Titre de l'écran-titre (visionné le 23 janvier 2024) / L'électrofilage est une méthode facile et économique qui utilise des forces électriques pour créer des fibres dont les diamètres varient de quelques nanomètres à quelques micromètres. Le procédé est polyvalent, fonctionne avec divers matériaux et produit des fibres aux propriétés uniques telles qu'une grande surface spécifique et une porosité élevée. Il peut également incorporer des charges pour des matériaux composites. En ajustant les paramètres et en modifiant le collecteur et le dispositif de filage, il est possible de créer diverses structures de fibres. Cette technique permet la production de matériaux auxétiques caractérisés par un coefficient de Poisson négatif. L'objectif de cette étude est d'explorer la création de membranes auxétiques à base de produits biosourcés et biodégradables par le biais du procédé d'électrofilage en solution, en mettant l'accent sur l'amélioration de leurs propriétés par l'incorporation de charges. Pour atteindre cet objectif, des membranes lisses et sans perles fabriquées à partir de poly(butylène succinate) (PBS) biosourcé ont été initialement produites par électrofilage en solution. La qualité et la structure de ces membranes ont été améliorées en introduisant du bromure de cétyltriméthylammonium (CTAB) en tant que tensioactif. Par la suite, des membranes PBS auxétiques avec des coefficients de Poisson négatifs aussi bas que -5,73 ont été fabriquées par électrofilage en solution. Les effets de la morphologie des fibres, de leur orientation, de leur alignement et de la direction des fibres par rapport à la rotation du collecteur sur les propriétés mécaniques des membranes résultantes, en mettant particulièrement l'accent sur le coefficient de Poisson, ont été étudiés. Les résultats ont révélé que le degré d'orientation des fibres et l'agencement des fibres dans les directions transversale et parallèle ont été identifiés comme les facteurs les plus importants contrôlant les propriétés mécaniques des membranes électrofilées. Enfin, des nanoplaquettes de graphène (GNP) ont été incorporées dans les matrices PBS par électrofilage en solution pour créer des membranes composites conductrices et auxétiques. En particulier, une membrane contenant 0,2% en poids de GNP et fabriquée à la vitesse de collecteur la plus élevée (9,96 m/s) a montré une conductivité électrique exceptionnelle (1,56x10⁻⁴ S/m) tout en ayant un coefficient de Poisson négatif (CPN) de -1,5 en tension. / Electrospinning is a facile and cost-effective method using electrical forces to create fibers with diameters ranging from nanometers to micrometers. It is versatile, working with various materials and produces fibers with unique properties such as high surface area and porosity. It can also incorporate fillers for composite materials. By adjusting the parameters and modifying the collector speed, it is possible to create diverse fiber structures. This technique enables the production of auxetic materials characterized by a negative Poisson's ratio. The aim of this study is to explore the creation of auxetic membranes that are biobased and biodegradable through the process of solution electrospinning, with an emphasis on improving their properties via filler addition. To achieve this objective, smooth and beadless membranes made from biobased poly(butylene succinate) (PBS) were initially produced through solution electrospinning. The quality and structure of these membranes were improved by adding cetyltrimethylammonium bromide (CTAB) as a surfactant. Subsequently, auxetic PBS membranes with negative Poisson's ratios as low as -5.73 were manufactured through solution electrospinning. The effect of fiber morphology, orientation, alignment, and the direction of fiber with respect to the collector's rotation on the mechanical properties of the resulting membranes was studied, with a particular focus on the Poisson's ratio. The results revealed that the level of fiber orientation and the arrangement of fibers in both transverse and parallel directions were identified as the most important factors controlling the mechanical properties of electrospun membranes. Finally, graphene nanoplatelets (GNP) were incorporated into the PBS matrix via solution electrospinning to create conductive and auxetic composite membranes. In particular, a membrane containing 0.2% w/v GNP and produced at the highest collector speed (9.96 m/s) showed exceptional electrical conductivity (1.56x10⁻⁴ S/m) while having a negative Poisson's ratio (NPR) of -1.5 in tension.

Les supercondensateurs ont reçu une attention considérable en raison de leur grande densité de puissance. Cependant, leur densité d'énergie reste limitée et une grande partie des électrodes sont composées de carbones provenant de matériaux pétroliers. Ici, une électrode est créée à partir d'aérogels composés de nanofibres de lignine électrofilée. Premièrement, des membranes de nanofibres de lignine sont composées par électrofilature. Ces membranes sont composées de nanofibres continues possédant un diamètre entre 200 et 900 nm. Les membranes possédant une concentration de 25% de lignine sont choisies pour subir un broyage, un freeze-casting, une lyophilisation et une carbonisation pour donner des aérogels de carbone. Ces aérogels présentent une surface spécifique de 2,9700 m²/g possiblement causé par un broyage insuffisant des membranes. De plus, ils présentent des impuretés introduit par la lignine utilisée. Ces aérogels sont ensuite déposés sur un collecteur pour servir d'électrode. Après, les électrodes subissent un CV qui donne une capacité de 0, 003 F ainsi qu'une densité d'énergie maximale de 4,2449 · 10⁻⁵ W h/kg pour une densité de puissance de 0,006367 W/kg / Supercapacitors have received considerable attention due to their high power density. However, their energy density remains limited and a large part of the electrodes are composed of carbone derived from petroleum materials. Here, an electrode is created from aerogels assembled from electrospun lignine nanofibers. First, fiber nanofiber membranes are synthesized by electrospinning. These membranes are composed of nanofibers that have a diameter between 200 and 900 nm. The membranes having a concentration of 25% of lignin are chosen to undergo grinding, freeze-casting, freeze-drying and carbonization to produce carbon aerogels. These aerogels have a specific surface area of 2,9700 m²/g possibly due to insuf- ficient grinding of the membranes. In addition, they present impurities due to the use of non-distilled water during carbonization. These aerogels are then deposited on a collector to serve as an electrode. Afterwards, the electrodes undergo cyclic voltammetry which gives a capacity of 0,003 F as well as a maximum energy density of 4,2449 · 10⁻⁵ W h/kg for power density 0,006367 W/kg

Le procédé d'électro-filage est devenu une technique privilégiée pour la préparation des matériaux nano-fibreux, grâce à sa simplicité de mise en oeuvre, la polyvalence des matières premières utilisées, ainsi que la diversité des structures obtenues. Sa capacité à produire des réseaux fibrillaires, proches de ceux du vivant ont ouvert la voie à d'importantes applications en ingénierie tissulaire. Cette étude a porté sur i) l'élaboration de nano-fibres à base de biopolymères commerciaux par un procédé d'électro-filage, pour des applications en ingénierie tissulaire, ii) leur fonctionnalisation et, iii) l'étude par SANS de la stabilité des chaînes de polymères constituant ces fibres. La stabilité d'un polymère est un facteur important pour la dégradation contrôlée dans les systèmes biologiques. Des études de la stabilité de polystyrène, utilisé ici comme un modèle simple, dans le milieu confiné des nanofibres, ont été élaborés avec la technique de diffusion de neutrons aux petits angles. L'investigation de la conformation des chaînes de polymère dans les nanofibres montre une anisotropie remarquable, en suggérant une forte déformation des chaînes dans la direction axiale des fibres d'au cours de procédé d'électro-filage. La dynamique de relaxation des chaînes a permis d'évaluer leur stabilité et vieillissement dans le milieu confiné des nanofibres. Des fibres biocompatibles à base de poly(-caprolactone) (PCL) ont été électro-filées et optimisées pour obtenir des matériaux nano-structurés et fonctionnalisés en vue d'applications biomédicales. L'introduction par chimie click azide-alcyne de groupes saccharidiques dans le coeur ou en surface des fibres de PCL a été réalisée très efficacement selon deux approches distinctes avant ou après électro-filage. Les caractérisations physico-chimiques et biologiques réalisées sur les différents systèmes ont notamment permis de mettre en évidence la biodisponibilité des sucres à la surface des fibres ainsi que leur capacité à rendre la PCL hydrophile. Ces résultats attestent du potentiel de la chimie click à permettre la fonctionnalisation de fibres de polyesters sans altération de leur structure ouvrant ainsi d'importantes perspectives dans le domaine de l'ingénierie tissulaire.

Le procédé d’électro-filage est devenu une technique privilégiée pour la préparation des matériaux nano-fibreux, grâce à sa simplicité de mise en oeuvre, la polyvalence des matières premières utilisées, ainsi que la diversité des structures obtenues. Sa capacité à produire des réseaux fibrillaires, proches de ceux du vivant ont ouvert la voie à d’importantes applications en ingénierie tissulaire. Cette étude a porté sur i) l'élaboration de nano-fibres à base de biopolymères commerciaux par un procédé d’électro-filage, pour des applications en ingénierie tissulaire, ii) leur fonctionnalisation et, iii) l’étude par SANS de la stabilité des chaînes de polymères constituant ces fibres. La stabilité d’un polymère est un facteur important pour la dégradation contrôlée dans les systèmes biologiques. Des études de la stabilité de polystyrène, utilisé ici comme un modèle simple, dans le milieu confiné des nanofibres, ont été élaborés avec la technique de diffusion de neutrons aux petits angles. L’investigation de la conformation des chaînes de polymère dans les nanofibres montre une anisotropie remarquable, en suggérant une forte déformation des chaînes dans la direction axiale des fibres d’au cours de procédé d’électro-filage. La dynamique de relaxation des chaînes a permis d’évaluer leur stabilité et vieillissement dans le milieu confiné des nanofibres. Des fibres biocompatibles à base de poly(-caprolactone) (PCL) ont été électro-filées et optimisées pour obtenir des matériaux nano-structurés et fonctionnalisés en vue d’applications biomédicales. L’introduction par chimie click azide-alcyne de groupes saccharidiques dans le coeur ou en surface des fibres de PCL a été réalisée très efficacement selon deux approches distinctes avant ou après électro-filage. Les caractérisations physico-chimiques et biologiques réalisées sur les différents systèmes ont notamment permis de mettre en évidence la biodisponibilité des sucres à la surface des fibres ainsi que leur capacité à rendre la PCL hydrophile. Ces résultats attestent du potentiel de la chimie click à permettre la fonctionnalisation de fibres de polyesters sans altération de leur structure ouvrant ainsi d’importantes perspectives dans le domaine de l’ingénierie tissulaire. / Electrospinning process has become a leading technique for producing nano-fibrous scaffolds that are highly porous, lighter, and with superior mechanical properties than their bulk equivalents. Structural properties of electrospun fibers closely resemble to the connective cell tissue, making these nonwovens readily employed in medicine and pharmacy. The research study of this thesis focused on bridging the commercially available biopolymers with the tissue engineering applications through multifunctional aspects of carbohydrates and click chemistry coupling. Biocompatible fibers were electrospun from poly(-caprolactone) and further optimized into clickable azido-PCL scaffolds. Their surface-activity was visualized after click coupling of a fluorescent dye onto PCL-based electrospun fibers, while hydrophilicity and bioactivity were achieved by covalent bonding of carbohydrates, enabling specific cell adhesion possibilities of these nonwovens. Selective lectin surface-immobilization revealed the potential of these scaffolds for specific protein adhesion and therefore controlled cell-material interactions. Polymer stability is an important factor for controlled degradation in tissue engineering applications. Small angle neutron scattering studies were carried out to estimate the stability of polystyrene as a model-polymer, its chain conformation in as-spun and thermally annealed electrospun fibers. Notable anisotropy of polymeric chains within the fibers was observed. The terminal relaxation time of the polystyrene was estimated and compared to the theoretical value.

L'électrofilature est un procédé de fabrication utilisant l'énergie électrique pour transformer une solution à base de polymère en fibres d'un diamètre nanométrique. La variation des paramètres expérimentaux est utilisée pour optimiser le diamètre des fibres de polymère et l'ajout de précurseurs métalliques dans la solution permet d'obtenir des fibres de céramique après calcination. Durant ce projet, les montages expérimentaux pour l'électrofilature de fibres de polymère, de céramique et de céramique magnétique ont été fabriqués. Des fibres de polyoxyde d'éthylène (POE) ont été produites et leur diamètre optimisé en modifiant les paramètres expérimentaux. Des fibres d'alumine (AI₂O₃) ont été produites en calcinant des fibres de poly vinyl pyrrolidone (PVP) et d'aluminium 2,4 pentanedionate (C₁₅H₂₁AIO₆). Enfin, des fibres de ferrure de nickel (NiFe₂O₄) et de cobalt (CoFe₂O₄) démontrant des caractéristiques superparamagnétiques ont été produites avec la même méthode de calcination. Les différents échantillons ont été analysés par microscopie électronique par balayage et spectroscopic dispersive en énergie.