Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Des panneaux sandwichs thermoplastiques imprimés en 3D avec des cœurs en nid d'abeille sont étudiés afin d'être utilisés dans la conception d'engins d'exploration lunaire. C'est dû à leur rigidité en flexion élevée, leur faible densité et leur basse conductivité thermique. Les matériaux thermoplastiques ne sont pas aussi bien documentés en termes de comportement mécanique que d'autres matériaux. La recherche est donc nécessaire pour prédire le comportement mécanique de structures en composite thermoplastique fabriquées par impression 3D. À cette fin, ce projet avait trois objectifs principaux. Le premier était de caractériser le comportement mécanique d'un polymer thermoplastique (polylactide ou PLA) imprimé en 3D. Le deuxième était de prédire le comportement mécanique de panneaux sandwichs en PLA avec des simulations. Le troisième était de développer un modèle homogénéisé du cœur en 2D pour les simulations à grande échelle. Les spécimens en PLA ont été caractérisées en traction et en compression. Un module d'élasticité en traction de 2,46 ± 0,07 GPa et un module d'élasticité en compression de 2,68 ± 0,04GPa ont été mesurés. Des essais ont également été réalisés pour des panneaux imprimés soumis à des chargements de compression hors-plan, de flexion trois-points et d'indentation. Ces essais ont été ensuite modélisés par éléments finis. Les modèles 3D, constitués d'éléments coques 2D pour modéliser les cellules du cœur et les peaux, ont prédit le module d'élasticité et la contrainte maximale à 10 % près pour la compression et la flexion. Les modes de flambement, cependant, n'ont pas été si bien modélisés par les simulations de compression et d'indentation, ce qui montre une limite de la méthode. Ce modèle a été ensuite utilisé pour déterminer les propriétés élastiques équivalentes du cœur Ces propriétés, ainsi que les propriétés calculées par des méthodes analytiques, ont été appliquées à des modèles 2D représentatifs des panneaux sandwichs. En comparant ces modèles, il a été établi que le comportement linéaire en traction et en compression dans le plan était similaire. En flexion, le modèle qui utilise des propriétés équivalentes obtenues analytiquement prédit à moins de 5 % la rigidité du modèle 3D complet, tandis que le modèle qui utilise des propriétés équivalentes obtenues numériquement était à moins de 15 %. Étant donné qu'un modèle analytique précis ne sera pas disponible pour prédire les propriétés équivalentes pour chaque géométrie de cœur et pour des matériaux non-isotropes, utiliser es propriétés équivalentes du cœur obtenues par éléments finis dans un modèles coques 2D qui représente le panneau sandwich est une méthode valide pour prédire le comportement mécanique d'une structure sandwich. Avec ce modèle premier comme base, les travaux de modélisation s'étendre aux composites thermoplastiques renforcé par des fibres de carbone qui serviraient à concevoir un engin d'exploration lunaire résistant à son environnement. D'autres travaux peuvent également être effectués sur différents panneaux qui, grâce à la flexibilité de l'impression 3D, ont une densité ou une géométrie variable. Ces panneaux sandwichs aideront à optimiser la structure d'un engin d'exploration lunaire capable de survivre à des cycles jour-nuit complets sur la lune. / 3D printed thermoplastic composite sandwich panels with honeycomb cores are being researched as a structural element for lunar rovers. This is for their high flexural rigidity, low density, and low thermal conductivity. However, thermoplastic materials are not aswell-documented in terms of structural behaviour as other commonly-used materials like aluminum. Therefore, work is needed to develop a model for these thermoplastics. To that end, this project had three main objectives. The first was to characterize a 3D printed thermoplastic polymer (polylactic acid or PLA). The second was to establish a model to predict the mechanical behaviour of printed honeycomb core sandwich panels. The third was to develop an equivalent core model for large-scale simulations. Parts made with PLA were characterized in tension and compression. These tests measured an elastic modulus in tension of 2.46 ± 0.07 GPa and an elastic modulus in compression of 2.68 ± 0.04 GPa. Tests were also performed for printed panels undergoing out-of-plane compression, three-point bending, and indentation, which were then simulated. Three-dimensional simulation models, constructed by modelling the core cells and the skins with two-dimensional shell elements, accurately predicted the elastic modulus and maximum stress to within 10% for both the compression and bending simulations. The buckling modes were less accurately modelled for both compression and indentation simulations, which shows the limit of the current method's predictive capabilities. This model was then used to determine the equivalent elastic properties of the honeycomb core. These properties, along with properties calculated analytically, were applied to 2D plate models that represented the sandwich panels. Comparing these models, it was found that the linear behaviour for in-plane tension and compression were very similar. In bending it was found that the core model that used analytically determined equivalent properties predicted within 5 % the rigidity of the full 3D model. The 2D core model that used numerically determined equivalent properties was within 15 %. Given that a precise analytical model is not available for every core geometry and for non-isotropic materials, the utilization of a core with equivalent properties obtained from finite element analysis of a sandwich panel represented by 2D shell elements is a valid method to predict the mechanical behaviour of a sandwich structure. With this model, progress can be made on the production and modelling of reinforced thermoplastic composites for a lunar rover. Further work can also be done on different panels that have variable densities or geometries that change throughout the core. These sandwich panels will help to optimize a rover's structure to be the first to survive full lunar day-night cycles.

Thèse ou mémoire avec insertion d’articles / L'objectif principal de cette thèse est de développer un échafaudage à cellules ouvertes qui ne nécessite pas de traitement supplémentaire avec des solvants pour offrir une bonne adhérence interfaciale et favoriser la prolifération des ostéoblastes. Pour atteindre cet objectif, diverses étapes ont été suivies et discutées dans les différents chapitres de la thèse. Au chapitre 2, la technique de moulage par compression a été utilisée pour développer une mousse à cellules ouvertes en acide polylactique (PLA) en utilisant la technique de plan d'expérience (Design of Experiments, DoE, en anglais). Les travaux réalisés ont montré que la structure cellulaire de la mousse développée était affectée par les trois paramètres de procédé suivants : le temps de moussage, la température d'ouverture du moule et la concentration massique de l'agent de moussage, l'azodicarbonamide (ADA). Une équation de régression reliant la taille moyenne des cellules à ces trois paramètres a été développée à partir du DoE, et l'analyse de variance (ANOVA) a été utilisée pour trouver les meilleurs paramètres d'ajustement correspondant aux données expérimentales. Au chapitre 3, nous avons développé et analysé une variété d'échafaudages à cellules ouvertes composés de chitosane (CS) et de copolymère chitosane greffé PLA (CS-g-PLA) dispersés à l'intérieur de la matrice PLA. Les résultats ont démontré une dégradation hydrolytique des échafaudages composites PLA/CS, ce qui n'était pas le cas pour les échafaudages PLA/CS-g-PLA modifiés qui présentaient une bonne stabilité hydrolytique. Par conséquent, par rapport aux échafaudages PLA/CS non compatibilisés, les échafaudages PLA/CS-g-PLA ont démontré une adhésion et une prolifération élevées des ostéoblastes après trois et cinq jours de culture cellulaire. Enfin, nous avons montré au chapitre 4 des résultats expérimentaux sur le développement, par la technique de moulage par compression, d'échafaudages poreux à cellules ouvertes en PLA sans l'utilisation de solvants additionnels. L'originalité de ce travail consiste à utiliser un composite moussant chimique spécialement préparé, que nous avons nommé CFCO, dans lequel le copolymère CS-g-PLA a été ajouté à différentes concentrations dans un mélange de PLA et d'ADA utilisé comme agent chimique de moussage. Lors du moussage des échafaudages à base de PLA à l'aide de ce CFCO spécial, le copolymère CS-g-PLA, qui est un composant du CFCO, migre à la surface des pores générés et y est immobilisé. La localisation du copolymère CS-g-PLA à la surface des pores a été confirmée par la microscopie électronique à balayage (MEB) et la microscopie confocale. Pour une concentration de copolymère CS-g-PLA de 6,90 % en poids, le fait que le copolymère ait été maintenu exposé à la surface des pores a conduit à une prolifération cellulaire d'environ 52 % supérieure à celle obtenue avec l'échantillon témoin de PLA pur, et de 28 % supérieure à celle obtenue avec 10 % en poids de CS-g-PLA dispersé à l'intérieur de la matrice PLA. / The main objective of this thesis is to develop an open-cell scaffold without the need of any further solvent treatment to provide a good interfacial adhesion and proliferation properties for osteoblast cells. To attain this objective, different steps were followed and discussed in the following chapters. In chapter 2, a compression molding technique was used to develop a polylactic acid (PLA) open-cell foam morphology using a design of experiments (DoE) methodology. It was observed that the cellular structure was affected by three molding parameters: the foaming time, mold opening temperature, and the weight concentration of azodicarbonamide (ADA) blowing agent. The analysis of variance (ANOVA) was performed to identify the optimal fitting parameters based on the experimental data, and a regression equation relating the average cell size to the three mentioned processing parameters was developed from the DoE. The analysis of variance (ANOVA) was used to find the best dimensional fitting parameters based on the experimental data. In chapter 3, we developed and analyzed a variety of open-cell scaffolds composed of chitosan (CS) and CS-g-PLA copolymer dispersed inside the PLA matrix. The corresponding results demonstrated an hydrolytic degradation of PLA/CS composite scaffolds, which was not the case for the modified PLA/CS-g-PLA scaffolds that showed a good hydrolytic stability. Consequently, compared to uncompatibilized PLA/CS scaffolds, compatible PLA/CS-g-PLA scaffolds demonstrated high osteoblast cell adhesion and proliferation after three and five days of cultured cells. Finally, we showed in chapter 4 experimental results on the development, by compression molding, of solvent-free PLA open-cell porous scaffolds. The originality consists of using a specially prepared chemical foaming composite, that we named CFCO, in which CS-g-PLA copolymer was added at various concentrations into a mixture of PLA and ADA used as chemical foaming agent. During the foaming of the PLA-based scaffolds using this special CFCO, the CS-g-PLA copolymer, which is a component of the CFCO, is projected toward the surface of the generated pores and immobilized there. The localization of CS g-PLA copolymer on the surface of the pores was confirmed by scanning electron microscopy (SEM) and confocal microscopy. For CS-g-PLA copolymer concentration of 6.90 wt.%, the fact that it was kept available on the surface of the pores led to osteoblast cells proliferation about 52% higher than that obtained with the pure PLA control sample and 28% higher than that obtained with 10 wt.% CS-g-PLA dispersed inside the whole PLA matrix.

Des membranes conductrices composées de polypyrrole (PPy) dopé à l'héparine (HE) et de polylactide biodégradable (PLLA) ont été produites pour transmettre une stimulation électrique (ES) à des cellules en culture. La préparation de ces membranes constituées de PPy/HE/PLLA nécessite beaucoup de temps ; et la reproductibilité n'était pas satisfaisante. Le premier objectif de cette étude est de raccourcir le temps de préparation, d'améliorer les propriétés conductrices des membranes fabriquées en PPy/HE/PLLA. Le deuxième objectif est d'évaluer la cytotoxicité des nouvelles membranes, et leur utilisation pour délivrer des stimulations électriques aux fibroblastes de peau humaine. Le PPy a été synthétisé par polymérisation oxydative en utilisant l'héparine comme co-dopant. Les particules de PPy ont été mélangées avec le PLLA dans un rapport de 1:9 (p/p) dans du chloroforme. La solution a ensuite été coulée et séchée pour former une fine membrane de PPy/HE/PLLA. Cette membrane a été analysée par microscopie électronique à balayage (MEB) pour la morphologie de surface et par spectroscopie infrarouge de Fourier (FTIR) pour la chimie de surface. Sa conductivité a été mesurée par un système de sonde à quatre points. Sa cytocompatibilité a été évaluée en utilisant des fibroblastes de peau humaine par coloration Hochets et test MTT. La stabilité électrique a été déterminée dans un milieu de culture cellulaire pendant 24 heures. L'effet de la ES a été évalué après 6 et 24 heures d'exposition des fibroblastes à un champ électrique de 200 mV/mm. La membrane en PPy/HE/PLLA a affiché une conductivité d'environ 1,6 × 10⁻⁴ S/cm. Les observations SEM ont montré que les particules de PPy formaient des agrégats uniformes dispersés sur la surface. L'analyse FTIR a confirmé la présence de PPy et de PLLA. Les membranes n'étaient pas cytotoxiques et ont délivré des ES pour augmenter la prolifération des fibroblastes. Le nouveau protocole améliore considérablement l'efficacité et la reproductibilité de la préparation des membranes. La nouvelle membrane PPy/HE/PLLA possède une conductivité et une stabilité adéquates pour soutenir la croissance cellulaire sous stimulation électrique. / Electrically conductive membranes made of heparin (HE)-doped polypyrrole (PPy) and biodegradable polylactide (PLLA) have been engineered to mediate electrical stimulation (ES) to cultured cells. The preparation of such PPy/HE/PLLA membranes was time-consuming, and reproducibility was not satisfactory. The first objective of this thesis is to shorten the preparation time, improve the property consistency, and characterize the properties of the new PPy/HE/PLLA membranes. The second objective is to evaluate the new membranes' cytotoxicity and their suitability as a conductive cell culture substrate in electrically stimulating human skin fibroblasts. The PPy was synthesized by oxidative polymerization using heparin as the co-dopant. The PPy particles were mixed with the PLLA at a 1:9 ratio (w/w) in chloroform. The solution was then cast and dried to form a thin PPy/HE/PLLA membrane. This membrane was analyzed by scanning electron microscopy (SEM) for surface morphology and by Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) for surface chemistry. A four-point probe system was used to measure its conductivity. Its cytocompatibility was evaluated using human skin fibroblasts by Hoechst staining and MTT assay. The electrical stability was measured in a cell culture medium for 24 hours. The effect of ES was evaluated after 6- and 24-hour exposures of the fibroblasts to an electrical field of 200 mV/mm. The PPy/HE/PLLA membrane had a conductivity of about 1,6 × 10⁻⁴ S/cm. The SEM observations showed that the PPy particles formed uniform aggregates dispersed as "islands" on the surface. The FTIR analysis confirmed the presence of PPy and PLLA. The membranes were not cytotoxic and delivered ES to increase fibroblast proliferation. The new protocol significantly increases membrane preparation efficiency and reproducibility. The new PPy/HE/PLLA membrane has adequate conductivity and stability to support cell growth under ES.

Récemment, la protection de l'environnement à travers le développement de matériaux biodégradables est devenue un sujet pour de nouvelles recherches. D'autre part, les polymères biodégradables ont démontré une efficacité raisonnable pour surmonter la restriction des ressources pétrochimiques dans l'avenir. L'objectif principal de cette étude est de développer des films biodégradables à partir de chitosane (CS) et de l'acide polylactique (PLA) comme des biopolymères de base pour les emballages alimentaires. Des mélanges de films biodégradables de CS et de PLA ont été préparés par la technique de synthèse en solution. Malgré les bonnes propriétés du CS et du PLA, telles que la résistance à l'humidité, les propriétés mécaniques élevées du PLA et les propriétés antimicrobiennes du CS, il existe plusieurs limites lorsqu'on mélange ces matériaux dont l'immiscibilité et le manque de ductilité mènent à des films hétérogènes avec une grande sensibilité à l'eau. Néanmoins, l’ajout d’autres composants, tels que le polycaprolactone (PCL) et le polyéthylène glycole (PEG), est fortement approprié pour améliorer respectivement l'adhérence interfaciale du système PLA/CS et sa ductilité. Tous les films développés dans le cadre de ce projet ont été de évalués en termes d’améliorations des propriétés mécaniques, de température de transition vitreuse Tg (pour évaluer la miscibilité entre le CS et le PLA) et de perméabilité à l'oxygène. / Environment protection through the development of biodegradable materials has become a principal subject for novel investigations in recent years. On the other hand, biodegradable polymers have demonstrated a reasonable efficiency to overcome the restriction of petrochemical resources in the future. The main objective of this study is to develop biodegradable films from chitosan (CS) and polylactic acid (PLA) as base bio-polymers for food packaging. Biodegradable films of CS and PLA were prepared by the solution-casting technique. Despite the desirable properties of CS and PLA, such as moisture resistance and high mechanical properties of PLA and antimicrobial properties of chitosan films, several drawbacks in blending these materials were observed. These drawbacks include CS/PLA immiscibility and lack of ductility leading to some remaining particles in the final films and heterogeneous films with high water sensitivity. Nevertheless, the addition of polycaprolactone (PCL) and polyethylene glycol (PEG) is strongly suitable to improve PLA/CS interfacial adhesion and PLA/CS film ductility. All the blend films were evaluated in terms of improvement of their mechanical properties, their glass transition temperature Tg (to evaluate the miscibility between CS and PLA) and their oxygen permeability.

Le risque d'épuisement de ressources naturelles fossiles à partir desquelles nombres d'oléfines sont fabriqués, a permis le développement de nouveaux matériaux polymères, 100% renouvelables dénommés biopolymères. L'acide poly lactique est sans doute le plus prometteur d'entre eux. D'origine naturelle, ce polyester est synthétisé à partir d'aliments riches en amidon tels que le maïs, la betterave ou la pomme de terre. Son caractère biodégradable lui offre un large éventail d'applications dans les domaines aussi variés et divers que la médecine, le bâtiment, l'industrie automobile, le biomédicale ou encore le textile habillement. Ce travail consiste à étudier la structure et la texture de l'isomère mixte (PDLA) et de déterminer l'incidence de sa morphologie sur les propriétés mécaniques et tinctoriales requises pour des applications textiles. Nous avons par des méthodes spectrales, caractérisé le polymère afin d'en déterminer entre autre, la composition massique, et la stéréorégularité, paramètres très importants ayant une forte influence sur les propriétés mécaniques du polymère, notamment la stabilité thermique ou la résistance à l'hydrolyse. Nos expériences menées sur la stabilité thermique du polymère révèlent que le polymère est susceptible de s'hydrolyser sous l'action combinée de l'eau, de la température et du pH, entraînant ainsi une diminution de la masse moléculaire, donc, une perte de propriétés mécaniques de la fibre.Le PLA est également un polymère qui supporte mal la teinture, et seuls les colorants dispersés sont susceptibles de teinte cette fibre sous certaines conditions. L'étude de la cinétique de fixation de trois colorants dispersés sur la fibre de PLA à permis d'établir une relation entre la structure du colorant et ses propriétés tinctoriales. / The risk of exhaustion of fossil natural resources from which count of polymers are made, allowed the development of new polymer materials, renewable 100 % were called biopolymer. The poly acid lactic is doubtless the most promising of them. Of natural origin, this polyester is synthetized from food rich in starch such as the corn, the beet or the potato. His biodegradable character offers him a wide range of applications in many field as medicine, building, car industry, biomedical or textile clothing. This work consists in studying the structure and the texture of the mixed isomer (PDLA) and to determine the incidence of its morphology on the mechanical properties required for textiles applications.We have by spectral methods, characterized the polymer ,in arder to determine, the molecular weight,composition, and monomers distribution, very important parameter, having a strong influence on the mechanical properties of the polymer, in particular the thermal stability or the resistance in the hydrolysis. Our experiments led on the thermal stability of the polymer reveal that the polymer may hydrolyser under the combined effect of temperature, moisture and by the pH, then, a decrease of the molecular weight, thus, a Joss ofmechanical properties of the fiber.The PLA is also a polymer which can be dye only with certain disperses dyes under particulars conditions.The study of the kinetics of fixation of three disperses dyes scattered on PLA fiber permit to establish a relation between the structure of the disperses dyes and its dyeing properties.

Le risque d'épuisement de ressources naturelles fossiles à partir desquelles nombres d'oléfines sont fabriqués, a permis le développement de nouveaux matériaux polymères, 100% renouvelables dénommés biopolymères. L'acide poly lactique est sans doute le plus prometteur d'entre eux. D'origine naturelle, ce polyester est synthétisé à partir d'aliments riches en amidon tels que le maïs, la betterave ou la pomme de terre. Son caractère biodégradable lui offre un large éventail d'applications dans les domaines aussi variés et divers que la médecine, le bâtiment, l'industrie automobile, le biomédicale ou encore le textile habillement. Ce travail consiste à étudier la structure et la texture de l'isomère mixte (PDLA) et de déterminer l'incidence de sa morphologie sur les propriétés mécaniques et tinctoriales requises pour des applications textiles. Nous avons par des méthodes spectrales, caractérisé le polymère afin d'en déterminer entre autre, la composition massique, et la stéréorégularité, paramètres très importants ayant une forte influence sur les propriétés mécaniques du polymère, notamment la stabilité thermique ou la résistance à l'hydrolyse. Nos expériences menées sur la stabilité thermique du polymère révèlent que le polymère est susceptible de s'hydrolyser sous l'action combinée de l'eau, de la température et du pH, entraînant ainsi une diminution de la masse moléculaire, donc, une perte de propriétés mécaniques de la fibre.Le PLA est également un polymère qui supporte mal la teinture, et seuls les colorants dispersés sont susceptibles de teinte cette fibre sous certaines conditions. L'étude de la cinétique de fixation de trois colorants dispersés sur la fibre de PLA à permis d'établir une relation entre la structure du colorant et ses propriétés tinctoriales.

Thèse en cotutelle pour un Doctorat en génie des matériaux et de la métallurgie, Université Laval, Québec, Canada et l'Université de Haute-Alsace, Mulhouse, France / L’absence de croissance en monocouche des cellules endothéliales sur la paroi des prothèses vasculaires est une des causes d’échec de leur implantation chez l’humain. Des études précédentes ont montré que le recouvrement de ces prothèses par un échafaudage de nanofibres d’acide polylactique (PLA), fabriqué par un système de filage par jet d’air innovant, peut être utilisé pour promouvoir la croissance des cellules endothéliales de façon adéquate. Ainsi, le caractère dégradable d’un matériau comme le PLA permettrait son remplacement graduel par la matrice extra-cellulaire produite par les cellules. D’autre part, la réussite d’une transition entre les nanofibres dégradables et la matrice extra-cellulaire nécessite un remplacement contrôlé et approprié. Or, la dégradation des nanofibres de PLA, dépendant de ses séquences stéréochimiques, est généralement trop longue et peut induire une cytotoxicité relative pendant sa dégradation. Dans ce contexte, les études de cette thèse ont pour objectifs de mieux comprendre la formation des fibres lors du filage, d’optimiser la fabrication des échafaudages permettant ainsi la création de nanofibres d’autres polymères, puis, de concevoir des nanofibres provenant d’un polymère mieux adapté à nos besoins, d’évaluer leur mécanisme de dégradation et sa cytotoxicité durant sa dégradation. Les travaux d’optimisation du système de filage ont démontré que la concentration avec un effet prépondérant. Ainsi, la mesure de la viscosité permet de trouver les paramètres adéquats pour le filage de polymère. Ensuite, un poly(L-lactide) semi-cristallin (PLLA) et un terpolymère de poly(lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) dédié pour des applications vasculaires ont été synthétisés et filés par jet d’air. Ces échantillons ont été dégradés en solution aqueuse et caractérisés par des méthodes physico-chimiques afin de mieux comprendre leurs mécanismes de dégradation et mis en présence de cellules endothéliales pour évaluer leur cytotoxicité. La comparaison entre les échafaudages des deux polymères a montré des comportements singuliers en dégradation, dépendants des caractéristiques thermiques des polymères. De plus, ces mécanismes de dégradation des nanofibres ont une influence directe sur la sensibilité des cellules endothéliales face aux produits de dégradation. En conclusion, ces travaux de doctorat présentent une solution prometteuse pour améliorer les prothèses vasculaires et qui pourrait être appliquée pour résoudre plusieurs problématiques en médecine régénératrice. / The absence of neo-endothelium on the intimal surface of vascular substitutes is known to be one cause of failure upon implantation of these prostheses in humans. Previous studies have shown that the coating of these substitutes with a nanofiber scaffold, made with an innovative air spinning device, can be used to promote a suitable endothelial cells growth. On one hand, the degradable feature of material as PLA enable the progressive replacement of the scaffold by the extracellular matrix of cells. On the other hand, the success of this replacement between degradable nanofibers and the extracellular matrix requires to be appropriate and controlled. Yet, the PLA nanofiber degradation process, which depends on its stereosequences, is generally too long for this application and could involve cell sensitivity during the degradation. In this context, studies from this thesis aim to understand the fibers formation during spinning, optimizing the scaffold fabrication as well as to promote the making of novel polymer scaffolds, then, design solution to polymeric nanofiber scaffolds for vascular application, evaluate its degradation mechanism and cytotoxicity during degradation process. The work on spinning device optimisation has demonstrated that the concentration had a dominant effect. Thus, viscosity measurements enable to find suitable parameters for polymer spinning. Then, a semi-cristalline poly(L-lactide) (PLLA) and a poly(lactide-co-ε-caprolactone) (PLCL) terpolymer specifically made for vascular application have been synthesized and air-spun. These samples were degraded in aqueous solution and characterized by physical and chemical methods to better understand their degradation mechanisms and seeded with endothelial cells to evaluate their cytotoxicity. The comparison between the two polymers scaffolds have shown surprising degradation behaviors depending on thermal properties of polymers. Moreover, these nanofiber degradation mechanisms have a direct influence on endothelial cells sensitivity with degradation by-products. To conclude, these works of doctorate display a promising solution to improve vascular prostheses and which could be applied to solve several issues in regenerative medicine field.

Le but principal de ce travail est de déterminer l’effet de la cristallinité sur la perméation aux gaz pour des films polymères. En particulier, on utilise l’acide polylactique (PLA) comme matrice et différents gaz (azote, dioxyde de carbone, hydrogène, méthane et oxygène) pour les propriétés de transfert. À cet effet, le travail a été divisé en trois parties. Dans la première partie, on utilise le talc comme agent de nucléation afin de modifier la cristallinité du PLA. Dans ce cas, on remarque que la perméabilité au gaz et le coefficient de diffusion sont réduits en augmentant la teneur en talc (0-3% poids). On constate aussi que l’augmentation de la cristallinité due à la nucléation hétérogène ne modifie pas significativement les propriétés mécaniques, sauf pour la déformation à la rupture. Néanmoins, les propriétés de transfert sont diminuées. Dans la deuxième partie, l’effet du temps de recuit pour modifier la cristallinité du PLA seul et avec 3% de talc a été étudié. Dans ce cas, on constate que la perméabilité aux gaz et le coefficient de diffusion sont réduits en augmentant le temps de recuit (jusqu'à 40 minutes). On constate également que l'augmentation de la cristallinité ne modifie pas les propriétés mécaniques, à l'exception du module de Young. Enfin, la température de recuit pour améliorer la cristallinité du PLA seul ou avec 3% de talc a été étudiée. Bien que la perméabilité aux gaz et le coefficient de diffusion aient diminué en augmentant la température de traitement (de 60 à 120°C), l'augmentation de la cristallinité finale n’a pas changé de manière significative les propriétés mécaniques, à l'exception du module de Young et la déformation à la rupture pour le composite ayant 3% de talc. / The main purpose of this work is to determine the effect of crystallinity on the gas permeation of polymer films. In particular, polylactic acid (PLA) was used as the matrix and various gases were selected (nitrogen, carbon dioxide, hydrogen, methane and oxygen) for the gas transport properties. To this end, the work was divided into three parts. In the first part, talc was used as a nucleating agent to modify the crystallinity of PLA. In this case, it was noted that the gas permeability and the diffusion coefficient were reduced with increasing talc content (0-3% by weight). It was also observed that increased crystallinity was related to heterogeneous nucleation, but had limited effect on mechanical properties, with the exception of strain at break. However, the transport properties were decreased. In the second part, annealing time was used to modify PLA crystallinity with 0% and 3% talc. In this case, it was found that gas permeability and diffusion coefficient were lowered with higher annealing time (up to 40 min). It was also observed that higher crystallinity did not change the mechanical properties except for the Young’s modulus. Finally, annealing temperature was modified to improve the crystallinity of neat PLA and 3% talc composite. While gas permeability and diffusion coefficient both decreased with increasing annealing temperature (from 60 to 120°C), crystallinity changes did not significantly modify the mechanical properties, except for the Young’s modulus and strain at break of the 3% talc composite.

Cette étude est destinée à la production et à la caractérisation des composites d'acide polylactique (PLA) et des fibres naturelles (lin, poudre de bois). Le moussage du PLA et ses composites ont également été étudiés afin d'évaluer les effets des conditions de moulage par injection et du renfort sur les propriétés finales de ces matériaux. Dans la première partie, les composites constitués de PLA et des fibres de lin ont été produits par extrusion suivit par un moulage en injection. L'effet de la variation du taux de charge (15, 25 et 40% en poids) sur les caractéristiques morphologique, mécanique, thermique et rhéologique des composites a été évalué. Dans la deuxième étape, la poudre de bois (WF) a été choisie pour renforcer le PLA. La préparation des composites de PLA et WF a été effectuée comme dans la première partie et une série complète de caractérisations morphologique, mécanique, thermique et l'analyse mécanique dynamique ont été effectués afin d'obtenir une évaluation complète de l'effet du taux de charge (15, 25 et 40% en poids) sur les propriétés du PLA. Finalement, la troisième partie de cette étude porte sur les composites de PLA et de renfort naturel afin de produire des composites moussés. Ces mousses ont été réalisées à l'aide d'un agent moussant exothermique (azodicarbonamide) via le moulage par injection, suite à un mélange du PLA et de fibres naturelles. Dans ce cas, la charge d'injection (quantité de matière injectée dans le moule: 31, 33, 36, 38 et 43% de la capacité de la presse à injection) et la concentration en poudre de bois (15, 25 et 40% en poids) ont été variées. La caractérisation des propriétés mécanique et thermique a été effectuée et les résultats ont démontré que les renforts naturels étudiés (lin et poudre de bois) permettaient d'améliorer les propriétés mécaniques des composites, notamment le module de flexion et la résistance au choc du polymère (PLA). En outre, la formation de la mousse était également efficace pour le PLA vierge et ses composites car les masses volumiques ont été significativement réduites. / This study reports on the production and characterization of natural fiber reinforced polylactic acid (PLA) composites. Foaming PLA and its composites was also undertaken to investigate the effect of injection molding conditions (shot size) and natural fiber (flax and wood flour) content on the final properties of the final products. In the first part, PLA was mixed with flax fiber via extrusion and further processed by injection molding to manufacture the final parts. The effect of flax fiber content (15, 25, and 40% wt.) on the morphological, mechanical, thermal, and rheological properties of the composites was evaluated. In the second step, wood flour (WF) was selected to reinforce PLA. Compounding of PLA and WF was carried out in a twin-screw extruder followed by injection molding to obtain the test specimens. A complete series of morphological, mechanical, thermal, and dynamic mechanical analysis was performed to get a complete evaluation of WF addition (15, 25, and 40% wt.) on the properties. Finally, the last step studied PLA composites with natural fibers for the purpose of foaming. Foaming was carried out using an exothermic foaming agent (azodicarbonamide) via injection molding. Injection foaming proceeded after mixing PLA and natural fibers by extrusion. In this case, the shot size (amount of material injected into the mold: 31, 33, 36, 38, and 43% of the machine capacity) and reinforcement content (15, 25, and 40% wt.) were varied. The characterization included mechanical and thermal properties. The results showed that both flax and wood flour led to increased mechanical properties including flexural modulus and impact strength. Moreover, foaming was also effective for neat PLA and PLA composites, i.e. the overall density of the parts was significantly reduced.