L'objectif de ce travail était d'étudier l'impact du mode de préparation et de la formulation de bioplastiques transparents issus d'huile de soja sur leur structure et leurs propriétés thermiques et mécaniques. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à l'huile de soja époxydée (ESO), qui a ensuite été acrylée et co-polymérisée avec méthacrylate de méthyle (MMA) en présence ou non de nano-particules de dioxyde de titane. Deux méthodes de préparation d'ESO ont été comparées. La première a fait appel à une époxydation chimique en présence de peroxyde d'hydrogène et d'acide formique. L'acide sulfurique a été utilisé comme catalyseur pour la production de peracides, ces oxydants forts générant ensuite des époxydes par attaque des doubles liaisons des acides gras de l'huile. La seconde consistait en une époxydation chimio-enzymatique, les peracides étant alors générés dans des conditions douces de pH et de température par catalyse enzymatique en présence d'H2O2 et d'huile. Deux types de lipases ont été utilisées comme biocatalyseurs : la lipase de Candida antarctica (Novozyme 435) et la lipase/acyltransférase de C. parapsilosis. Un contrôle de la réaction a permis d'obtenir des produits à différents degrés d'époxydation (50 et 75  3 %). Les effets du mode d'époxydation, du degré d'acrylation et des teneurs en MMA et TiO2 sur les propriétés des bioplastiques obtenus ont été étudiés par FTIR, RMN 1D et 2D, DMTA, TGA et par mesure des propriétés mécaniques.Mots-clés : Biocomposite, Bioplatique, Nanocomposite, Huile de soja époxydée et acrylée (AESO), Dioxyde de titane (TiO2), Biocatalyse, Lipase / The aim of this research to study the effect the production method and the formulation of transparent soybean oil-based bioplastics on their structure and their thermal and mechanical properties. We focused on epoxidized soybean oil (ESO), that was acrylated and copolymerized methyl methacrylate (MMA) with and without titanium dioxide (TiO2). Two methods of ESO preparation were compared. The first used chemical epoxidation in the presence of H2O2 and formic acid, using sulfuric acid as a catalyst to produce peracids as strong oxydants for the epoxidation. The second one was a chemo-enzymatic method where the peracids were generated in mild conditions by an enzyme in the presence of H2O2. Two types of lipases were selected as biocatalysts for the chemo-enzymatic epoxidation: Novozyme®435 and a non-commercial lipase/acyltransferase (CpLIP2). The reaction was controlled so as to obtain different degrees of epoxidation (DOE), i.e. 50+/-3 mol% and 75+/-3 mol%, from both methods. Acrylated ESO (AESO) was chemically synthesized by acrylation of ESO and acrylic acid. Then AESO was copolymerized with MMA and cured to form a rigid polymer using 1 wt% of benzoyl peroxide as a free radical initiator. A nanocomposite was prepared by blending AESO-co-PMMA with 0.1-0.2 wt% nano-TiO2 (particle size 2-5 nm). The effect of degree of acrylation, MMA content and titanium dioxide content on structural, tensile and thermal properties of the obtained bioplastics were studied using Fourier transform infrared spectrometer (FTIR), 1D and 2D NMR, dynamic mechanical thermal analysis (DMTA), thermogravimetric analysis (TGA) and mechanical properties determination.

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.

Les biomatériaux jouent un rôle majeur dans le développement du génie tissulaire. Au cours des dernières années, les propriétés physiques, chimiques, et en particulier biologiques de ces matériaux ont été optimisées pour différentes applications. Le polypyrrole (PPy) électriquement conducteur et ses matières composites sont utiles pour connecter des composants électriques, des cellules ou des tissus vivants. Des efforts ont été faits pour bio-activer le PPy en incorporant électrochimiquement des biomolécules comme l'héparine et l'acide hyaluronique. Cette méthode est cependant limitée par la petite taille des électrodes, la dénaturation des biomolécules pendant les réactions électrochimiques, le changement des propriétés physiques et surtout la conductivité du polypyrrole. Le but de cette étude est de bio-activer le polypyrrole par l'incorporation de molécules bio-actives telles que la fibronectine et l'albumine de sérum bovin. Ce biomatériau serait d'une grande utilité dans le domaine de l'ingénierie tissulaire et constituerait un support bioactif, biodégradable et électriquement conducteur pour la culture de différents types cellulaires avec de multiples applications biomédicales

L'objectif de ce travail de thèse est de fournir une étude systématique et détaillée des propriétés de mélanges de PLA et de PHA préparés à l'état fondu. En particulier, le comportement rhéologique, la miscibilité, la morphologie, les propriétés mécaniques et l'influence du vieillissement physique sur les propriétés en traction des mélanges PLA/PHBV réalisés en mélangeur interne et par extrusion bi-vis sur toute la gamme de composition ont été étudiés.La sensibilité du PHBV à la dégradation thermique a été mise en évidence, ainsi que l'importance des interfaces entre le PLA et le PHBV sur le comportement rhéologique aux basses fréquences. Les analyses de calorimétrie différentielle à balayage ont montré l'immiscibilité des deux polymères. Deux types de morphologies distinctes (nodulaire et co-continue) selon la composition de mélange ont été observées par microscopie électronique à balayage et microscopie optique en réflexion. La résistance au choc des mélanges PLA/PHBV avec et sans modifiant choc a été étudiée et les propriétés en traction de différents mélanges de PLA avec du PHBV, du Lotader GMA ou du PBAT ont été caractérisées. L'ajout d'une faible quantité de phase dispersée dans la matrice de PLA, initialement fragile, permet d'augmenter considérablement son allongement à la rupture. Cependant, les propriétés ductiles obtenues diminuent avec le temps écoulé entre la mise en forme des échantillons et leur test mécanique. Une étude de l'influence du vieillissement physique sur les propriétés des mélanges à base de PLA a donc été réalisée et un modèle qualitatif a été proposé. / The objective of this PhD work is to provide a systematic and detailed study of the properties of PLA and PHA blends prepared by melt mixing. In particular, the rheological behaviour, the miscibility, the morphology, the mechanical properties and the influence of physical aging on the tensile properties of PLA/PHBV blends prepared in an internal mixer and by twin screw extrusion over the entire composition range were studied.The sensibility of PHBV to thermal degradation was highlighted, as well as the importance of the interfaces between PLA and PHBV on the rheological behaviour at low frequencies. The differential scanning calorimetry showed that the two polymers are immiscible. Two different types of morphologies (nodular and co-continuous) depending on blend composition have been observed by scanning electron microscopy and optical microscopy in reflection. The impact resistance of the PLA/PHBV blends with or without impact modifier was studied and the tensile properties of different blends containing PLA blended with PHBV, Lotader GMA, or PBAT were characterised. The addition of a small amount of dispersed phase in the initially brittle PLA matrix increases considerably its elongation at break. However, the obtained ductile properties decrease as the time between preparation of samples and their mechanical testing increases. A study of the influence of physical aging on the properties of PLA based blends was conducted and a qualitative model was proposed.

La chitine est l’un des biopolymères les plus abondants dans la biomasse. Son principal dérivé industriel est le chitosane. Ces deux polysaccharides présentent un intérêt croissant en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques et biologiques remarquables. Leur utilisation en tant que matériaux est potentiellement intéressante dans de nombreux domaines tels que la pharmacie, la médecine, l’industrie alimentaire et l'agriculture. Malgré de nombreuses avancées dans les méthodes chimiques de production de la chitine et du chitosane, l'utilisation de solutions concentrées d'acides et de bases alcalines présente le désavantage de générer de grandes quantités d’effluents toxiques. Récemment, des méthodes d'extraction de la chitine par biotechnologie ont été proposées comme une alternative aux méthodes chimiques. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce travail a été de développer un procédé biotechnologique d’extraction de la chitine à partir de carapaces de crustacés à l’aide de bactéries lactiques et d’enzymes. A cette fin, les facteurs influençant les réactions mises en jeu au cours de l’extraction, telles que la déminéralisation, la déprotéinisation et la N-désacétylation ont été étudiés en considérant les caractéristiques physico-chimiques des chitines et chitosanes ainsi obtenus. Ces caractéristiques sont principalement les masses molaires moyennes et le degré de N-acétylation. Ce travail s’est également intéressé à la valorisation des sous-produits d’extraction (protéines, pigments…) et aux applications potentielles des différents chitosanes préparés, notamment comme agents fongistatiques. / The chitin is one of the most abundant biopolymers in biomass. Its main industrial derivative is the chitosan. These two polysaccharides present an increasing interest thanks to their various interesting physicochemical and biological properties. Their potential applications concern diverse fields as the pharmacy, medicine, food industry and agriculture. Despite numerous advances in methods for the chemical production of chitin and chitosan, the use of concentrated solutions of acids and alkaline bases presents the disadvantage to generate large amounts of toxic wastes. Recently, biotechnological methods of chitin extractions have been proposed as an alternative to chemical methods. In this context, the main objective of this work was to develop a biotechnological process for the extraction of chitin from crustacean shells using lactic acid bacteria and enzymes. For this purpose, factors influencing reactions involved in the extraction, i.e. the demineralization, deproteinization and N-deacetylation, were studied considering the physicochemical characteristics (molecular weight and degree of N-acetylation) of chitin and chitosan produced. The recovery of extraction side products such as proteins and pigments has also been considered in this project, as well as the evaluation of various chitosans prepared by this process as fungistatic agents.

La lithographie est une étape clé de micro/nanotechnologie pour la fabrication de composants utilisés dans les domaines de la microéléctronique, de l’électronique flexible, de la photonique, du photovoltaïque, de la microfluidique... Cette étape de lithographie nécessite l’utilisation d’une résine inscriptible servant de masque temporaire permettant le transfert de motifs dans le matériau sous-jacent par gravure ou par déposition de nouveaux matériaux. La lithographie fait appel à des résines organiques mais aussi à des solvants organiques et des produits chimiques corrosifs et nocifs, ce qui va à l’encontre des problématiques environnementales et qui engendre des coûts supplémentaires liés à la gestion des risques et des déchets. De plus le contexte réglementaire (REACh ou US pollution act) évolue vers une plus grande protection de l’environnement et de la santé humaine et encourage l’utilisation de produits alternatifs. Dans ce contexte, mon projet de thèse visait à développer une résine biosourcée, non modifiée par des procédés de chimie de synthèse et développable dans l’eau. Cette résine devait être compatible avec les instruments de lithographies conventionnelles. Lors de ce travail, il a été démontré que le chitosane était une résine de tonalité positive permettant la réalisation d’un procédé complet de lithographie/gravure avec uniquement de l’eau comme solvant, sans modification du chitosane et sans l’utilisation de masque additionnel. Des motifs de 50 nm ont été obtenu dans la silice après lithographie électronique et gravure plasma et des motifs de 0.5 à 0.3 μm après photolithographie et gravure. / . Lithography is a key step in micro / nanotechnology with applications in the fields of microelectronics, flexible electronics, photonics, photovoltaics, microfluidics and biomedical. This lithography step requires the use of a writable resist to act as a temporary mask for transferring patterns in the underlying material by etching or deposition. Nowadays, lithography uses synthetic organic resin, organic solvents and hazardous chemicals which is contrary to environmental issues and generates additional costs associated with risk and waste management. Furthermore, regulation rules (REACh, US pollution act) tend to move toward the protection of human health and the environment from the risks that can be posed by chemicals and promote alternative chemicals. In this context, this PhD work aimed at replacing conventional synthetic organic resist with a biopolymer. This biopolymer will not be modified by synthetic organic chemistry, will be compatible with conventional lithography instruments and it should be developable in water. It was demonstrated that chitosan was a positive tone resist allowing accomplishing a complete lithography-etching process. The whole process was performed in aqueous solution without the use of hazardous chemicals. 50 nm features were obtained after ebeam lithography/plasma etching into a silica layer without the use of an additional masking layer. 0.3-0.5 μm feature were obtained using photolithography.

La chitine est l'un des biopolymères les plus abondants dans la biomasse. Son principal dérivé industriel est le chitosane. Ces deux polysaccharides présentent un intérêt croissant en raison de leurs nombreuses propriétés physico-chimiques et biologiques remarquables. Leur utilisation en tant que matériaux est potentiellement intéressante dans de nombreux domaines tels que la pharmacie, la médecine, l'industrie alimentaire et l'agriculture. Malgré de nombreuses avancées dans les méthodes chimiques de production de la chitine et du chitosane, l'utilisation de solutions concentrées d'acides et de bases alcalines présente le désavantage de générer de grandes quantités d'effluents toxiques. Récemment, des méthodes d'extraction de la chitine par biotechnologie ont été proposées comme une alternative aux méthodes chimiques. Dans ce contexte, l'objectif principal de ce travail a été de développer un procédé biotechnologique d'extraction de la chitine à partir de carapaces de crustacés à l'aide de bactéries lactiques et d'enzymes. A cette fin, les facteurs influençant les réactions mises en jeu au cours de l'extraction, telles que la déminéralisation, la déprotéinisation et la N-désacétylation ont été étudiés en considérant les caractéristiques physico-chimiques des chitines et chitosanes ainsi obtenus. Ces caractéristiques sont principalement les masses molaires moyennes et le degré de N-acétylation. Ce travail s'est également intéressé à la valorisation des sous-produits d'extraction (protéines, pigments...) et aux applications potentielles des différents chitosanes préparés, notamment comme agents fongistatiques.

L'objectif de ce travail de thèse est de fournir une étude systématique et détaillée des propriétés de mélanges de PLA et de PHA préparés à l'état fondu. En particulier, le comportement rhéologique, la miscibilité, la morphologie, les propriétés mécaniques et l'influence du vieillissement physique sur les propriétés en traction des mélanges PLA/PHBV réalisés en mélangeur interne et par extrusion bi-vis sur toute la gamme de composition ont été étudiés.La sensibilité du PHBV à la dégradation thermique a été mise en évidence, ainsi que l'importance des interfaces entre le PLA et le PHBV sur le comportement rhéologique aux basses fréquences. Les analyses de calorimétrie différentielle à balayage ont montré l'immiscibilité des deux polymères. Deux types de morphologies distinctes (nodulaire et co-continue) selon la composition de mélange ont été observées par microscopie électronique à balayage et microscopie optique en réflexion. La résistance au choc des mélanges PLA/PHBV avec et sans modifiant choc a été étudiée et les propriétés en traction de différents mélanges de PLA avec du PHBV, du Lotader GMA ou du PBAT ont été caractérisées. L'ajout d'une faible quantité de phase dispersée dans la matrice de PLA, initialement fragile, permet d'augmenter considérablement son allongement à la rupture. Cependant, les propriétés ductiles obtenues diminuent avec le temps écoulé entre la mise en forme des échantillons et leur test mécanique. Une étude de l'influence du vieillissement physique sur les propriétés des mélanges à base de PLA a donc été réalisée et un modèle qualitatif a été proposé.

Ce travail examine la potentielle mise à l'échelle industrielle des procédés de préparation des nanocristaux d'amidon (SNCs). Une caractérisation approfondie (morphologie, viscosité, stabilité thermique et propriétés en nanocomposites) de 5 SNCs différents montre une faible influence de la source botanique, contrairement aux nanocristaux de cellulose. L'analyse du procédé de préparation actuel des SNCs a conduit à 3 nouvelles stratégies d'optimisation et à la définition d'une nouvelle génération de SNCs. Une nouvelle application des SNCs, en emballage multicouche, montre également que les SNCs peuvent être utilisés en couchage et contribuer à diminuer la perméabilité à la vapeur d'eau de certains biopolymères. Une analyse du cycle de vie des SNCs dans ce type d'application est également proposée. Cette étude contribue donc à l'avancée de cette thématique et propose des perspectives prometteuses.

Avec une mortalité après pancréatectomie de l'ordre de 5 % et une morbidité aux alentours de 50 %, la chirurgie pancréatique est l'une des plus délicates des interventions digestives. L'une des complications les plus graves est l'apparition de fistules pancréatiques (FP), c'est-à-dire un défaut d'imperméabilisation au niveau des sutures, impliquant une fuite enzymatique dans le milieu péritonéal qui peut engager le pronostic vital du patient. A ce jour, aucun dispositif médical n'est indiqué dans la prévention de ces FPs. Ainsi, ce projet a pour ambition de concevoir et de valider un biomatériau constitué d'une matrice absorbante qui assurera la double fonction d'éponge et de réservoir d'agent antibactérien, sur laquelle un greffage chimique devrait conférer des propriétés bioadhésives thermorégulées. La première partie de ce travail est consacrée à l'optimisation de la matrice absorbante, à base d'alginate et de chitosane, déjà développée lors d'une précédente thèse. Trois types de procédés de séchages ont été comparés : le séchage par évaporation, la lyophilisation et le séchage en milieu CO2 supercritique. Ces différents procédés conduisent à des matériaux de structures internes et de porosités différentes. L'impact de ces différences de structure a été évalué en termes de capacité de gonflement dans différents milieux, dont un milieu pancréatique simulé, mais aussi en termes de résistance enzymatique et de libération de principe actif. En tenant compte des résultats obtenus, le séchage par évaporation a été identifié comme le plus approprié pour la suite de l'étude. Dans une deuxième partie, du poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) a été synthétisé par polymérisation contrôlée (RAFT) afin d'être greffé sur la matrice absorbante. Le PNIPAM est un polymère thermosensible dont les propriétés bioadhésives sont directement dépendantes de la température. Ce polymère est généralement bioadhésif au-dessus de sa " lower critical solution température " (LCST), située aux alentours de 32 °C. Dans cette étude la masse molaire et la densité de greffage du PNIPAM sont les deux principaux paramètres étudiés pour son greffage sur les matrices. Enfin, les propriétés de surface des matrices greffées ont été caractérisées. Les matériaux ont montré, in vitro, des propriétés bioadhésives thermosensibles, avec une bioadhésion cellulaire observée principalement au-delà de la LCST. Les essais ex vivo ont cependant montré une bioadhésion sur organe plus importante en dessous de celle-ci. Cette étude a permis de mettre au point des biomatériaux absorbants aux propriétés de surface thermorégulées. Une compréhension plus fine des relations propriétés de surface/propriétés d'usage permettrait d'optimiser les propriétés de bioadhésion thermorégulée. / Pancreatic surgery, which leads to 5 % of mortality and around 50 % of morbidity, is one of the most critical digestive operations. The most serious complication is the appearance of pancreatic fistulas (PFs), i.e. enzymatic leaks from the surgical sutures to the peritoneal environment that can lead to the life threatening of the patient. To date, no medical device is indicated for the prevention of these FPs. The aim of this project is to design and validate a biomaterial constituted of a matrix that will ensure the dual function of absorbent and antibacterial agent reservoir, on which a chemical grafting should confer thermoregulated bioadhesive properties. The first part of this work is devoted to the optimisation of the absorbent matrix, based on alginate and chitosan, already developed during a previous thesis. Three types of drying processes were compared: drying by evaporation, lyophilisation and drying in supercritical CO2 medium. These different processes led to materials with different internal structures and porosities. The impact of these structures was evaluated in terms of swelling capacity in various media, including a simulated pancreatic environment, but also in terms of enzymatic resistance and release of an active molecule. Taking into account the obtained results, drying by evaporation was identified as the most appropriate process. In a second part, poly (N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) was synthesised by controlled polymerisation (RAFT) in order to be grafted onto the absorbent matrix surfaces. PNIPAM is a thermosensitive polymer with bioadhesive properties which depend on the temperature. This polymer is usually bioadhesive above its lower critical solution temperature (LCST), around 32 ° C. In this study, the molar mass and the grafting density of PNIPAM are the two main parameters studied for the surface modifications. Finally, the surface properties of the grafted matrices were characterised. In vitro, the materials showed thermosensitive bioadhesive properties, with a cellular bioadhesion mainly observed above the LCST. However, ex vivo tests exhibited higher bioadhesion on porcine organs at lower temperatures. This study led to the development of absorbent biomaterials with thermoregulated surface properties. Further understanding of the relationship between surface properties and in vivo bioadhesion would allow the optimisation of the thermoregulated surface properties.