Soutenance mémoire
La colonisation des surfaces immergées dans l’eau de mer par des organismes marins (bactéries, algues, mollusques…), connus sous le nom de salissures marines ou « fouling » en anglais, est toujours un problème d’actualités. Pour l’industrie navale, les salissures marines conduisent à plusieurs effets négatifs, telles qu’une détérioration accélérée des matériaux (corrosion), une augmentation de rugosité et de poids entraînant une surconsommation en carburant et une perte de manœuvrabilité. D’un point de vue écologique, les salissures marines bouleversent l’écosystème marin par l’introduction d’espèces exotiques. Il a été estimé par l’armée américaine que le coût associé aux salissures marines pour un navire de guerre (Arleigh Burke‐class destroyer DDG‐51) représente cinquante‐six millions de dollars par an, soit un milliard de dollars sur quinze ans.
Plusieurs solutions existent pour lutter contre le dépôt des salissures marines. Depuis l’Antiquité, les revêtements composés de métaux lourds comme le plomb et le cuivre, et les revêtements composés de goudron et d’asphalte ont été utilisés pour protéger les coques des bateaux immergées dans l’eau de mer. Au milieu du dix neuvième siècle, les revêtements polymères (huile de lin, gomme, colophane) dans lesquels un composé toxique (oxyde de cuivre, arsenic, ou mercure) étaient dispersés ont été appliqués. L’introduction des peintures dites auto‐polissantes (SPC) à base de tri‐butylétain (TBT) dans les années 60 a connu un fort succès grâce à son efficacité anti‐salissures marines durable (5 ans) et à son moindre coût. La matrice de ces peintures était constituée de chaînes polymères hydrolysables, permettant une érosion contrôlée du revêtement et la libération constante de TBT sous forme d’oxydes. Cependant, ce type de peinture a été interdit d’utilisation à partir des années 80 à cause d’effets néfastes sur des organismes non visés. La France fut le premier pays à interdire l’application de peintures à base de TBT sur les bateaux de moins de vingt‐cinq mètres de long en 1982. La présence de ces peintures sur les coques de bateaux a été interdite à partir de 2008 dans le monde entier.
REVÊTEMENTS ANTI‐SALISSURES MARINES
Salissures marines
Formation et développement de la salissure marine
Les salissures marines sont des organismes vivants qui colonisent les surfaces immergées dans le milieu marin. Ce processus se divise généralement en quatre étapes :
i) la formation d’un film conditionnant par adsorption de lipides, peptides, polysaccharides, protéines et ions à la surface du substrat immergé. Cette étape a lieu quelques secondes après immersion dans le milieu marin.
ii) la colonisation primaire : tout d’abord, les bactéries planctoniques isolées viennent se fixer en colonies sur la surface. Cette adhésion est réversible, car seules des liaisons faibles et non covalentes comme les forces de Van der Waals, des interactions électrostatiques ou acide‐base, s’établissent. Puis, les bactéries s’ancrent de manière irréversible sur la surface via des appendices (pili) et la sécrétion d’exopolymères. Par conséquent, un biofilm se forme. Lorsque le biofilm est mature, il est traversé par des liquides transportant des nutriments et peut se développer à l’échelle macroscopique dans des conditions optimales.
iii) la colonisation secondaire : l’existence de ce film microbien fournit suffisamment de nutriments pour permettre la fixation d’espèces multicellulaires (par exemple, les spores de macro‐algues), généralement appelé microsalissures.
iiii) la colonisation tertiaire : des macro‐organismes marins ou macrosalissures comprenant des macroalgues, des éponges, des cnidaires, des mollusques, des balanes, des bryozoaires, et des tuniciers peuvent aussi coloniser ces surfaces conditionnées.
Facteurs influençant la salissure marine
Influence de l’environnement
Plusieurs facteurs environnementaux influencent l’installation des salissures marines sur les surfaces, tels que la salinité, le pH, la température, les niveaux de nutriments, les courants, et l’intensité de la radiation solaire. Ces facteurs varient selon la saison, l’espace (ou la zone géographique), et la profondeur. L’eau de mer est normalement alcaline, et le pH des couches de surface de la mer, où l’eau est en équilibre avec le dioxyde de carbone dans l’atmosphère, se situe entre 8,0 et 8,3 dans un océan ouvert. Il est bien connu que la salissure est généralement plus intense dans les régions où la température de l’eau est élevée. Par exemple, dans les zones polaires où la température est inférieure à 5°C, la salissure se développe faiblement et seulement pendant une courte période, au cours de l’été. La colonisation et la succession des communautés de salissures biologiques sont fortement affectées par la saisonnalité dans les régions tempérées, avec moins de développement de la salissure en hiver en raison de la réduction de la température de l’eau de mer, de l’intensité des radiations solaires, et du nombre de spores et de larves. Les régions tropicales et sub‐tropicales montrent moins de variations dans les communautés de salissures, en raison de la constance de la température de l’eau et des niveaux de lumière à ces latitudes qui contribuent à une reproduction continue.
La plupart des formes communes de salissures sont incapables de résister à une faible salinité, ce qui affecte la vitesse de croissance et leur taille maximale, et provoque plusieurs malformations. Cependant, le biofilm, les algues et les bryozoaires sont également rencontrés dans les eaux de faible salinité.
Technologies anti‐salissures marines
La prévention de la salissure et de la bio‐corrosion en milieu marin peut être assurée par des revêtements anti‐salissures marines. Le simple fait de recouvrir la coque des navires de la marine marchande par des peintures anti‐salissures marines permet, au niveau mondial, un gain économique de 60 milliards de dollars en consommation de carburant et une réduction des émissions de CO2 de 384 millions de tonnes/an.
Dans une excellente revue, Lejars et al. ont regroupé l’ensemble des publications traitant des différentes technologies de lutte contre le dépôt des organismes marins par revêtements. Le nombre des publications et brevets ne cessent d’augmenter depuis les années 1980, où les premières interdictions d’utiliser des peintures organostanniques sont apparues.
Selon le mode d’action, les revêtements anti‐salissures marines sont classés en deux grands groupes : i) les revêtements chimiquement actifs, qui luttent contre les organismes marins en inhibant ou en limitant leur installation par relargage de composés chimiquement actifs, et (ii) les revêtements non toxiques, qui inhibent l’installation d’organismes ou améliorent l’élimination d’organismes installés sans impliquer une quelconque action chimique.
|
Table des matières
INTRODUCTION GÉNÉRALE
CHAPITRE I. ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE
1. INTRODUCTION
2. REVÊTEMENTS ANTI‐SALISSURES MARINES
2.1. Salissures marines
2.2. Technologies anti‐salissures marines
3. SYNTHÈSE DE COPOLYMÈRES À BLOCS À BASE DE PDMS
3.1. Propriétés spécifiques des polysiloxanes ou silicones
3.2. Synthèse de copolymères à blocs à base de PDMS
4. SYNTHÈSE DE COPOLYMÈRES À BLOCS À BASE DE POLY((MÉTH)ACRYLATE DE TRI‐ALKYLSILYLE)
4.1. Propriétés spécifiques des poly((méth)acrylate de tri‐alkylsilyle)s
4.2. Synthèse de copolymères à base de poly((méth)acrylate de tri‐alkylsilyle)s
5. CARACTÉRISTIQUES DES COPOLYMÈRES À BLOCS À BASE DE PDMS
5.1. Morphologies de copolymères à blocs
5.2. Propriétés de surface de films polymères à base de PDMS
5.3. Dégradation thermique de polymères à base de PDMS et de poly((méth)acrylate de tri‐alkylsilyle)s
6. CONCLUSIONS
7. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
CHAPITRE II. SYNTHÈSE DE COPOLYMÈRES À BLOCS
1. INTRODUCTION
2. CHOIX DE L’AGENT DE TRANSFERT DE CHAÎNE (CTA)
3. SYNTHÈSE DE MACRO‐AGENTS DE CHAÎNE (MACRO‐CTAS)
3.1. Choix de la méthode de synthèse du macro‐CTA
3.2. Optimisation des conditions réactionnelles
3.3. Purification
3.4. Détermination structurale des macro‐CTAs
4. SYNTHÈSE DE COPOLYMÈSES À BLOCS
4.1. Synthèse de copolymères à blocs PDMS‐bloc‐PMASi
4.2. Synthèse de copolymères à bloc PDMS‐bloc‐P(MASi‐stat‐BMA)
5. CONCLUSIONS
6. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
7. ANNEXES
CHAPITRE III. CARACTÉRISATIONS PHYSICO‐CHIMIQUES DES COPOLYMÈRES
1. INTRODUCTION
2. DÉGRADATION THERMIQUE
2.1. Dégradation thermique des macro‐CTAs
2.2. Dégradation thermique des homopolymères PMASi et PBMA
2.3. Dégradation thermique des copolymères P(MASi‐stat‐PBMA)
2.4. Dégradation thermique des copolymères à blocs à base de PDMS
2.5. Composition chimique des copolymères à base de PDMS
3. TEMPÉRATURE DE TRANSITION THERMIQUE
3.1. Température de transition thermique des PDMS de départ
3.2. Température de transition thermique de copolymères à blocs à base de PDMS
4. APTITUDE DES COPOLYMÈRES À FORMER UN FILM
4.1. Copolymères PDMS‐bloc‐PMASi (MC1Mx)
4.2. Copolymères PDMS‐bloc‐P(MASi‐stat‐BMA)
5. ÉTUDE DE LA MORPHOLOGIE DES FILMS
5.1. Étude de la morphologie des films par SAXS
5.2. Étude de la morphologie des films par AFM
6. MOUILLABILITÉ DES SURFACE
7. ÉTUDE DES PROPRIÉTÉS DE SURFACE PAR AFM
8. CONCLUSIONS
9. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
10. ANNEXES
CHAPITRE IV. PROPRIÉTÉS EN IMMERSION DE VERNIS ET REVÊTEMENTS FORMULÉS À BASE DE COPOLYMÈRES À BLOCS
1. INTRODUCTION
2. FORMULATION DE PEINTURES ANTI‐SALISSURES MARINES
2.1. Composition de la peinture
2.1. Application des peintures
2.2. Apparence des revêtements
3. ÉVOLUTION DES PROPRIÉTÉS DE SURFACE DES VERNIS ET DES REVÊTEMENTS FORMULÉS AU
COURS D’UNE IMMERSION EN EAU DE MER ARTIFICIELLE
3.1. Hydrophobie et énergie de surface avant immersion
3.2. Variation de l’hydrophobie de surface au cours de l’immersion
3.3. Variation de l’énergie libre de surface au cours de l’immersion
3.4. Mesure de prise en eau des vernis et revêtements
3.5. Évolution des propriétés d’érosion en immersion statique en eau de mer artificielle
4. PROPRIÉTÉ ANTI‐ADHÉSION BACTÉRIENNE IN VITRO
4.1. Test d’anti‐adhésion bactérienne
4.2. Activité anti‐adhésion bactérienne des vernis et revêtements formulés
5. ÉVOLUTION DES ACTIVITÉS ANTI‐SALISSURES MARINES DES REVÊTEMENTS EN IMMERSION STATIQUE IN SITU
5.1. Propriétés d’érosion des revêtements au cours de l’immersion in situ
5.2. Propriété « fouling release » des revêtements au cours de l’immersion in situ
5.3. Efficacité anti‐salissure marine
6. CONCLUSIONS
7. RÉFÉRENCES BIBLIOGRAPHIQUES
8. ANNEXES
CONCLUSION GÉNÉRALE
Télécharger le rapport complet
