Ce manuscrit est consacré à l'élaboration de phases stationnaires monolithiques organiques pour lesmicrosystèmes électrochromatographiques plastiques. La partie bibliographique situe d'abord l'intérêt destechniques électrocinétiques en microsystème. Ensuite, l'état de l'art sur l'utilisation des monolithes dans cestechniques séparatives est présenté en portant une attention particulière à la description du processus dephotopolymérisation. La fonctionnalisation de surface du copolymère d'oléfine cyclique (COC) est ensuitedétaillée afin d'envisager l'ancrage du monolithe aux parois du canal.La partie expérimentale a porté tout d'abord sur le développement et la caractérisation de deux monolithesacrylates dédiés à la chromatographie à polarités des phases inversées. Le travail expérimental s'est ensuiteorienté vers le développement d’un nouveau procédé permettant la synthèse et l’ancrage du monolithe dansles microcanaux en COC, ceci en une seule étape et à partir des photoinitiateurs de type I. Ce protocolepermet l'obtention d'efficacités intéressantes qui restent cependant inférieures à celles obtenues en capillaire.Des adaptations des conditions d'irradiation ont alors été apportées pour la synthèse de ces monolithes àl’intérieur des microsystèmes afin d'obtenir des efficacités de l’ordre de 250 000 plateaux/m. Pour terminer,les domaines d'applications et la longévité du dispositif ont été illustrés par la séparation de différentesfamilles de solutés (PAH, mycotoxines, catécholamines, acides aminés, amines biogènes) et l'analysed'échantillons réels tels que les vins (pour déterminer la teneur en certaines amines biogènes : histamine ettyramine). / This manuscript is dedicated to the synthesis of organic monolithic stationary phases in plasticelectrochromatographic microchips. The bibliography part shows the benefit of electrokinetic techniques formicrosystems. After an overview on the use of monoliths in separation techniques, the manuscript is focusedon the description of photopolymerization process. Finally, a detailed review of the different protocols offunctionnalization of cyclic olefin copolymer (COC) surface to allow anchoring of the monolith to thechannel walls is produced.The experimental study firstly deals with the development and characterization of two acrylate monolithsdedicated to the reversed phase mode in chromatography. Then, the experimental part focus on a new onestepmethod for the simultaneous synthesis and anchoring of organic monolith inside COC microchipchannel, thanks to the use of type I photoinitiators. This protocol improves efficiencies which neverthelessstay below those obtained in capillary. Further, the adjustment of the irradiation conditions allows to reachup to 250 000 plates/m. Finally, the field of applications and the durability of microsystem have beenillustrated by the separation of different kinds of solutes (HAP, mycotoxins, catecholamines, biogenicamines) and the analysis of real matrices such as wine samples (for the quantitative determination of twobiogenic amines : histamine and tyramine).

The advancement in smart technologies for organic conducting polymers as flexible substrates in LEDs, PVs and solid state lighting necessitates the development of ultra-high barrier films to protect the devices from moisture and oxygen. The current encapsulation methodology of using layers of plastics and inorganic oxides has several deficiencies. Alternatively, the use of single layer of polymer nanocomposites is a promising substitute for these inorganic based encapsulation layers. The use of polymer materials have the advantage of flexibility, active electrodes printability and easy to make the devices for large area applications. The nano-fillers with high aspect ratio as nanocomposites ingredient in polymers reinforces its mechanical strength and also acts as a scavenging material for moisture and increases the residence time and/or for the penetrating moisture in the film. Chapter 1 gives the basic overview in the field of barrier technology films and coatings from polymers and inorganic oxide as either mono/multi layer hermetic encapsulation methods. The understanding of both chemistry and physics behind the moisture permeation and its interaction with the film material was discussed. The inclusion of functional nano-fillers as moisture trapping agents in the film provide better device protection achieved. The methods and instruments to measure such ultra-low permeation within the films are discussed. Finally, the advantage of polymer based nanocomposites for low-permeable films with existing materials are briefly discussed in this chapter. In this thesis, we employed both thermoplastic and thermoset polymer nanocomposites as encapsulation layer for device sealing. The use of ion-containing polymers (ionomers) as a sealant layer was also studied. Chapter 2 presents the detailed experimental procedures with materials and methods used in this thesis along with the synthesis methodologies to make films from the polymer. In chapter 3, we used cyclic olefin copolymer COC (copolymer of ethylene and norbornene) as an encapsulation layer with silica and layered silicate nano-fillers. The compatibility between hydrophilic silica and hydrophobic COC was achieved by maleic anhydride grafted PE with anchoring on COC as a compatibilizer and then silica filler was added to make the nanocomposite films. FTIR spectroscopy confirms the bond formation of silica with COC/MA-g-PE. The mechanical (tensile and DMA) and thermal studies (DSC) suggested that there is an improvement observed when adding silica/silicate layers in the polymer matrix with increased tensile strength, storage modulus and Tg. The calcium degradation test show enhanced performance towards moisture impermeation in the film. Chapter 4 deals with the synthesis of PVB based nanocomposite film with silica/layered silicate as nanofillers in the base matrix with varying degree of acetalization in the film. The FTIR and NMR spectroscopy show the evidence for acetal link formation in the in-situ synthesized PVB with silica/silicate nanofillers with three different acetyl contents. The tensile and DMA studies show the observed improvement in mechanical strength (increased tensile strength, storage modulus) were due to the intercalation of clay galleries during PVB formation and the interaction of silica particles interactive bond formation with –OH groups of PVA in PVB. The higher clay/silica particles show agglomerated nature and reduction in film strength. Thermal studies (DSC) show that there is an improvement observed in Tg when adding silica/silicate layers in the polymer matrix with moderate to low acetal content. The calcium degradation test show enhanced performance towards moisture impermeation in the film. Chapter 5 describes the inclusion of ionic groups (ionomers) in PVB and its effects on moisture permeation and mechanical properties. PVB ionomer was synthesized using formyl benzene 2-sulfonic acid sodium salt and 2-carboxy benzaldehyde (both sulfonic and carboxylic acid sources) as co-aldehyde with butyraldehyde and PVA. These acid groups were neutralized with potassium, magnesium and zinc ions. The level of acid content in the films was maintained between 6 to 28 mol percent. The sulfonic acid films with zinc and magnesium ions of 14 mol% exhibit good mechanical strength and low moisture permeation. Chapter 6 deals with the epoxy terminated silicone polymer nanocomposites as moisture barrier coatings for device encapsulation. Both silica and clay silicate layers were used to reinforce the silicone matrix. The silica nanoparticles were grafted with amino-silane groups, this would help in better mixing of silica particles in the silicone matrix due to the amine groups interaction in curing with epoxy groups. The calcium degradation test was used to determine the WVTR of the nanocomposites and device encapsulation was employed to estimate the degradation after exposure to ambient environment. Chapter 7 presents the concluding remarks of the results presented. The benefits as well as limitations of the polymer nanocomposite film and the future developmental work to be carried out are discussed in this chapter.

Ce travail de thèse, inscrit dans le cadre du projet FUI ConProMi, se propose d'étudier les mécanismes intervenant durant la phase de réplication par micro-injection de pièces en polymères amorphes. Dans ce but, un outil spécifique dénommé « La Rotonde » a été développé, pour réaliser des pièces d'épaisseurs variables, tout en suivant les conditions de pressions et températures locales. Les mesures de ces conditions ont montré que les écoulements de polymère à l'état fondu, dont d'un copolymère d'oléfines cycliques (COC), variaient en fonction de l'épaisseur de la cavité. L'analyse de ces résultats a permis de proposer une nouvelle loi de comportement reliant les pertes de charge dP à l'épaisseur de la cavité, selon une loi Puissance: dP~1/e^a. L'extrapolation de cette loi à des épaisseurs décroissantes nous a permis de prédire la limite physique de fabrication d'objets par micro-injection, connue de façon empirique dans l'industrie de la plasturgie ; la fabrication de pièces d'épaisseurs inférieures à 0.19 mm (ou de facteur de forme supérieur à 45) est en effet impossible du fait des pertes de charges trop importantes lors de l'écoulement du polymère dans la cavité. Il a ainsi été démontré que La Rotonde est un véritable rhéomètre interne, mesurant les viscosités du COC dans la cavité lors de son écoulement, en intégrant l'influence de la compressibilité de la matière. Une attention particulière a enfin été portée sur l'échantillon de plus faible épaisseur injectable (0.27 mm), afin de mieux appréhender les mécanismes s'opposant à l'écoulement du polymère fondu. Ces travaux ont révélé des viscosités élevées et des contraintes de cisaillement supérieures aux valeurs seuils rapportées dans la littérature pour expliquer le phénomène de glissement des chaînes macromoléculaires à l'interface paroi/polymère. Une analyse morphologique fine a été entreprise afin d'observer et identifier les mécanismes impliqués lors du remplissage des pièces. Cette étude spécifique a permis de révéler la présence de multiples écoulements secondaires, localisés à proximité du seuil et dont le nombre croit fortement avec la réduction d'épaisseur. Ces défauts ont tendance à disparaitre le long de l'écoulement et à former des lignes de recollement. Ce résultat original montre que le modèle d'écoulement Fontaine relatif au remplissage des cavités en injection a été mis en défaut dans le cas de la micro-injection. La dernière partie de cette étude a été consacrée à l'analyse des conséquences de ces écoulements secondaires sur les propriétés physiques des pièces en COC. Les mesures de biréfringence ont permis de mettre en évidence des niveaux de contraintes internes particulièrement élevés à proximité du seuil, qui sont favorisées par la phase de maintien. Ces contraintes ont été par ailleurs directement corrélées avec la réduction d'épaisseur. Les variations des propriétés physiques et en particulier mécaniques dynamiques des micro-pièces ont été reliées à l'histoire thermomécanique subie par les échantillons, avec notamment des augmentations des propriétés élastiques et de densité liées aux cinétiques de refroidissement croissantes avec la réduction d'épaisseur. Les variations de mobilité moléculaire à grande distance des chaînes macromoléculaires du polymère considéré ont été corrélées au phénomène de vieillissement physique, ou à la présence de défauts structurels générés lors de l'écoulement. D'un point de vue industriel, une telle étude a permis de proposer des préconisations sur l'optimisation des conditions de mise en œuvre en micro-injection d'objets de tailles réduites, en expliquant l'origine du verrou technologique relevé industriellement. A la lumière de ces résultats, des solutions technologiques pourront être proposées, pour reculer les limites de fabrication de micro-objets en favorisant le glissement des chaines macromoléculaires à l'interface paroi/polymère ou formuler de nouveaux polymères spécifiques pour ce secteur d'activité. / This work, done within the framework of a FUI project (ConProMi), endeavoured to study the mechanisms involved within amorphous polymers during the replication of micro-parts by microinjection moulding. A specific mould called “La Rotonde” has been developed to realise parts with variable thicknesses, and to follow the local pressure and temperature conditions during the moulding phase. The in-situ measurements show that the polymer flow is greatly affected by the cavity thickness, in the particular case of cyclic olefin copolymer (COC). Indeed, the pressure drops dP increases with the thickness e and respect a power law, through the expression dP~e^a. The extrapolation to lower thicknesses gives a physical limit for the manufacturing of micro-parts by injection moulding, known empirically in the plastic industry. The moulding of a 0,19mm thick part (or aspect ratio upper than 45) is impossible due to the pressure drops involved. Therefore, “La Rotonde”, as an internal rheometer, allows measuring the COC viscosity under real process conditions, integrating the material compressibility. A focus has been made for the smaller parts (0,27mm thick) to study the mechanisms involved within the polymer flow. Higher viscosities and shear stresses are found for this cavity, and close to the values corresponding to the appearance of wall-slip phenomenon at the interface between the polymer and the cavity. A morphological analysis of short-shots reveals the presence of multiple secondary flows close to the injection gate, creating weld-lines. This phenomenon is clearly broadened with decreasing thicknesses, but it seems to disappear away from the injection gate. Therefore, this original result show that the classical fountain flow, used to describe the polymer flow behaviour, is not sufficient in the case of polymer flows within micro-cavities. As a consequence, each sample's morphology has been studied and related to the physical properties of COC. A specific analysis of the local birefringence has been developed in order to quantify the residual internal stresses. The internal stresses profiles normal to the flow direction are parabolic for all the samples, and the levels of maximum stresses reached increases with reducing thickness. The dynamic mechanical properties are history-dependent according to the former thermomechanical conditions. The elastic properties tend to increase together with the density when the thickness decreases, partly explained by the enhancement of the cooling rates. The differences observed for the molecular mobility of the macromolecular chains have been correlated to physical ageing and/or at the presence of structural defects during the moulding phase. With regards to the results observed, some recommendations are drawn regarding the optimization of the process conditions for the manufacturing of parts by micro-injection moulding. At last, different solutions are given to overcome the physical limitation to produce micro-parts, like controlling the wall-slip phenomenon at the interface between polymer and cavity or compounding new polymers with specific rheological behaviours.

La caractérisation juste et reproductible en isotopie et en concentration des radioéléments est l’une des thématiques essentielles des laboratoires d’analyse dans le domaine du nucléaire. Afin de minimiser les temps de manipulation en boite à gants des personnels et la production de déchets radioactifs liés à l’analyse de combustibles nucléaires, il est nécessaire de proposer des solutions efficaces et innovantes. Depuis quelques années, la miniaturisation des systèmes séparatifs constitue l’un des axes de développement majeurs de la chimie analytique et ces microsystèmes constituent certainement une des solutions pour répondre aux exigences de l’analyse nucléaire. Ce travail a pour objectif la conception d’une plateforme analytique miniaturisée et à usage unique, dédiée a la séparation des lanthanides, issus des combustibles usés, en amont de leur analyse par spectrométrie de masse. Destiné à remplacer une étape de séparation chromatographique au centre d’un processus analytique de trois étapes, le nouveau protocole basé sur l’isotachophorèse (ITP) doit satisfaire un cahier des charges précis. Les propriétés de complexation des lanthanides ont d’abord été exploitées afin d’obtenir avec un agent chélatant unique et rigoureusement sélectionné, l’acide 2-hydroxy-2-methylbutyrique (HMBA), la sélectivité intra période nécessaire à leur séparation complète par ITP. Basées sur des modèles théoriques existants, des études complémentaires, notamment des paramètres influençant la résolution, ont permis l’amélioration des performances globales du système ainsi que son dimensionnement. Pour réduire drastiquement le volume de déchets liquides secondaires (solutions de rinçage) et la manipulation de matériaux et de matériels radioactifs, le protocole a été implanté sur un microsystème polymérique jetable en COC, spécialement développé pour cette application. Ce microsystème a ensuite été couplé à un spectromètre de masse a multi collection et source à plasma à couplage inductif pour mesurer les rapports isotopiques / The accurate and reproducible characterization of radioactive solutions in isotope composition and concentration is an essential topic for analytical laboratories in the nuclear field. In order to reduce manipulation time in glove box and production of contaminated wastes, it is necessary to propose innovative and efficient solutions for these analyses. Since few years, microchips are a major field of development in analytical chemistry and those devices could provide a solution which fits the needs of nuclear industry. The aim of this work is to design a disposable analytical micro-device devoted to lanthanide separation from spent nuclear fuel before their analysis in mass spectrometry. Designed to be used in place of a separation process by liquid chromatography which is involved in a three step protocol, the new protocol based on isotachophoresis (ITP) keeps compatible with the other two steps. The complete separation of lanthanides by ITP was obtained by the use of only one chelating compound rigorously selected: the 2-hydroxy 2-methyl butyric acid (HMBA). The main parameters involved in solute resolution were defined from the theoretical models of ITP and experimental studies of the influence of these parameters allowed to optimize the geometry of the system and to improve its performances. To suppress cleaning of the system and, consequently, to strongly reduce both liquid waste volume and handling radioactive material, the ITP protocol was transferred in a polymeric (COC) disposable microchip especially developed for this purpose