Nous abordons dans cette thèse certaines propriétés de systèmes de polymères en couches minces.<br />Dans une première partie nous étudions le comportement, en adhésion et en friction, d'une couche de chaînes polymères greffées sur un substrat solide plat. On modélise dans un premier temps l'interdigitation entre cette "brosse" et un élastomère au contact, statique ou en translation horizontale. Nous mettons ainsi en évidence des phénomènes de saturation aux fortes densités de greffage. On s'intéresse ensuite à la dissipation d'énergie liée à l'extraction des chaînes lors du décollement de l'élastomère ou lors de sa mise en mouvement.<br />Dans la deuxième partie de la thèse on étudie plusieurs aspects de la stabilité d'un film fin de polymères déposé sur un substrat glissant tel que les brosses étudiées dans la première partie. Nous nous intéressons au rôle joué par la viscoélasticité de ces films lors de la croissance d'une instabilité de surface, et lors de leur démouillage. En particulier, nous montrons que la présence de contraintes résiduelles, permise par la viscoélasticité, est une cause de déstabilisation des films de polymères et accélère le démouillage. La friction entre le film et le substrat se révèle aussi être un paramètre déterminant de la dynamique de l'instabilité et du démouillage.

A l'interface physico-chimie/biologie, ce travail s'intéresse à l'interaction de colloïdes lipidiques (virus, vecteurs modèles...) en contact avec des cellules vivantes en culture (HeLa). Par une approche cinétique statistique complétée d'une mesure de force locale, nous décrivons l'adhésion de particules fonctionnalisées présentant une affinité spécifique pour des récepteurs cellulaires. En raison de son intérêt (ciblage de tumeurs, voie rétrograde), le couple ligand/récepteur de la toxine de Shiga et de son récepteur Gb3 a été utilisé pour le ciblage des colloïdes (chapitre 1). Les mesures cinétiques réalisées sur ces colloïdes fonctionnalisés par la toxine de Shiga, confrontées à plusieurs modèles cinétiques originaux, ont alors permis de mettre en évidence les mécanismes impliqués dans l'accrochage des objets sur la surface cellulaire. En particulier, un modèle inspiré des mécanismes de polymérisation et s'appuyant sur des effets de coopérativité des récepteurs (recrutement par diffusion) a été retenu et permet de proposer une description microscopique des processus mis en oeuvre (2). De plus, des modifications physico-chimiques de la surface des colloïdes (polymères PEG, nature et densité du ligand) ont été envisagées (3 et 4). L'étude a permis notamment de quantifier l'effet du PEG sur l'adhésion des colloïdes et de proposer une interprétation de l'origine microscopique (répulsion par le glycocalyx). Par ailleurs, nous avons pu, en utilisant une technique de micromanipulation (Biomembrane Force Probe) mesurer localement la force de la liaison colloïde/cellule. Cette mesure a révélé une quantification des forces de rupture, suggérant l'existence de liens multiples (5). Enfin, l'étude de l'entrée et du devenir des particules à l'intérieur des cellules a été amorcée (6). Ce travail souligne ainsi de quelle façon des mesures physiques quantitatives peuvent permettre de proposer une description microscopique de mécanismes biologiques.

Le collage est largement utilisé dans l'industrie automobile comme mode d'assemblage de tôles grasses. Or, le lubrifiant initialement présent entre la tôle et l'adhésif peut dans certains cas poser problème et conduire à une déchéance de l'assemblage collé (avant ou après vieillissement). L'objectif de cette étude est de fournir des démarches et méthodes permettant d'acquérir une meilleure compréhension des phénomènes et mécanismes régissant le collage de tôles huilées. Le système étudié est semi industriel (tôle galvanisée, huile et cycle de cuisson industriels, adhésif époxydique modèle).Basée sur l'analyse de l'assemblage avant et après cuisson, une approche multitechnique a permis de montrer que le contact tôle/adhésif s'établit par diffusion du lubrifiant dans l'adhésif. Cette approche a été complétée par une étude dynamique des phénomènes. Ainsi, la formation des interphases substrat/huile/adhésif a été suivie de façon continue au cours du cycle thermique de cuisson de l'adhésif. Ceci nous a permis de mieux appréhender le comportement et devenir de l'huile au sein de l'assemblage, par exemple a- en établissant la chronologie des phénomènes de diffusion d'huile et de réticulation de l'adhésif, b- en déterminant l'influence de l'huile sur les cinétiques et mécanismes de réticulation et de formation des interphases, et c- en identifiant les paramètres clefs de la compatibilité huile/adhésif (viscosité de l'adhésif, charges, solubilité et évolution des masses moléculaires ). Enfin, des essais mécaniques (torsion et traction cisaillement, avant et après vieillissement hygrothermique) ont montré une faible influence de l'huile sur la robustesse des assemblages. Au delà de la caractérisation de notre système particulier, nos travaux ont été menés de façon à fournir et valider des démarches et appareillages utilisables pour une large gamme de systèmes modèles ou industriels.

Ce travail s'est consacré à l'étude de l'adhésion et du comportement en vieillissement d'un revêtement<br />polymère tri-couche assurant la protection externe des canalisations en acier. Afin d'éviter les problèmes liés à la corrosion de ces canalisations, Gaz De France utilise deux méthodes complémentaires de protection associées:<br />- Une protection active électrochimique, dite protection cathodique<br />- Une protection passive par dépôt d'un revêtement externe.<br />Ce dernier ce compose de trois couches polymères successivement déposées sur l'acier de type Epoxy<br />(Ep) / Ethylène Butyl Acrylate (EBA) / Polyéthylène haute densité (PEHD). Etant donnée la spécificité de la géométrie des échantillons, l'adhésion du revêtement a été caractérisée par un test de pelage adapté au matériau. L'étude des échantillons neufs nous a permis de constater que l'adhésion dépendait directement de la qualité du processus de fabrication.<br />La durée de vie des canalisations en service étant relativement longue, nous avons travaillé en conditions sévères de vieillissement accéléré sur des échantillons " sans défauts de surface ", puis sur<br />des échantillons " avec défauts de surface ". Les résultats de vieillissement ont montré la faiblesse de l'époxy par rapport aux couches externes d'EBA et de PEHD, bien plus perméables à l'eau. Nous avons mis en évidence des vieillissements différents suivant le type d'échantillons testés, et observé que seuls ceux comportant des " défauts de surface " vieillissaient prématurément. La diffusion de l'eau au sein de ces derniers a donné lieu à la mise au point d'un modèle prédictif de durée de vie qui nous a permis d'estimer un coefficient de diffusion " interfacial ", ainsi qu'un temps de décollement total du revêtement en fonction des paramètres de vieillissement.<br />Parallèlement, des essais de vieillissement sous protection cathodique (P.C.) en milieu salin NaCl 1<br />g/l, ont montré à court terme que l'effet d'une température supérieure à 35°C est prédominant, et<br />masque les effets de la P.C.. En revanche, à plus faible température et à plus long terme, il semble que cet effet s'atténue et la P.C. puisse localement limiter le décollement du revêtement.

Afin d'identifier de nouvelles cibles organo-spécifiques de l'endothélium, nous avons comparé l'expression de gènes entre deux lignées de hautes cellules endothéliales et mis en évidence la protéine ARM-1. Des expériences de RT-PCR ont montré une expression spécifique d'ARM-1 dans certaines lignées de cellules endothéliales et de lymphocytes. La surexpression d'ARM-1 dans des cellules endothéliales de peau, n'exprimant pas cette protéine, augmente de façon préférentielle l'adhésion de certaines lignées lymphocytaires sur ces cellules. Ceci renforce l'hypothèse d'un rôle particulier d'ARM-1 au sein des cellules endothéliales. Une étude de fractionnement cellulaire a montré qu'ARM-1 était une protéine sécrétée, pouvant être associée à la membrane. Des expériences d'immunolocalisation n'ont cependant démontré aucune expression d'ARM-1 à la surface cellulaire. Ces résultats suggèrent une action indirecte d'ARM-1 dans l'adhésion plutôt qu'un rôle direct en tant que molécule d'adhésion.

La technique de collage est déjà largement utilisée en Génie Civil dans le cadre de la réparation d'ouvrages, et la voie semble ouverte pour le développement de nouvelles applications en collage structural (connexions de ponts mixte acier/béton, assemblages de structures en béton fibré, etc.). Il existe donc une demande croissante de la part des maîtres d'œuvre pour disposer d'un outil de modélisation permettant de prévoir la durabilité de ce type d'assemblages collés. L'objectif de ce travail de thèse est justement de développer un modèle mécanique prédictif capable d'intégrer les propriétés physico-chimiques de l'adhésif et leurs évolutions dans le temps. La première partie de ce mémoire rassemble les données bibliographiques concernant les mécanismes de vieillissement des adhésifs époxydes utilisés en génie civil ainsi que les modèles phénoménologiques qui décrivent ces phénomènes en terme de cinétique. Il est également ressorti de cette étude, que les modèles mécaniques de zone cohésive sont particulièrement adaptés pour simuler le processus complexe de fissuration des interfaces dans les assemblages collés. Certains de ces modèles font intervenir des paramètres autres que mécaniques dans les équations d'évolution de l'endommagement surfacique et permettent prendre en compte de manière élégante les lois d'évolutions physico-chimiques des adhésifs. La seconde partie est consacrée à l'étude expérimentale des phénomènes de vieillissement des adhésifs massiques et des joints adhésifs dans les assemblages collés. Les effets du vieillissement physique et du vieillissement en milieu humide ont été analysés, mettant en évidence des différences de comportement entre les adhésifs massiques et les joints de colle, qui peuvent être attribuées à des effets d'interface et à des répartitions de contraintes spécifiques dans le polymère confiné au sein des joints. Les modèles phénoménologiques issus de la littérature ont ensuite permis de dégager des lois de comportement visant à prédire l'évolution des propriétés de ces adhésifs au cours du temps. La dernière partie du travail a permis de développer un outil de modélisation mécanique basé sur la théorie du premier gradient de l'endommagement, qui permet de décrire l'état de l'interface dans les assemblages collés à travers une variable d'endommagement. L'originalité de ce modèle réside dans le fait que les équations d'évolution de l'interface font intervenir des coefficients caractéristiques du comportement physico-chimique de l'adhésif. Dans un premier temps, le modèle a été confronté à l'expérience dans une configuration simplifiée de traction homogène. Les expérimentations ont mis en évidence des phénomènes de raidissement du joint en début d'essai puis de fluage aux temps longs, qui n'étaient pas prévus par le modèle initial. Les équations d'évolution ont donc été modifiées pour tenir compte de la nature viscoélastique du polymère, ce qui a permis de valider le modèle dans les conditions de chargement et de déchargement des assemblages collés. Nous avons ainsi pu identifier quatre des cinq coefficients du modèle relatifs au comportement de l'adhésif. Dans un second temps, une configuration expérimentale non homogène a été proposée afin de valider le modèle pour un problème avec gradient d'endommagement, et identifier le dernier coefficient théorique. Des études ultérieures pourront se baser sur ce modèle optimisé pour dégager les lois d'évolution des coefficients théoriques en fonction des phénomènes de vieillissement mis en évidence sur les joints adhésifs.

Nous avons étudié l'agrégation de protéines adhésives (les cadhérines) lors de la formation de contacts intercellulaires. Les cadhérines sont liées au cytosquelette d'actine par un complexe protéique. Nous avons déterminé des rôles respectifs pour la membrane et pour l'actine dans la formation des jonctions adhérentes: les lois de nucléation et croissance d'agrégats de cadhérines fluorescentes entre cellules ont été acquises et confrontées à des modèles faisant intervenir les propriétés de membrane et la polymérisation d'actine. On a pu ainsi montré le rôle structurant de l'actine qui impose la forme des contacts. Nous avons aussi mis au point un montage dans lequel une cellule adhère sur une surface recouverte de cadhérines. L'apparition de motifs cadhérines allongés a été observée par microscopie à ondes évanescentes. Nous avons montré, comme l'avaient prédit les physiciens, que ces agrégats se forment à la suite d'une augmentation de la tension membranaire.

Les objectifs de cette étude sont la caractérisation des effets d'une irradiation par laser excimère sous le seuil d'ablation d'un film de PET (XPS, angle de contact, MEB), et ses conséquences sur les propriétés d'adhérence (pelage) vis à vis d'un revêtement d'aluminium déposé par évaporation sous vide. Ces effets sont comparés à ceux obtenus par un traitement plasma hors équilibre basse fréquence dans un mélange He-5%O2. Il apparaît que le greffage de fonctions polaires oxygénées généré dans les deux procédés, qui renforce l'adhésion chimique entre l'aluminium et le PET, a un effet positif sur l'adhérence Al-PET après le traitement plasma. Dans le cas de l'irradiation laser, au contraire, il s'accompagne d'une fragmentation de la surface, néfaste à l'adhérence. Les conditions laser qui induisent une adhérence comparable à celle obtenue par plasma requièrent un faible nombre d'impulsions à une fluence suffisante, qui entraîne un décapage et/ou des modifications d'ordre structural.

Le nettoyage ultrapropre des pièces de réacteur devient nécessaire pour l'optimisation des rendements sur plaquettes de silicium dans l'industrie de la microélectronique. Ce travail propose d'améliorer le nettoyage de ces pièces en axant la recherche sur les forces d'adhésion entre deux substrats d'alumine et leurs particules résiduelles en milieu aqueux. Après la caractérisation physico-chimique et la mesure de rugosité de nos systèmes, le calcul de la théorie DLVO est abordé. Une étude statistique de l'adhésion est développée en comparant les mesures de forces par microscopie à force atomique avec une particule d'alumine collée sur le levier et la théorie DLVO appliquée sur les surfaces rugueuses. Nous avons investigué des méthodes de nettoyages pouvant vaincre cette adhésion, et en particulier l'apport d'énergie dans le milieu par ondes ultra sonores. Dans ce sens, une méthode de mesure de la densité particulaire surfacique a été développée en fonction des paramètres intrinsèques aux ultrasons sur chaque substrat. Les moyens d'amélioration, toujours à l'aide d'ultrasons, ont été les nettoyages par l'augmentation de la température, la variation du pH des solutions et l'ajout de tensioactifs.

Nous avons étudié dans cette thèse des exemples de grandes déflexions de plaques minces soumises à diverses sollicitations (gravité, capillarité, géométrique), allant en termes d'échelle de cloques de délamination de graphène à l'emboutissage, en utilisant des expériences modèles macroscopiques et une analyse par des modèles analytiques ou en lois d'échelle. Le fil conducteur qui relie ces différents exemples est l'effet du changement de courbure de Gauss et ses conséquences mécaniques sur les déformations des plaques minces. Dans une première partie, nous avons rappelé la modélisation et les caractéristiques des plaques minces que nous avons illustrées au moyen de deux problèmes modèles. Nous nous sommes intéressés aux cloques de délamination qui apparaissent lorsqu'une plaque mince adhère partiellement sur un substrat plan. Nous avons montré quelles informations peuvent être déduites de ces cloques pour faire de la métrologie. Nous avons décrit ensuite les principales caractéristiques du contact entre une plaque mince et une sphère adhésive, à savoir la taille de la zone de contact et l'aspect général du motif. Enfin, nous avons étudié la compaction d'une plaque entre deux calottes sphériques, qui conduit à l'apparition de plis radiaux dont nous avons expliqué les caractéristiques et modélisé la réponse mécanique.