Une nouvelle génération d’assemblages nano-organisés, constitués de couches lipidiques enveloppant des cœurs particulaires sphériques, a été développée ces dernières années. Un des nombreux intérêts de cette génération d’assemblages, à structure bio-inspirée, est de constituer in fine des vecteurs ou réservoirs pour des applications biomédicales de délivrance contrôlée de principes actifs. Ce type d’architecture originale est obtenu par réorganisation de membranes lipidiques à la surface de nanoparticules de polymère. Au cours de ce travail, la sélection du support colloïdal s’est portée sur des nanoparticules de chitosane, un biopolymère aux propriétés physico-chimiques et biologiques remarquables. Ces nanoparticules ont été élaborées par une méthode dite de « gélification ionique » à l’aide de tripolyphosphate de sodium. L’optimisation de ce procédé de synthèse a permis l’obtention de nanoparticules cationiques et sphériques, de taille reproductible d’une centaine de nanomètres, et de distribution en taille étroite. Aucune modification de ces caractéristiques de taille n'a été montrée durant au moins 4 mois à 23°C dans l'eau. Quant aux membranes lipidiques, il a été choisi d’élaborer des vésicules ou des nano-disques modèles et anioniques de façon à présenter une charge électrostatique opposée à celle des surfaces particulaires. La caractérisation de ces entités en termes de taille, distribution en taille, charge de surface et morphologie a été effectuée par diffusion quasi-élastique de la lumière, microscopie électronique à transmission, diffusion de neutrons aux petits angles et zêtamétrie. L’influence de différents paramètres physico-chimiques impliqués dans la formation des assemblages (i.e., force ionique et pH de la phase continue, rapport lipides/nanoparticules) a été examinée, permettant d’une part, une meilleure compréhension des interactions s’établissant entre les chaînes de chitosane et les membranes lipidiques, et d’autre part, l’obtention d’assemblages de taille et de distribution en taille satisfaisantes. Une étude de l’incorporation de différentes molécules thérapeutiques (isoniazide, ibuprofène et rose bengale) dans le support particulaire a ensuite été réalisée afin d’évaluer le potentiel des nanoparticules de chitosane, puis des assemblages lipidiques en tant que vecteurs de principes actifs. Des études préliminaires ont ainsi pu mettre en évidence que ce recouvrement surfacique lipidique apportait une modification satisfaisante du profil de relargage du principe actif. / A novel generation of nano-organized assemblies, composed of lipid layers surrounding spherical nanoparticle cores, has been recently developed for drug delivery applications. This original architecture results of the lipid membrane reorganization onto colloidal polymer surfaces. In the present study, the colloidal supports are constituted of chitosan nano-hydrogels, a biopolymer with exceptional physicochemical and biological properties. These colloidal supports have been elaborated via an ionic gelation process using sodium tripolyphosphate as gelation agent. The optimization of all the parameters involved in this process has led to cationic spherical nanoparticles, with reproducible sizes in nanometer range, and narrow size distributions. No alteration of these characteristics has been observed for at least 4 months in water at 23 °C. Regarding the lipid membranes, two different morphologies (i.e., vesicle and nanodisc) have been prepared. Lipid formulation has been designed to obtain objects with a negative surface charge, opposed to chitosan nanoparticle one. These entities were characterized in terms of size, size distribution, surface charge and morphology using dynamic light scattering, transmission electron microscopy as well as small angle neutron scattering. The assembly of colloidal supports and lipid membranes has been investigated by studying the influence of the different physicochemical parameters involved in the synthesis. During this study, phenomena involved in the adsorption process were pointed out, and experimental conditions were optimized in order to control the assembly elaboration process. Finally, a study on drug incorporation (isoniazid, ibuprofen and rose bengale) into chitosan nanoparticles has been carried out. Preliminary experiments on drug release from nanoparticles and assemblies revealed a promising effect of the surface modification of assemblies on their drug release profile.

Le contexte environnemental actuel contraint l’industrie automobile à trouver des solutions pour réduire les émissions de CO2 des véhicules. Une des voies développées consiste à alléger les véhicules en substituant les matériaux à densité élevée comme l’acier par des matériaux plus légers comme les composites. Parmi eux, les SMC (Sheet Molding Compound), généralement employés pour des applications semi-structurales, aspirent à des applications structurales, à condition d’améliorer leurs performances mécaniques (notamment en choc et en fatigue). Les SMC sont composés d’une phase polymère organique (réseau polyester ou vinylester associé à un additif anti-retrait), de charges inorganiques et de fibres de renfort. Cette étude s’est concentrée sur le rôle de la matrice (phase organique + charges) sur les propriétés à la rupture de formulations SMC à fibres de verre et fibres de carbone. Trois axes de recherche ont été développés : i) Analyse de l’existant en évaluant le rôle de l’additif anti-retrait et celui des charges sur les propriétés mécaniques de matrices SMC, ii) Renforcement de matrices SMC par l’utilisation de particules core-shell (CSR), iii) Evaluer le rôle de la matrice sur les SMC à partir des précédents résultats. Dans un premier temps, il a été montré que l’ajout d’un additif de type polystyrène, initialement immiscible dans une résine polyester, conduit à une diminution de la résistance au choc. L’impact de l’augmentation du taux d’un additif initialement miscible (polyester saturé ou polyacétate de vinyle) de faible Tg est gouverné par deux effets antagonistes : la présence de plus en plus importante d’une phase souple renforçante et le développement de microvides qui dégradent les propriétés mécaniques. Puis, l’effet des charges inorganiques a été analysé. Il a été montré que l’ajout de CaCO3 conduisait à une amélioration de la résistance à la propagation de fissure. La résistance à l’amorçage de fissure semble être liée au retrait de polymérisation. La diminution des propriétés à la rupture en présence de microsphères de verre a été démontrée. L’utilisation de charges alternatives a également été explorée. Dans un second temps, des matrices vinylester ont été renforcées par des particules core-shell, qui ont démontré leur efficacité en augmentant considérablement la résistance au choc et la ténacité des systèmes. Des analyses microscopiques ont permis d’identifier des mécanismes de renforcement. Enfin, le rôle de la matrice sur les SMC a été évalué. Ainsi, une augmentation du taux d’additif dans les SMC renforce la matrice et modifie probablement la résistance de l’interface fibre-matrice, entraînant une augmentation de la résistance au choc. L’ajout CaCO3 dégrade cette propriété. De plus, celui-ci masque l’effet renforçant des particules core-shell. Enfin, sur composites à fibres de carbone sans CaCO3, l’ajout de particules CSR permet d’augmenter jusqu’à 20% leur résistance au choc et d’améliorer leur tenue en fatigue. / Because of the current environmental context, automotive industry has to find solutions to reduce CO2 emissions of vehicles. In order to address this issue, one of the possible ways concerns the reduction of the overall weight of cars by substituting heavy steel parts by lightweight composite materials. Among composite materials, Sheet Molding Compounds (SMCs) are used in cars (semi-structural parts) thanks to their low cost and low weight. Their use in structural applications is relevant, provided that their mechanical properties are improved (especially in impact and fatigue). These composites are generally constituted of a polymer matrix (unsaturated polyester or vinylester resin blended with an anti-shrinkage additive) reinforced by short fibers and mineral fillers. The aim of this work was to evaluate the role of the matrix on the mechanical properties of carbon fibers (FC-SMC) and glass fibers-based SMC composite (FV-SMC). Three points were developed : i) a study of existing SMC formulations by assessing the influence of low-profile additive and inorganic fillers on the matrices mechanical properties, ii) a study of the toughening of SMC matrices by adding core-shell rubbers particles (CSR), iii), from the previous results, a last part to assess the impact of the matrix on SMC mechanical properties. First, it was shown that adding a polystyrene (PS) low-shrinkage additive, initially immiscible with a polyester resin (before polymerization), leads to a reduction of Charpy impact resistance, because of PS domains which act as defects. When an initially miscible low-Tg additive is used (PVAc or saturated polyester SP), two antagonist effects were found. When the amount of PVAc or SP was increased, a competition between composition (the presence of a soft phase is more important) and morphology (larger microvoids are created, which lead to a drop of fracture toughness) controlled the evolution of mechanical properties. Then, it was shown that CaCO3 improved fracture toughness of materials. Crack initiation resistance seemed to be lied to polymerization shrinkage. Adding glass microspheres led to a drop of mechanical properties. Other types of fillers were also investigated. In a second part, vinylester matrices were blended with CSR particles. An important toughening was obtained in comparison to a standard SMC matrix. Toughening mechanisms like CSR cavitation, plastic deformation of the matrix or crack-bridging were identified with electronic microscopic observations. Finally, the role of the matrix on SMC was studied. Increasing the rate of saturated polyester (low-profile additive) in FC- SMC formulations led to a better Charpy impact resistance, because of the higher matrix toughness and a probable modification of the fiber/matrix adhesion. With CSR particles in FV-SMC, the presence of CaCO3 limited the toughening. On FC-SMC without fillers, CSR particles led to a better Charpy impact resistance and a better fatigue behavior.

Les travaux de cette thèse concernent l’étude et la modélisation rhéocinétique de systèmes chimiques réactifs à base de prépolymères PA haute température (PA-HT) pour la mise en forme de composites de hautes performances à base de matrice thermoplastique. Ils visent, plus particulièrement, le développement d’une métrologie adaptée pour le suivi de réactions très rapides sous hautes températures (supérieures à 275°C) et pouvant atteindre des degrés de conversions très élevés à des temps très courts. La viscosité du milieu atteint des valeurs supérieures à 10 Pa.s en moins d’une minute. L’intérêt d’une telle étude est double : i) l’optimisation du temps nécessaire pour injecter la matrice à l’intérieur du moule dans lequel est prédisposé un renfort fibreux. En effet, le contrôle du degré d’avancement d’un tel système thermoplastique est un paramètre critique de la mise en forme. Le but étant de garantir un degré optimum dans une pièce ; ii) une meilleure compréhension des relations structures-propriétés. Dans le cadre de ce travail, de nombreuses formulations prépolymère-allongeur de chaine ont été étudiées avec ou sans fibres de verre continues. Au vu de la forte réactivité du milieu, les moyens classiques de suivi de la réaction d’allongement ont montré leurs limites pour l’étude de ces systèmes complexes, notamment aux temps courts représentatifs de ceux pratiqués en tête d’injection et lors de l’imprégnation du renfort fibreux. A cet effet, des métrologies originales ont été développées consistant à coupler la rhéométrie, la spectroscopie infrarouge haute température et la diélectrométrie. Le but ultime étant de corréler la viscosité et l’évolution du taux de conversion dans le moule. Ensuite, une approche de modélisation rhéocinétique a été proposée pour pouvoir prédire in-situ l’évolution de la viscosité au cours du processus de la mise en forme et notamment aux temps courts. Cette chimie a ensuite été mise en situation dans un procédé de transfert instrumenté. Une fenêtre de mise en œuvre de composites PA-HT/FV a été obtenue. Enfin, les relations structure/ propriétés physiques, mécaniques et morphologiques des pièces composites obtenues ont été établies / The main objective of this work has been to develop an experimental investigation making it possible to monitor, as well as achieve a deeper understanding of the structural evolution of high temperature polyamide (PA-HT) as a thermoplastic-based composite matrix. Various formulations of prepolymer with chain extender (CA) were studied at different stoechiometry ratios and temperatures with or without continuous glass fibers. Furthermore, the interest of such a study is twofold: i) optimization of the time required for injection of the reactive system into the mold in which a fibrous reinforcement is predisposed. Thereby, the control of the conversion amount of such thermoplastic system is a critical parameter for a better control of impregnation. ii) a better understanding of structure-property relationships of the obtained thermoplastic composites. Since that the reaction kinetic was demonstrated very fast to be monitored at short times by usual technics at high temperatures above 275°C), the chemo-rheological evolutions were firstly studied ex-situ by coupling rheology with fast FTIR and dielectric spectroscopy (DRS). The ultimate purpose was to correlate the viscosity and the conversion rate in the mold. Then, a rheokinetic modeling approach was performed in order to be able to predict the evolution of the viscosity in particular at very short times (less than 2 minutes which the conversion reaches about 80%). In this work, hybrid process coupling “Reactive Extrusion”and “Resin Transfer Molding” machine (T-ERTM) equipped with an instrumented mold was designed and developed. Secondly, the hybrid process coupling “Reactive Extrusion” and “Resin Transfer Molding” machine (TP-ERTM) with an “instrumented mold” was developed with specific dielectric sensors in order to in-situ track viscosity and the extent of the reaction. The in-situ results corroborate the ex-situ ones aforementioned. Overall, a processing window was obtained for each reactive system to ensure a good preform impregnation for the manufacturing of complex and continuous glass fiber-reinforced parts. Herein, the structure/physical/mechanical/morphological properties of the obtained composites have been established.

La première partie de ce travail recense les différentes technologies permettant de générer des mousses silicone. Des généralités sur les émulsions, sur la génération de matériaux poreux à base d’émulsions inverses concentrées, ainsi que sur le principe d’inversion de phase d’une émulsion par élévation de température sont discutées. La production de mousses silicone à partir d’émulsions a été retenue pour sa polyvalence. Des mousses ont donc été synthétisées à partir d’émulsions inverses concentrées dans un premier temps. La variation de la formulation et des paramètres de procédé ont permis de mieux appréhender les phénomènes qui gouvernent les morphologies finales des mousses. Les limites rencontrées avec les émulsions inverses (viscosité élevée, « pot life » court etc.) ont orienté notre choix sur la technologie d’inversion de phases d’émulsions directes. Nous nous sommes attardés sur la compréhension du phénomène d’inversion de phase ainsi que sur la température de point de troubles des tensioactifs afin de comprendre son influence sur les morphologies des mousses générées. Enfin les enductions ont permis de générer des films de mousse légers, fins, homogènes et à porosité ouverte après avoir réglé des problèmes de stabilité en adaptant notamment le protocole d’émulsification. / The first part of this work lists the various technologies that make possible the formation of silicone foams. Global knowledge on emulsions, on the generation of porous materials emulsion templated, as well as on the principle of emulsion phase inversion temperature (PIT) are discussed. The production of silicone foams from emulsions has been retained for its versatility. Foams were synthesized from concentrated inverse emulsions at first. The variation of the formulation and the process parameters made it possible to better understand the phenomena which govern the final morphologies of the foams. The limits encountered with inverse emulsions (high viscosity, short pot life, etc.) have led us to move our approach to phase inversion temperature technology of oil-in-water emulsions. We then focused on the comprehension of the phase inversion phenomenon, as well as on the surfactant cloud point temperature, in order to understand their influence on the morphologies of the generated foams. Finally, the coating process allowed the production of thin, light, homogeneous and open-porous foams after having solved stability issues, in particular by adapting the emulsification protocol.

L’objectif de ce projet fut consacré à la synthèse d’un élastomère thermoplastique (TPE) innovant, utilisable en tant que joint entre des matrices composites. La polymérisation radicalaire contrôlée par des radicaux nitroxyde (NMP) fut choisie afin de produire des TPE copolymères à blocs de type styrénique. Le \uD835\uDEFD-myrcène (My) fut dans un premier temps sélectionné pour synthétiser le bloc souple poly(\uD835\uDEFD-myrcène) P(My). La NMP du My en masse à 120 oC en utilisant l’amorceur BlocBuilderTM fonctionnalisé avec l’ester succinimidyl (NHS-BB) fut très bien contrôlée, permettant l’extension de chaîne du macro-amorceur cis-1,4-P(My) avec du styrène (S). Les copolymères diblocs P(My-b-S) obtenus ayant une masse molaire moyenne en nombre modérée (Mn < 50 kg.mol-1) montrèrent un comportement fragile en test de traction uniaxiale (résistance à la rupture en traction σB < 1,1 MPa, allongement à la rupture en traction εB < 16%). L’incorporation d’unités fonctionnelles au sein du segment souple fut réalisée en parallèle via la NMP du My avec du méthacrylate de glycidyle (GMA) afin de favoriser possiblement le processus de soudage / collage entre le TPE et les composites thermoplastiques envisagés. Un amorceur bifonctionnel, le poly(éthylène-co-butylène)-(SG1)2 (SG1 = groupe nitroxyde), permit par la suite de synthétiser des copolymères triblocs S-My-S ayant une plus haute masse molaire moyenne Mn = 56-66 kg.mol-1 et une plus grande extensibilité (σB < 0,8 MPa, εB < 200%). Les segments PS furent remplacés par des segments ayant une température de transition vitreuse (Tg) plus élevée, à savoir des blocs poly(méthacrylate d’isobornyle) P(IBOMA) afin d’augmenter la résistance mécanique et la température de service du TPE candidat. Des triblocs de type IBOMA-My-IBOMA, dont les domaines furent micro-structurés, montrèrent de meilleures propriétés mécaniques (σB = 3,9 MPa, contrainte à la limite d’élasticité σY = 5,0 MPa, εB = 490%) et une température de service maximale d’environ 140 oC. Toutefois, ces TPE à base de My ne satisfirent pas le cahier des charges industriel à température ambiante, ce qui nous poussa à substituer le bloc flexible P(My) par du poly(isoprène) PI, ayant une masse molaire d’enchevêtrement bien plus faible. Des macro-amorceurs 1,4-PI bien définis et actifs furent d’abord étendus avec du styrène, ce qui permit d’obtenir des triblocs S-I-S auto-assemblés (Mn = 95-109 kg.mol-1, fraction molaire en styrène FS = 0,30-0,49, dispersité Đ = 2,11-2,29). σB = 4,1 ± 0,2 MPa et εB = 380 ± 60 % furent mesurés pour un S-I-S ayant FS = 0,38. Un tribloc de type IBOMA-I-IBOMA fut par la suite synthétisé (Mn = 94 kg.mol-1, Đ = 1,76, FIBOMA = 0,35) et montra de meilleures propriétés en contrainte-déformation (σB = 11,4 ± 0,6 MPa, εB = 1360 ± 210 %). / The aim of this study was to produce a novel thermoplastic elastomer (TPE), used as a tough and stable joining between composite matrices. Having typically thermo-reversible crosslinks, TPE can be processed as thermoplastics and exhibit elastic behavior similar to that of chemically crosslinked elastomers in a certain temperature range. Nitroxide-mediated polymerization (NMP) was selected to synthesize linear styrenic block copolymer TPE. \uD835\uDEFD-Myrcene (My) was first considered to manufacture the soft elastomeric segment poly(\uD835\uDEFD-myrcene) P(My) (glass transition temperature Tg ~ − 77 oC). NMP of My at 120 oC in bulk using succinimidyl ester-functionalized BlocBuilderTM alkoxyamine (NHS-BB) was well-controlled, allowing styrene (S) chain-extension from cis-1,4-P(My) macroinitiator. The resulting P(My-b-S) diblock copolymers, exhibiting relatively low number-average molar mass (Mn < 50 kg.mol-1), showed limited stress-strain behavior (ultimate tensile strength σB < 1.1 MPa, elongation at break εB < 16%). Meanwhile, the introduction of functional groups into the soft segment was implemented to subsequently aid the adhesive bonding / welding process between the TPE and the considered polar thermoplastic composites. Well-tailored epoxide functionalized P(My) were thereby synthesized by My/glycidyl methacrylate (GMA) nitroxide-mediated copolymerization. BlocBuilder-terminated poly(ethylene-co-butylene)-(SG1)2 (SG1 = chain-end nitroxide group) difunctional initiator was used to produce S-My-S triblock copolymers with Mn = 56-66 kg.mol-1, which exhibited improved extensibility (σB < 0.8 MPa, εB < 200%). Poly(styrene) PS blocks were then substituted by higher Tg blocks, namely poly(isobornyl methacrylate) P(IBOMA) to enhance the toughness and the service temperature of the candidate TPE. Micro-phase separated IBOMA-My-IBOMA type triblocks exhibited improved mechanical properties (σB = 3.9 MPa, yield strength σY = 5.0 MPa, εB = 490%) associated with an extended upper service temperature of about 140 oC. However, My-based TPE did not satisfy the ArianeGroup mechanical requirements at room temperature, which prompted us to replace P(My) by poly(isoprene) (PI), which has much lower entanglement molar mass compared to P(My). Well-defined and active 1,4-PI-(SG1)2 macroinitiators were first chain-extended with S, leading to self-assembled S-I-S triblocks (Mn = 95-109 kg.mol-1, molar fraction of S in the copolymer FS = 0.30-0.49, dispersity Đ = 2.11-2.29). With FS = 0.38, S-I-S showed σB = 4.1 ± 0.2 MPa and εB = 380 ± 60 %. IBOMA-I-IBOMA type copolymer was then produced (Mn = 94 kg.mol-1, Đ = 1.76, FIBOMA = 0.35) and improved stress-strain properties were obtained at room temperature (σB = 11.4 ± 0.6 MPa and εB = 1360 ± 210 %). Lastly, hydrogenation of I-based block copolymers was performed at normal pressure and resulted mostly in an enhanced thermal stability, a greater tensile stress at break and a reduced elongation at break.

Η σισπλατίνη αποτελεί ένας ευρέως διαδεδομένο αντικαρκινικό φάρμακο. Ωστόσο προκαλεί σοβαρές παρενέργειες εξαιτίας της έλλειψης εκλεκτικότητας που παρουσιάζει. Για αυτόν το λόγο, γίνεται προσπάθεια ενκαψακίωσης της σισπλατίνης σε νανοφορείς ώστε να επιτευχθεί η εκλεκτική μεταφορά της στον καρκινικό ιστό με μηχανισμούς παθητικής ή ενεργητικής στόχευσης. Στην παρούσα εργασία, παρασκευάστηκαν μαγνητικοί νανοφορείς σισπλατίνας και ελέγχθησαν οι ιδιότητες φόρτωσης με σισπλατίνη και αποδέσμευσης, η κολλοειδής σταθερότητα και η in vitro αντικαρκινική δραστικότητα. Τα νανοσωματίδια (οι μαγνητικοί νανοφορείς) συντέθηκαν με τη σύνδεση του συμπολυμερούς πολυμεθακρυλικό οξύ – πολυαιθυλενογλυκόλη (poly(methacrylic acid)-graft-poly(ethyleneglycol methacrylate)) σε μαγνητικούς νανοκρυσταλλίτες. Ενώ το πολυμεθακρυλικό οξύ παρέχει τις απαραίτητες καρβοξυλομάδες στο σύστημα για τη σύνδεση της σισπλατίνης, οι αλυσίδες πολυαιθυλενογλυκόλης προσφέρουν στερεοχημική σταθεροποίηση στα νανοσωματίδια. Αρχικά παρασκευάστηκαν μαγνητικοί νανοφορείς με διαφορετικούς τύπους p(MAA-g-EGMA) συμπολυμερών τα οποία διέφεραν ως προς το μήκος και την πυκνότητα των αλυσίδων PEG. Τα μαγνητικά νανοσωματίδια παρασκευάστηκαν με τη μέθοδο της υδρολυτικής, αλκαλικής καταβύθισης από μία πρόδρομη ένωση δισθενούς σιδήρου παρουσία των παραπάνω συμπολυμερών. Οι νανοφορείς σε επόμενο στάδιο φορτώθηκαν με τη σισπλατίνη μετά από επώαση τους με το φάρμακο. Επιπλέον διερευνήθηκε η επίδραση του pH στην φόρτωση της σισπλατίνης. Οι νανοφορείς χαρακτηρίστηκαν ως προς την υδροδυναμική τους διάμετρο και το επιφανειακό τους φορτίο μέσω της τεχνικής της δυναμικής σκέδασης φωτός (DLS) και μικροηλεκτροφόρησης αντίστοιχα. Πραγματοποιήθηκαν μελέτες αποδέσμευσης του φαρμάκου από τους νανοφορείς σε διάλυμα φωσφορικών (pH=7.4) στους 37°C. Επιπροσθέτως, διερευνήθηκε η επίδραση της εφαρμογής εξωτερικού εναλλασσόμενου μαγνητικού πεδίου (400 kHz) στην αποδέσμευση της σισπλατίνης από τους νανοφορείς μέσω της πρόκλησης υπερθερμίας. Τέλος, εκτιμήθηκε η κυτταροτοξικότητα των φορτωμένων με σισπλατίνη νανοφορέων και συγκρίθηκε με την κυτταροτοξικότητα των κενών νανοσωματίδιων και του φαρμάκου. Ο έλεγχος κυτταροτοξικότητας πραγματοποιήθηκε μέσω της τεχνικής της κυτταρομετρίας ροής, μετά από χρώση των κυττάρων (Α549, καρκινικά κύτταρα πνεύμονα) με τη χρωστική του ιωδιούχου προπιδίου (PI). Οι p(MAA-g-EGMA) μαγνητικοί φορείς σισπλατίνης που παρασκευάστηκαν στην παρούσα εργασία παρουσίασαν μεγάλη σταθερότητα στο χρόνο ως προς την υδροδυναμική τους διάμετρο και το επιφανειακό τους φορτίο. Επιπλέον παρουσίασαν ικανοποιητική φόρτωση φαρμάκου (6-8%). Η αύξηση του pH (μέχρι 10), η αύξηση των ανιονικών θέσεων (καρβοξυλομάδες) και η μείωση του PEG βρέθηκε να οδηγούν σε αύξηση της φόρτωσης της σισπλατίνης στους νανοφορείς. Παρατηρήθηκε παρατεταμένη αποδέσμευση του φαρμάκου (σισπλατίνης) από τους νανοφορείς, με τον ρυθμό αποδέσμευσης να επηρεάζεται από την πολυμερική σύνθεση των νανοφορέων. Τέλος, οι νανοφορείς παρουσίασαν χαμηλή κυτταροτοξικότητα ενώ οι νανοφορείς φορτωμένοι με σισπλατίνη παρουσίασαν τοξικότητα συγκρίσιμη με αυτήν του φαρμάκου. Με βάση τα ληφθέντα αποτελέσματα, οι p(MAA-g-EGMA) μαγνητικοί νανοφορείς σισπλατίνης έχουν ικανοποιητικές ιδιότητες κολλοειδούς σταθερότητας, φόρτωσης σε φάρμακο και αποδέσμευσης, γεγονός που δικαιολογεί την περαιτέρω διερεύνηση της πιθανής χρησιμοποίησης τους ως φορείς στοχευμένης χορήγησης σισπλατίνας. / Cisplatin is a potent anticacer agent. However, it exhibits serious side effects due to lack of selectivity. Therefore, a more selective cisplatin delivery to tumors is pursued by incorporating cisplatin in targetable nanocarriers. In this work, hybrid magnetic nano-asssemblies loaded with ciplatin were prepared and evaluated in vitro. The nano-assemblies were synthesized through grafting of poly(methacrylic acid)-graft-poly(ethyleneglycol methacrylate) (p(MAA-g-EGMA) on magnetite nanocrystallites. Poly(ethylene glycol) chains confer to the nanocarriers bio-repellent properties. The formation of a distinct second inner polymeric corona with an abundance of carboxylate groups provides the binding sites for cisplatin molecules. Different types of p(MAA-g-EGMA) copolymers with varying length and density of PEG chains were synthesized. Core-shell magnetic nano-assemblies were prepared by hydrolytic alkaline precipitation from a single ferrous molecular precursor in the presence of the above p(MAA-g-EGMA) copolymers . The nano-assemblies were loaded with cisplatin by incubating them with cisplatin solutions of different cisplatin concentration. The nano-assemblies were characterized with regard to their size and zeta potential at different salt concentrations using dynamic light scattering (DLS). The effect of pH on cisplatin loading was investigated. Drug release studies were performed spectrophotometrically in phosphate buffered saline (pH 7.4) at 37°C. The influence of applying an AC magnetic field on the release profile of cisplatin was also investigated using a home-made AC (400 kHz) magnetic field generator 5 mT. The cytotoxicity of blank and cisplatin-loaded nano-assemblies against A549 human lung cancer cell line was assessed by flow cytometric measurement of cellular fluorescence after staining with propidium iodide (PI). The nanocarriers had suitable size properties for intravenous administration and accumulation to tumors based on the enhanced permeability and retention phenomenon (EPR effect). They also were found to exhibit very good colloidal stability, satisfactory cisplatin loading efficiency (around 6% w/w at optimum experimental conditions) and sustained drug release properties, with the rate of release to be significantly increased in response to external AC magnetic fields. Furthermore, the blank nanocarriers did not exhibit cytotoxicity whereas the cisplatin-loaded nanocarriers exhibited comparable to the free ciplatin cytotoxicity against A549 cancer cells. The obtained results justify further evaluation of p(MAA-g-EGMA) nanocarriers as targeted drug delivery system of cisplatin.

Cette thèse étudie la conception, la fabrication et la caractérisation de micro-disques de carbure de silicium sur substrat de silicium conçus pour opérer du proche au moyen infrarouge. Nous étudions une approche simple mais efficace permettant de supprimer les modes de galerie d'ordre supérieur tout en préservant le facteur de qualité du mode fondamental. Cette suppression, utile par exemple pour la génération de peignes de fréquence se base simplement sur la sous-gravure du pilier de silicium et est aisément transposable à d'autres plateformes ou longueurs d'onde. Le premier chapitre est une introduction générale aux micro-résonateurs à modes de galerie dans lequel nous décrivons la physique extrêmement riche de ces structures. Le deuxième chapitre se concentre sur les micro-disques de SiC à proprement parler. Nous commençons par une introduction générale du matériau puis nous simulons la propagation de la lumière dans les résonateurs pour concevoir des structures innovantes. En utilisant l'indice de réfraction optique supérieur du Si à celui du SiC, nous montrons qu'il est possible de supprimer les modes radiaux d'ordre supérieur. Nous traitons ensuite brièvement des étapes de fabrication. Le troisième chapitre regroupe les expériences réalisées sur les micro-disques. Des premières caractérisations par couplage évanescent dans le proche infrarouge permettent d'identifier les modes de galerie du résonateur. Ensuite, des caractérisations sur des disques de sous-gravure inférieure mettent en évidence la suppression des modes d'ordre supérieur. Nous réalisons enfin une étude thermo-optique du matériau afin de valider son emploi à forte puissance et haute température, des régimes dans lesquels le SiC se démarque des autres matériaux d'optique intégrée. Pour terminer, nous consacrons le dernier chapitre aux perspectives pour l'optique non-linéaire et le moyen infrarouge où nous proposons une étude de l’ingénierie de la dispersion qui doit nous permettre, à l’avenir, de réaliser des sources de type peigne de fréquence. / This Ph.D. thesis studies the design, fabrication and characterization of silicon carbide micro-disks on top of silicon designed to operate from the near to the mid-IR. We study a simple but efficient approach leading to the suppression of higher order whispering gallery modes while preserving the fundamental mode's quality factor. This suppression, typically useful for frequency comb generation is simply based of the silicon pillar under etching and can be easily transferred to other material platforms and wavelengths. The first chapter is a general introduction of whispering gallery mode micro-resonator in which we describe the extremely complex and diverse physics of these structures. The second chapter is focused on SiC micro-disks themselves. We begin with a general introduction of the material to continue by simulating light propagation inside these resonators to be able to design innovative structures. Using the higher optical refractive index of silicon compared to the one of silicon carbide, we demonstrate that it is possible to suppress higher radial modes. We then briefly describe the fabrication processes. The third chapter gather the experimental studies lead on the micro-disks. First characterizations by evanescent coupling in the near infrared enable us to identify the whispering gallery modes inside the resonator. Characterization on micro-disks with smaller under-etching then enables us to demonstrate the higher suppression. We finally lead a thermo-optic study of the material to validate its compatibility to high power and high temperature regimes in which SiC stand out from other integrated optics materials. Finally, the last chapter is dedicated to non-linear optics and mid-infrared perspectives. We propose a dispersion study that, we hope, should enable the generation of Kerr frequency combs sources in a near future.

Dans le cerveau, il est difficile de mettre au point des expériences avec un niveau de contrôle approprié à cause du haut niveau de connectivité. Pour traiter ce problème, les modèles mathématiques sont utilisés pour représenter le cerveau d’une façon plus compréhensible. En effet, les modèles mathématiques peuvent être plus pratiques que les expériences pour tester des hypothèses et chercher à extraire l’essence même du principe étudié, en le simplifiant. De plus, la modélisation computationnelle forme une branche spécifique de la modélisation mathématique, permettant de résoudre de gros calculs numériques. Dans cette thèse, j’ai utilisé la modélisation computationnelle à travers différentes approches pour étudier certaines régions cérébrales. Nous avons collaboré avec des neurobiologistes en appliquant nos modèles à des données expérimentales pour contribuer à mieux comprendre l’action de la dopamine, un neuromodulateur. J’ai étudié la diversité de l’action de la dopamine à trois échelles: la région cérébrale, le niveau cellulaire et le niveau moléculaire. La dopamine a un gros impact sur le cerveau et elle est principalement connue pour son implication dans le système de récompense. En effet, c’est une molécule associée à la prédiction de récompense et de punition. Peu de régions produisent de la dopamine et ces régions sont altérées par la maladie de Parkinson ou perturbées par la dépression. Pour la maladie de Parkinson, j’ai conçu un modèle de type taux de décharge pour reproduire l’activité neuronale des ganglions de la base. Ce modèle montre des réponses neuronales significativement différentes, entre la condition témoin et la condition parkinsonienne. Par ailleurs, avec un modèle de type Hodgin-Huxley prenant en compte la dynamique de l’ion potassium, j’ai pu appuyer l’hypothèse que la région cérébrale appelée l’habenula, lorsqu’elle est hyperactive, induirait la dépression. Cette dépression serait due à un déséquilibre de la concentration en potassium à cause d’une dysfonction de l’astrocyte (surexpression des canaux Kir4.1). Enfin, la dopamine est aussi impliquée dans la plasticité synaptique, un phénomène à la base de la mémoire. Je l’ai étudié avec un troisième modèle, prenant en compte plusieurs résultats expérimentaux relatifs à la plasticité en fonction du timing des potentiels d’action et de sa modulation. / In the brain, the high connectivity level makes it difficult to set up experiments with an appropriate level of control. To address that issue, mathematical models are used to represent the brain in a more comprehensive way. Easier than experiments to test hypotheses, mathematical models can extend them closer to reality and aim to extract the studied principle essence, by simplifying it. Computational modelling is a specific branch of mathematical modelling allowing to solve large numerical calculations. In this thesis, I used computational modelling to study brain parts through different approaches, all in collaboration with neurobiologists and applied to experimental data. A common framework is given by the goal of contributing to a picture of the action of the neuromodulator dopamine. I studied the diversity of dopamine's action at three different scales: the brain region, the cellular level and the molecular level. Dopamine has a large impact on the brain and it is mainly known for its rewarding dimension, it is, indeed, the molecule associated with reward prediction and punishment. Few regions in the brain produce dopamine and these regions are impaired in Parkinson's disease or disrupted in major depressive disorders. Concerning Parkinson's disease, I designed a firing-rate model to fit experimental basal ganglia neural activity, which disclosed significant changes of the neural response between control and Parkinsonian condition. Furthermore, with a Hodgkin-Huxley model accounting for the dynamics of the potassium ion, I could support the hypothesis that the brain region called lateral habenula hyper-activates and induces major depressive disorders because of unbalanced potassium concentration due to astrocyte dysfunction (Kir4.1 channels overexpression). Dopamine is also involved in synaptic plasticity, a phenomenon at the basis of memory that I explored with a third model accounting for several experimental results pertaining to spike-timing-dependent plasticity and its modulation.

La mise en forme des pièces composites par Resin Transfert Molding (RTM) nécessite de maîtriser, en autre, deux étapes clés : la déformation à sec du renfort et l’injection de la résine. Dans une démarche d’optimisation du procédé, la simulation numérique est un outil incontournable. Ces travaux de thèse s’inscrivent dans cette thématique avec deux contributions essentielles : Mésomécanique : les renforts textiles sont des milieux poreux périodiques. Ces caractéristiques incitent à les modéliser à l’échelle mésoscopique, où le modèle géométrique se réduit à un Volume Elémentaire Représentatif (VER). A cette échelle, le problème de référence à résoudre est fortement non linéaire : comportement non linéaire des mèches, grandes transformations et contact entre mèches. La résolution par une méthode élément fini se heurte à une problématique : la formation de surfaces de contact entre le VER et ses voisins. Une partie de la déformation provient de ce contact formé aux frontières de la période. Aucune solution robuste ne permet à l’heure actuelle de prendre en compte ce contact. Le premier objectif de cette thèse est d’apporter une solution à cette problématique. Etude de perméabilité : la qualité des pièces composites en fin de chaîne de production dépend en partie du processus d’assemblage matrice/renfort. L’un des paramètres qui conditionne le bon déroulement de cet assemblage est la perméabilité du renfort. Expérimentalement, c’est une propriété très difficile à estimer. La simulation numérique est un moyen alternatif d’y accéder, avec la possibilité d’imposer des conditions aux limites parfaites au sens mathématique. De nombreuses études ont été réalisées dans le cas 2D. Le second objectif de cette thèse est de proposer en parti une méthode pour estimer par le calcul la perméabilité d’un renfort 3D. / The manufacture of composite parts by Resin Transfert Molding (RTM) requires to control two main phases: the shaping of the dry reinforcement and the injection of the matrix. Numerical simulation is a powerful tool when it comes to find the right set of parameters needed to obtain a part without non conformity. These research works where performed in this specific field with two main contributions: Mesomechanic: textile fabrics are periodic porous media. Modelling these materials at the mesoscale permit to reduce the geometrical model to a Representative Volume Element (RVE). At this scale the boundary value problem to solve is highly nonlinear: non linear behavior of the yarns, large deformations and contact. Solving this problem with a Finite Element Method include dealing with contact surface generation between the RVE and its neighbors. Part of the RVE yarns deformation is coming from these multiple contacts at the borders. There is no methods yet that solve this issue. The first objective of this thesis is to produce one. Permeability: the quality of the composite part at the end of the manufacturing process depends also of the matrix/reinforcement assembly. One of the parameters that influence the efficiency of this linkage is the permeability of the reinforcement. Measuring permeability throughout experiments is not easy. Numerical simulation offers another way to estimate the permeability of a textile fabric. Numerous works have been performed in this subject especially on 2D textiles. The second objective of this thesis is to propose a method for the numerical estimation of the permeability tensor of 2D and 3D textiles.

L'accroissement permanent du commerce intercontinental et la mondialisation s'accompagnent d'une augmentation de la productivité des ports et des terminaux à conteneurs. Le besoin de compétitivité des exploitants auquel s'additionnent les législations environnementales, poussent les fabricants d'engins de manutention de conteneurs à développer de nouvelles solutions afin de produire des machines plus respectueuses de l'environnement à un coût de possession acceptable. Pour ce faire, l'hybridation des sources d'énergie et l'utilisation de chaînes d'actionnement plus efficaces d'un point de vue énergétique sont les solutions envisagées. En conséquence, les cahiers des charges sont de plus en plus complexes, et les spécifications qu'ils stipulent sont de nature hétérogène. Ce travail de thèse s'intéresse à deux aspects majeurs en lien avec ces problématiques. Il s'articule donc d'une part autour d'un développement méthodologique concernant le dimensionnement de systèmes suractionnés par couplage de problèmes d'inversion et d'optimisation, et d'autre part, autour d'un développement applicatif visant la conception, la commande et la validation expérimentale d'une chaîne d'actionnement hybride d'un engin portuaire. Premièrement, nous proposons une procédure de construction d'un modèle s'appuyant sur le langage bond graph permettant de prendre en compte des spécifications exprimées en termes de critère à minimiser et de fonctions du temps désirées en sortie du système. Ce problème prend alors la forme d'un problème couplé d'inversion-optimisation. Du modèle bond graph obtenu, il est possible de déterminer directement les conditions nécessaires d'optimalité, et donc le système d'équations algébrodifférentielles associé. Nous nous intéressons ensuite à l'extension de la procédure de représentation d'un problème d'optimisation seul, dans le cas où des non linéarités apparaissent au niveau des phénomènes de dissipation d'énergie. Dans un second temps, nous proposons une nouvelle architecture pour un engin de manutention de conteneurs afin d'améliorer son efficacité énergétique. Cette solution de récupération d'énergie à la descente du conteneur est basée sur un transformateur hydraulique. L'énergie est stockée dans un accumulateur hydropneumatique, puis, elle est restituée grâce à un moteur hydraulique complémentaire couplé au moteur diesel. Un redimensionnement de la chaîne d'actionnement hydraulique ainsi qu'une stratégie de commande plus adaptée sont également proposées. Ces modifications offrent la possibilité de réaliser une récupération d'énergie à la décélération du véhicule sans ajout de composant majeur. L'architecture globale obtenue associée à une stratégie de commande adéquate génèrent une réduction de la consommation de carburant de 16% à 18%. Finalement, une validation expérimentale du système de récupération d'énergie potentielle est effectuée et les performances dynamiques et énergétiques sont analysées avec la commande proposée. / The continuously increasing of the intercontinental trade as well as the globalization lead to the need of higher productivity for ports and container terminals. In order to fulfill the need of competitiveness of terminal operators and in the same time respect the environmental legislation, container handling machine manufacturers are developping new solutions. Hybridization of energy sources is an interesting way but using more energy efficient actuation lines is also suitable. As a consequence, specifications are more and more complex, and can in particular have heterogeneous natures. In this thesis, the focus is made on two main topics linked to those problematics. On the one hand, a methodology concerning the sizing of over-actuated systems thanks to a coupling between inverse problems and dynamic optimization is exposed. On the other hand, the design, control strategies and an experimental validation of an hybrid actuation line applied to an container handling machine is presented. First of all, we propose a new procedure based on the bond graph language allowing the designer to take into account simultaneously two types of specifications, namely a cost function to minimize and functions of time specifying desired outputs of the system. This results in a coupled problem of state-space inversion and optimization. The procedure lead to a bond graph from which it is possible to directly derive the analytical system of the problem. The fundamental theory for proving the effectiveness of this procedure is carried out using the port hamiltonian systems. The bond graph representation of an optimal control problem is then extended to systems involving non linearities on dissipative R elements. In a second part, a new actuation architecture is proposed for a container handling machine, in order to improve the fuel efficiency. On the one hand, a transformer based system to recover the potential energy released during container lowering is exposed. This energy is stored into a hydropneumatic accumulator. Then, it is returned thanks to an extra hydraulic motor coupled to the engine shaft. On the other hand, a resizing of the main hydraulic pumps as well as a more suitable control law is proposed in order to make the engine work at better efficiency points. All those evolutions previously mentionned give now the possibility to perform kinetic energy recuperation during vehicle deceleration without adding any major component. The new architecture combined with more effetive control laws lead to a fuel consumption reduction of 16% up to 18%. Finally, the potential energy recovery system is validated on a test rig. The control laws are implemented and the dynamic and energetic performances are then analysed.