la contrainte seuil. Au contraire, une augmentation du pH jusqu'à 5 induit une diminution de la taille des feuillets de OG par rupture de structures agégées et, par conséquent, une diminution des propriétés viscoélastiques et d'écoulement. A partir de pH=5, ces propriétés sont pratiquement identiques, associées à une valeur quasi constante du potentiel Zeta. Dans la deuxième partie, trois types de polymères ont été sélectionnés pour élaborer des composites à base de OG, sous forme d'hydrogels ou de membranes séchées. Des dispersions aqueuses de OG (méthode Hummer modifiée) ont été introduites dans des solutions aqueuses de poly(alcool vinylique) (PVA) réticulées par la méthode de congélation-décongélation sans ajout de réticulant pour élaborer des hydrogels composites en faisant varier la concentration de PVA, de GO et le nombre de cycles de congélation-décongélation. Il a été clairement démontré que la concentration en OG était le principal facteur d'amélioration des propriétés viscoélastiques et de l'absorption du bleu de méthylène (BM) des hydrogels composites PVA/GO. Pour élaborer des hydrogels composites thermosensibles, de nouvelles dispersions aqueuses de OG ont été synthétisées par la méthode améliorée de Hummer en évitant la formation de gaz toxiques pendant la réaction. Les feuillets de OG ont été carboxylées (GO-COOH) pour augmenter la charge électrique négative avant d'être introduites dans des solutions aqueuses de N-isopropylacrylamide (NIPAM) réticulées par réaction de polymérisation radicalaire en présence de N, N'-méthylènebisacrylamide utilisé comme réticulant. Le résultat le plus intéressant a été la modulation à la fois des propriétés mécaniques et de l'absorption du BM notamment avec une augmentation entre 35' et 40' correspondant à la température critique de plus basse solubilité du PNIPAM. Enfin, pour obtenir des composites sous forme membranes séchées, sensibles au pH, et réutilisables aussi bien dans des conditions acides et alcalines, des dispersions aqueuses de OG (méthode Hummer améliorée) ont été incorporées dans des mélanges de solutions d'acide 2-(N-morpholino) éthanesulfonique de chitosane et d'alginate de sodium réticulées par l'ajout de chlorhydrate de N-(3-diméthylaminopropyl)-N'-éthylcarbodiimide et de N-hydroxysuccinimide. En fonction de la charge de surface des solutions aqueuses utilisées pour l'élaboration des membranes séchées, nous avons obtenu une absorption sélective de l'orange de méthyle (MO) anionique dans des conditions acides et du BM cationique dans des conditions alcalines respectivement, associée à une amélioration des propriétés mécaniques. De plus, les membranes peuvent être réutilisées au moins plusieurs fois, probablement en raison de la forte réticulation entre le chitosan et l'alginate de sodium basée sur une réaction amide entre les groupes amine du chitosan et les groupes carboxyle de l'alginate de sodium.