L’utilisation du Polyamide 66 dans l’industrie automobile est en forte croissance car il offre à un bon compromis légèreté/propriétés mécaniques pour les applications de structure. A noter que pendant le service d’un véhicule, les pièces en polyamides sont souvent soumises à des sollicitations mécaniques très sévères aboutissant à une dégradation progressive du matériau. Récemment. E. Mourglia-Seignobos (thèse 2009), a montré que l’endommagement du polyamide 66 implique des mécanismes de cavitation et de microcraquelure dans la phase amorphe. Afin d'améliorer la durabilité de ce matériau, nous avons modifié la cohésion de sa phase amorphe via l'introduction de fonction phénolique à forte interactions intermoléculaires. Nous proposons une méthode de préparation de copolyamides bloc, à base du polyamide 66 et des noyaux phénoliques, par extrusion réactive. Nous montrons que, contrairement à la co-polycondensation classique, la structure cristalline de ces copolymères n’a pas été significativement modifiée, surtout à faible taux de PA6HIA. Les propriétés mécaniques et particulièrement la tenue en fatigue de ces copolymères dépassent largement celles du PA66. Les résultats obtenus mettent en évidence l’impact de la cohésion de la phase amorphe sur les propriétés ultimes de polymères semi-cristallins d’une part, et ouvrent la voie vers une meilleure augmentation de la durabilité de ces matériaux via le perfectionnement de leur phase cristalline d’autre part. / The use of polyamides in the automotive industry has grown significantly over the last years with the demand to reduce vehicle weight and also to increase fuel efficiency. Polyamide 66 having excellent chemical resistance, mechanical strength and toughness becomes the largest engineering thermoplastic used in automotive components. These latter are often submitted to repeated stress during service and their mechanical properties decline progressively until the failure. E. Mourglia-Seignobos (thesis 2009), pointed out that damage of polyamide 66 involves voids nucleation and growth in the amorphous phase. In order to improve the durability of this material, we tailored the cohesive energy of its amorphous phase by introducing phenolic moieties offering strong intermolecular H-bonds interactions. We proposed a preparation method of block copolyamides containing aliphatic polyamide 66 and phenolic groups (PA6HIA) by reactive extrusion. Microstructural characterizations pointed out that crystalline properties of resulting copolymers are not significantly altered at low PA6HIA content and that reactive extrusion is more appropriate than the in-situ copolymerization for the preparation of these materials. We showed that PA66/6HIA copolyamides having undisturbed crystalline features exhibit superior mechanical performance than the standard PA66, particularly longer lifetime under cyclic loading. The results of this work put in evidence the impact of the amorphous phase on the ultimate properties of semi-crystalline polymers in one hand, and open the way to a better increase of the durability of these materials by improving their crystalline features in another hand.

Dans le contexte de développement durable actuel, les matériaux biosourcés et biodégradables commencent à prendre une place importante d’un point de vue économique et écologique. L’objectif de remplacer les polyoléfines utilisées actuellement dans des domaines clés tels que l’emballage et l’automobile est cependant difficile car les matériaux « verts » sont rarement aussi performants. Ils présentent en général des lacunes au niveau de leurs propriétés mécaniques et sont sensibles à des dégradations qui limitent leur durée de vie. Le poly(butylène succinate) est un polyester connu depuis longtemps mais qui regagne de l’intérêt grâce à son potentiel biosourcé et biodégradable ainsi que ses propriétés mécaniques proches de celles des polyoléfines. Néanmoins, sa rigidité est encore trop faible et sa sensibilité importante à l’hydrolyse limite son utilisation dans le temps, même dans des conditions standards de température et d’humidité. Des améliorations de la stabilité du PBS sont possibles et plusieurs solutions ont été envisagées. L’intérêt s’est porté sur la modification de la balance hydrophile/hydrophobe du PBS par l’ajout d’un comonomère ramifié très hydrophobe, le Pripol 1009 ou possédant un cycle aromatique, l’acide téréphtalique. L’addition de charges dans le matériau peut également s’avérer efficace pour neutraliser les fins de chaines acides catalysant la dégradation, en utilisant du carbonate de calcium, ou pour limiter la perméabilité du matériau, par incorporation de talc. Dans l’optique de moduler les propriétés mécaniques du PBS, la voie de modification la plus fructueuse est le mélange par incorporation de charges minérales, comme le carbonate de calcium ou le talc, ou le mélange avec d’autres polyesters possédant une rigidité plus importante, tels que le poly(acide lactique) ou le poly(butylène téréphtalate). Les mélanges doivent présenter une bonne compatibilité et être mis en œuvre à des températures convenables pour limiter la dégradation du PBS et conserver la ductilité du matériau final, comme c’est le cas des mélanges PBS/PLA. Des combinaisons ont également été envisagées entre les différentes solutions efficaces pour améliorer à la fois les propriétés mécaniques et la stabilité face à l’hydrolyse chimique. / Within the frame of sustainable development, biobased and biodegradable polymers are going to play an important role according to economic and environmental perspectives. The polyolefins currently used in packaging and automotive industries will be replaced by biomaterials. The poly(butylene succinate), an “old” aliphatic polyester, has recently regained interest thanks to its biobased and biodegradable potential and mechanical properties similar to polyolefins. However, this polyester is very sensitive to degradation even at mild ambient conditions and, even though its flexibility is comparable to polyethylene or polypropylene, its modulus is too low. Some modifications of the chemical structure were considered to improve the long-term use of PBS. The synthesis of random copolymers using long-chain fatty acid Pripol 1009 or terephthalic acid allows to reduce significantly the hydrolysis rate and properties are maintained during a longer time. The incorporation of fillers like calcium carbonate and talc also enhance the PBS stability. The addition of calcium carbonate neutralizes carboxyl terminal group, which play an autocatalytic role in the hydrolytic degradation. High aspect ratio of talc increases the gas and liquid diffusion path, reducing permeability and providing better barrier properties to the material. In order to improve Young’s modulus, formulating blends with mineral fillers like calcium carbonate and talc, or with more rigid polyesters like polylactic acid or poly(butylene terephthalate) are efficient. The most interesting results are obtained by using calcium carbonate and polylactic acid, which allow the preservation of PBS’s flexibility. Processing parameters should be maximized to limit the degradation of PBS. Combinations of the most interesting solutions were investigated and lead to materials which fulfill the required specifications.

La plupart des couches d'isolation de câbles pour la moyenne tension "MV" et haute tension "HV" sont fabriquées en polyéthylène réticulé (XLPE) par voie peroxyde. L'impact des sous-produits de réaction sur les propriétés et la nécessité d'une étape de dégazage au cours du processus sont les principaux problèmes liés à cette technologie. Cette étude se concentre sur le développement d'une méthode de réticulation alternative sans les problèmes liés aux sous-produits. Des copolymères d’éthylène/époxy ont été réticulés thermiquement en utilisant un agent aminoacide pour créer des liaisons covalentes entre les fonctions époxydes. L’influence de différents paramètres sur la cinétique de réaction tels que la température de réticulation, les proportions aminoacide/époxy, la taille des particules de l’aminoacide et la teneur en époxy dans les copolymères a été étudiée par techniques de caractérisation telles que : rhéologie dynamique, spectrométrie FTIR, microscopie à balayage électronique et calorimétrie différentielle. En outre, l'étude de la structure du réseau avant et pendant un vieillissement thermique a été effectuée par différentes techniques (mesures de gonflement, spectroscopie FTIR, propriétés de traction et thermoporosimétrie) sur deux types de réseaux : un pré-contraint et un autre non-contraint. Enfin, une caractérisation des propriétés électriques par spectroscopie diélectriques et mesures de claquage électrique a été faite. Les résultats concernant les cinétiques de réaction, les propriétés thermomécaniques et le comportement électrique ont montré que la formulation développée dans cette étude peut être utilisée pour une application de câble. / Most of insulation layers of cables for medium voltage “MV” and high voltage “HV” applications are made of crosslinked polyethylene (XLPE) by peroxide technology. The impact of reaction by-products on properties and the consequential need of a degassing stage during the process are the main problems related to this technology. This study focuses on the development of an alternative crosslinking method without by-products issues. Epoxy-ethylene copolymers were thermally crosslinked by using an amino-acid agent to create covalent cross-links between epoxide functions. Influence of several parameters on kinetic reactions such as crosslinking temperature, amino acid/epoxy proportions, size particle of amino acid and epoxy content in copolymers were studied by characterization techniques such as: dynamic rheology, FTIR spectrometry, SEM microscopy and differential calorimetry. In addition, study of the network structure before and during a thermal aging was done on a pre-constrained and a non-constrained network by different techniques (swelling ratio measurement, FTIR spectroscopy, tensile properties and thermoporosimetry analysis). Finally, a characterization of electrical properties by dielectric spectroscopy and breakdown measurements was done. Results related to reaction kinetic, thermo-mechanical properties and electrical behavior have shown that the developed formulation can be used for cable application.

Le procédé de coextrusion permet de combiner à l’état fondu plusieurs couches de polymères dans une même structure. La compatibilisation des différentes couches est généralement réalisée à l’aide de liants qui réagissent in-situ. Bien que la compatibilisation puisse permettre de réduire ou même supprimer les instabilités macroscopiques d’écoulement, un nouveau défaut qualifié de « granité » peut apparaitre. Très peu de travaux de la littérature traitent les mécanismes gouvernant ce type de défaut. Les phénomènes mis en jeu sont particulièrement complexes puisqu’ils impliquent de façon couplée des phénomènes hydrodynamiques via l’écoulement, la rhéologie des différentes couches et des phénomènes physico-chimiques via la diffusion et la réaction chimique aux interfaces polymère/polymère. Ce mémoire s’articule autour d’une étude multi-échelle du rôle des copolymères aux interfaces sur la stabilité des écoulements stratifiés. L’étude a été réalisée à la fois sur des systèmes non-réactifs et réactifs constitués d’une couche barrière, le polyamide 6 (PA6) ou le poly(éthylène-co-alcool vinylique) (EVOH), avec un polypropylène (PP) ou un polypropylène greffé anhydride maléique (PP-g-AM). Le défaut de « granité » a été mis en évidence en coextrusion. Les paramètres procédé et matériaux influençant son apparition ont été identifiés. Il a pu être différencié des défauts et des instabilités interfaciales généralement rencontrées en coextrusion. Le phénomène de compatibilisation a également été étudié via les caractérisations morphologiques (MET, MEB, AFM) et physico-chimiques (XPS) aux interfaces. Le comportement rhéologique en cisaillement et élongation en viscoélasticité linéaire et non linéaire s’est révélé très sensible à l’effet la présence de copolymères aux interfaces et à leur architecture moléculaire. Cette étude a permis de déterminer les propriétés intrinsèques de l’interface/interphase en fonction du copolymère formé entre le liant et le PA6 ou l’EVOH. Elles ont pu être corrélées aux défauts macroscopiques observés dans les films multicouches coextrudés. La stabilité de ces écoulements stratifiés résulte d’un couplage de phénomènes qui se produisent à différentes échelles : nano (réaction de copolymérisation), micro (interphase) et macro (écoulement dans le procédé). / Several polymers can be combined in one multilayer structure by reactive coextrusion. Tie-layers are often used to compatibilize the adjacent layers and may reduce or suppress the interfacial instabilities and the defects in the multilayer coextrusion flow. However, an additional defect defined as the “grainy” defect can be observed. In the best of our knowledge, no study in literature has been devoted to understand its origin. The phenomena are quite complex due to the coupling of the effects of flow and the physico-chemical mechanisms at the interface. The aim of this work is to understand the relations between the instabilities and the defects encountered in multilayer coextruded films and the role of the copolymer formed in-situ between tie and barrier layers. Polyamide 6 (PA6) and ethylene-vinyl alcohol copolymer (EVOH) were used as the barrier layers sandwiched in a polypropylene (PP) with or without a polypropylene grafted maleic anhydride (PP-g-MA) as a tie-layer. The effect of the process parameters and the structure of the polymers on the generation of the “grainy” defect was assessed in correlation with the rheological and the physicochemical properties of the layers. These experiments have shown that this defect appeared mainly in the compatibilized EVOH system and could be distinguished from the usual coextrusion instabilities. The interfacial properties between tie and barrier layers were investigated. The characterization of the interfacial morphology by TEM and AFM highlighted an irregular and rough interface between PP-g-MA and EVOH while a flat interface was observed with PA6 and PP-g-MA. Step shear and startup elongation rheology was shown to be sensitive to the copolymer at the polymer/polymer interface. The study of the interfacial properties highlighted that the copolymer architecture significantly impacts the interfacial roughness and the rheology of the multilayer stuctures. Hence, relations between the relaxation process, the interfacial morphology and the copolymer architecture were established in correlation with the generation of the macroscopic grainy defect in coextrusion.

Ce travail est axé sur l’amélioration des propriétés de biospécificité de sondes polymères fluorescentes, d’architectures contrôlées synthétisées par polymérisation RAFT, pour deux applications principales : le ciblage de tumeurs cancéreuses in vivo et le marquage de protéines pour des études in cellulo. Pour une imagerie ciblée de l’angiogénèse tumorale in vivo, des systèmes de ciblage multivalents à deux niveaux ont été élaborés en combinant à la fois i) des polymères bien contrôlés synthétisés par polymérisation RAFT et par le procédé PISA, ii) des clusters peptidiques tétravalents présentant une forte affinité pour les intégrines αvβ3 et iii) des fluorophores émettant dans le rouge lointain/proche-infrarouge pour un suivi in vitro et in vivo par microscopie optique. Deux types de sondes ont été synthétisés, des conjugués linéaires et des nanoparticules chevelues. La présentation multivalente du cluster peptidique permet d’augmenter considérablement l’affinité pour les intégrines αvβ3. Les premières évaluations biologiques indiquent une internalisation cellulaire des sondes polymères médiée par les clusters peptidiques ainsi qu’un marquage sélectif des cellules sur-exprimant les intégrines αVβ3. Pour le marquage de protéines, deux stratégies ont été explorées : le marquage de protéines natives par couplage covalent de sondes ω-fonctionnelles et le marquage de protéines recombinantes par des sondes porteuses d’un ligand spécifique. Pour la première stratégie, une fonction ester activé a été introduite en extrémité ω de sondes polymères par chimie thiol-ène pour marquer les résidus lysines des protéines natives. Cette approche a abouti à un poly-marquage difficile à contrôler mais offrant une brillance élevée. Pour la seconde stratégie, un groupement acide nitrilotriacétique (NTA) a été introduit en extrémité α des sondes polymères afin de marquer spécifiquement les protéines taguées Histidines. Cette approche a permis un marquage efficace de différentes protéines et permet de contrôler précisément le nombre de sondes par protéine ainsi que leur site de fixation sur la protéine. Finalement, suite à ces travaux, une nouvelle stratégie de synthèse de polymères séquencés par addition successive de monomères hétéro-bifonctionnels en utilisant des réactions chimiques très efficaces, sélectives et orthogonales a été proposée et validée. / This work is focused on improving the biospecificity properties of fluorescent polymer probes, with controlled architectures, for two main applications: the in vivo targeting of cancer tumors and the labeling of proteins for in cellulo studies. For a targeted imaging of tumor angiogenesis in vivo, targeting systems presenting two levels of multivalency were developed by combining both i) well-controlled polymers synthesized by RAFT polymerization and the PISA process, ii) peptide tetravalent clusters exhibiting a high affinity for the αvβ3 integrins and iii) fluorophores emitting in the far red / near-infrared for a monitoring in vitro and in vivo by optical microscopy. Two types of probes were synthesized, linear conjugates and hairy nanoparticles. Multivalent presentation of the peptide cluster induced a significant increase of the affinity for αvβ3 integrins. The first biological evaluations also indicated an efficient cellular internalization of polymer probes mediated by the peptide clusters and a selective labeling of cells over-expressing αvβ3 integrins. For protein labeling, two strategies were explored: the labeling of native proteins by covalent coupling of ω-functional polymer probes and the labeling of recombinant proteins by probes bearing a specific ligand at one chain-end. For the first strategy, an activated ester function was introduced at the ω-end of polymer probes by thiol-ene chemistry to label the lysine residues of native proteins. This approach resulted in a poly-labeling, difficult to control but providing highly bright bioconjugates. For the second strategy, a nitrilotriacetic acid group (NTA) was introduced at the α-end of polymers probes to specifically label Histidine tagged proteins. This approach enabled an efficient labeling of different proteins with a more precise control of the number of probes per protein and of the binding site. Finally, following this work, a new synthetic strategy of sequenced polymers by successive addition of hetero-bifunctional monomers using highly efficient, selective and orthogonal chemical reactions was proposed and validated.

<p> Over the past decade, the development of surface-initiated living polymerization methods has brought a breakthrough to surface modification owing to their control ability. Surface-initiated atom transfer radical polymerization (si-ATRP), as the most popular one, has been widely employed to give novel polymer structures and functionalities to various surfaces for the purposes of tailoring surface properties, introducing new functions, or preparing so-called "smart surfaces", which can respond to external stimuli such as solvent type, pH, temperature, electric and magnetic fields etc. In this thesis, the mechanistic study of the si-ATRP was first carried out through modeling to gain good understanding of si-ATRP. Si-ATRP was then employed to prepare different types of polymer brushes to produce "smart surfaces". </p> <p> The kinetic model was developed using the method of moment. Combined with experimental data, a quantitative analysis was carried out for the si-ATRP mechanism. All information of grafted polymer chains, including active chain concentration, radical concentration, chain length, polydispersity, was illustrated. A new radical termination mechanism, termed as migration-termination, was proposed for si-ATRP. </p> <p> Si-ATRP was then employed to graft poly(oligo(ethylene glycol) methacrylate) (POEGMA) block poly(methyl methacrylate) (PMMA) brushes on silicon wafer surfaces. Simple solvent treatment gave nanoscale patterns via the phase segregation of POEGMA and PMMA segments. Various patterns including spherical aggregates, wormlike aggregates, stripe patterns, perforated layers and complete overlayers, were obtained by adjusting the upper block layer thickness. Furthermore, these nanopatterns had a unique stimuli-responsive property, i.e., switching between different morphologies reversibly after being treated with selective solvents. </p> <p> POEGMA-block-poly(2-(methacryloyloxy)ethyl trimethylammonium chloride) (PMETAC) brushes, having two hydrophilic segments, were synthesized by si-ATRP method. A variety of nanopatterns and their stimuli-responsive ability were observed. The adsorption behaviors of fibrinogen on these patterns were thoroughly studied by ellipsometry, water contact angel measurement, AFM and radio labelling method. </p> <p> A novel thermo-responsive copolymer, poly(2-(2-methoxyethoxy)ethyl methacrylate -co-oligo(ethylene glycol) methacrylate) (P(ME02MA-co-OEGMA)), was also grafted onto silicon wafers. Its thermo-responsive behavior and chain conformation in aqueous solution were studied by neutron reflectometry (NR). Both extended and collapsed brushes exhibited good protein adsorption resistance. </p> / Thesis / Doctor of Philosophy (PhD)

A spin-cast silicone membrane has been successfully bonded between two injection-molded microstructured plastic discs. This sandwich structure creates a useful platform for mass production of microfluidic systems, provided that the bonds are leakproof. The bonds were achieved by a silicon dioxide coating deposited on the plastic discs by evaporation. This investigation is concerned with the process and the result only, no theory is discussed.

De nouveaux glycopolymères greffés aux paramètres macromoléculaires contrôlés [dextrane-g-poly(acrylate de diéthylène glycol cholestéryle), Dex-g-PADEGChol] ont été préparés en quatre étapes via la stratégie de synthèse « grafting from». L'originalité de ces glycopolymères réside dans la combinaison, et pour la première fois, d'une dorsale polysaccharide hydrophile biocompatible/ biodégradable et de greffons polymères hydrophobes à caractère mésogène. L'ATRP a été utilisée pour contrôler la croissance des greffons PADEGChol en milieu homogène à partir d'un macroamorceur dérivé de dextrane (DexAcBr). Les conditions de polymérisation avaient été préalablement ajustées en étudiant l'homopolymérisation du monomère ADEGChol en présence d'un amorceur modèle et de plusieurs systèmes catalytiques CuIBr/(PMDETA ou OPMI) dans différents solvants (THF ou toluène). Le caractère amphiphile de ces glycopolymères a été évalué et leurs propriétés mésomorphes ont été étudiées par calorimétrie différentielle à balayage, microscopie optique à lumière polarisante et par diffraction des rayons X. Des études préliminaires par microscope électronique à transmission et diffusion dynamique de la lumière polarisée ont démontré que ces glycopolymères adoptent une morphologie vésiculaire appelée « polymersome » en phase aqueuse, lorsque le DMSO est utilisé comme co-solvant. Ces nano-objets pourront être testés ultérieurement pour la formulation d'un nouveau type de vecteurs de principes actifs / New graft glycopolymers with well-defined parameters [dextran-g-poly(diethylene glycol cholesteryl ether acrylate) (Dex-g-PADEGChol)] have been prepared in four steps using the "grafting from" strategy. Challenge of this work arises from the combination for the first time of a hydrophilic, biocompatible/biodegradable polysaccharide backbone with mesogen hydrophobic polymeric grafts. Controlled growth of the grafts (PADEGChol) was obtained using ATRP initiated in homogeneous medium from a dextran derivative (DexAcBr). In order to find the best polymerization conditions, homopolymerization of ADEGChol monomer was investigated using an initiator model and various catalytic systems CuIBr/(PMDETA or OPMI) in two solvents (Toluene and THF). The amphiphilic properties of such glycopolymers were evaluated and their mesomorphic properties have been studied by thermal polarizing optical microscopy, differential scanning calorimetry and X-ray scattering. Using transmission electron microscopy and dynamic light scattering, vesicular morphology called "polymersome" was observed in aqueous medium when DMSO was used as co-solvent. These polymersomes could be tested as new drug delivery systems