Ce travail de thèse concerne la formulation et la mise en œuvre d'un ensimage thermoplastique, respectueux de l'environnement et utilisable à une échelle industrielle. La première étape du projet a été d'adapter les moyens et les ingrédients de formulation aux contraintes industrielles. La formule d'ensimage est basée sur une dispersion aqueuse de particules de polymère thermoplastique (PEI) obtenue par la technique d'émulsion/évaporation. Le choix de la technique de dispersion et du solvant volatil ont été les premières modifications apportées à la formulation d'ensimage qui existait à l'échelle laboratoire. Une optimisation de la dispersion aqueuse a été nécessaire pour répondre aux contraintes industrielles de stabilité, de température et de mise en œuvre. La seconde étape a été l'optimisation de la dispersion aqueuse d'ensimage par une modélisation prédictive puis sa validation expérimentale. L'étude prédictive (QSPR) a permis de se focaliser sur deux paramètres essentiels influençant la stabilité de la dispersion : la vitesse d'émulsification et la concentration en tensioactif. La validation expérimentale nous a permis de confirmer l'importance de ces paramètres et ainsi mieux maîtriser l'élaboration des dispersions. Afin de répondre aux exigences industrielles, notamment en termes de comportement rhéologique, une nouvelle formule d'ensimage a été élaborée. Cette dernière met à profit le comportement viscoélastique de tubules formés par l'association CTAC/acide salicylique, pour préparer des dispersions aqueuses stables. Il s'agit là du premier exemple d'utilisation de tubules pour disperser dans l'eau des particules de polymère par la technique d'émulsion/évaporation. La stabilité de la dispersion a été mesurée à 22h et les propriétés de la dispersion permettent une redispersion aisée de la formulation même après déstabilisation. Enfin cette dispersion d'ensimage a fait l'objet de tests laboratoires et pilotes pour réaliser, respectivement, un film sur plaques de graphite et un ensimage sur fibres de carbone HexTow(r) IM7 sur la chaîne d'ensimage de notre partenaire industriel. Les résultats ont montré un ensimage abondant et qui montrait de bonnes propriétés d'adhésion dans le matériau composite final. Cette dispersion d'ensimage a été brevetée par Airbus Defence & Space. / This PhD project is related to the development of an eco-friendly thermoplastic sizing formulation and its implementation as sizing, usable at an industrial scale. The first step of the project was to adjust the preparation and the ingredients of this formulation to the industrial requirements. The sizing formulation is based on an aqueous dispersion of thermoplastic polymer particles (PEI) obtained by an emulsion/solvent evaporation process. The choice of the dispersion method and the volatile solvent were the first modifications achieved on the sizing formulation which was available at a laboratory scale. An optimization of the aqueous dispersion was necessary to meet the industrial requirements of stability, temperature and implementation. The second step was the optimization of the aqueous sizing dispersion by a predictive model, and then its experimental validation. The predictive study (QSPR) permitted to focus on two essential parameters affecting the stability of the dispersion: the stirring speed and the surfactant concentration. The experimental validation permitted to confirm the importance of these parameters and consequently a better understanding of the dispersion process. In order to satisfy the industrial requirements, especially in terms of rheological behavior, a new sizing formulation was elaborated. This latter takes advantage of the visco-elastic behavior of the tubules formed by the association CTAC / salicylic acid, to formulate stable aqueous dispersions. This is the first example of use of tubules to disperse polymer particles in water by emulsion/solvent evaporation process. The stability of dispersion was measured to 22 hours and the proprieties of this dispersion permit an easy redispersion of formulation even after destabilization. Finally, this sizing dispersion was tested in laboratory and industry to make, respectively, film on carbon slab and sizing on carbon fibers HexTow(r) IM7 using industrial sizing means. The results showed an abundant sizing and good adhesion properties in the final composite material. This sizing dispersion was patented by Airbus Defence & Space.

Les dispersions aqueuses de polymère sont couramment utilisées dans l'industrie pharmaceutique pour pelliculer les formes galéniques destinées à la voie orale et permettre une libération contrôlée du principe actif. Il est nécessaire de faire attention à la stabilité à long terme des films au cours du stockage et d'éviter une diminution des taux de principe actif libéré par continuation de la coalescence des particules de polymère. L'idée de ce travail était d'ajouter un second composant approprié aux dispersions aqueuses d'éthyle cellulose afin d'améliorer la formation du film et la stabilité à long terme et d'ajuster facilement les cinétiques de libération désirées.<br />Les objectifs de cette étude sont : (i) de préparer et de caractériser en détail différents types de formes solides pelliculées ainsi que des films libres polymériques de composition identique aux pelliculages, (ii) de mieux comprendre les mécanismes de libération sous-jacents aux différentes formes solides pelliculées avec les dispersions aqueuses d'éthyle cellulose (EC) additionnées de petites quantités d'un second composant, et (iii) de proposer un moyen facile pour obtenir les cinétiques de libérations souhaitées et restant stables à long terme pour différents types de principes actifs et de noyaux de départ.<br />Différents types de noyaux de départ ont été étudiés : (i) des noyaux matriciels de principe actif avec un haute teneur en principe actif ; (ii) des noyaux de sucre montés avec du principe actif, qui peuvent générer une pression hydrostatique significative à l'intérieur du système une fois en contact avec des milieux aqueux ; (iii) des noyaux de cellulose microcristalline (MCC) (un matériau inerte) montés avec du principe actif, et (iv) des noyaux de sucre pelliculés avec de l'EC et montés ensuite avec du principe actif. Différents types de principe actif de différents solubilités aqueuses ont été étudiés : la théophylline, le paracétamol, le succinate de métoprolol et le chlorhydrate de diltiazem. Ces derniers ont été soit montés sur des noyaux de sucre, de MCC et de sucre pelliculés avec de l'EC, soit inclus dans des noyaux matriciels à différentes teneurs.<br />Pour maîtriser la libération du principe actif à partir de minigranules pelliculés avec de l'EC, des polymères hydrophiles tels que l'alginate de propylène glycol, le lambda-carraghénane et le copolymère d'acide polyvinylique et de polyéthylène glycol ont été ajoutés. Tous ont montrés une bonne compatibilité avec la dispersion aqueuse d'EC ; Aquacoat ECD 30. Les minigranules ont été pelliculés en lit d'air fluidisé, l'Aquacoat ECD étant plastifié avec 25 % m/m (basé sur le poids sec du polymère) de triéthyle citrate ou de dibutyl sébaçate. Après pelliculage, les minigranules sont soumis a un traitement thermique à différents temps, températures, et humidités relatives afin d'assurer une formation complète du film et d'obtenir une stabilité à long terme sous des conditions ambiantes ainsi que des conditions stress (suivant les recommandations ICH). Les cinétiques de libération sont réalisées dans un appareil à palettes dans des milieux simulant le contenu de l'estomac et de l'intestin grêle à température corporelle.<br /><br />Le mélange de la dispersion aqueuse d'EC avec les différents types de polymère hydrophile permet de fournir des cinétiques de libération contrôlées avec des conditions de pelliculage et de traitement thermique appropriés, et ce quelque soit le type de principe actif et de noyau de départ. Des cinétiques de libération d'ordre zéro ont notamment pu être obtenus dans le cas de matrices de théophylline pelliculés avec un mélange d'EC: copolymère de PVA-PEG à un ratio de 85:15. L'ajout d'alginate de propylène glycol conduit à des profils de libération du principe actif pH-dépendant. Ceci peut-être très utile pour compenser la diminution de solubilité pH-dépendante de bases faibles le long du tractus gastro-intestinal. Des profils de libération stables à long terme peuvent être obtenus avec des conditions de traitement thermique appropriées.<br />Les mécanismes de libération sous-jacents ont pu être élucidés en utilisant des solutions adéquates de la seconde loi de diffusion de Fick considérant les conditions respectives initiales et de « boundary ». De fins films polymériques ont été caractérisés part rapport à leur prise en eau et perte de masse sous exposition à différents milieux de libération et ont été utilisés pour déterminer le coefficient de diffusion apparent. La pression osmotique du milieu de libération a été variée afin d'évaluer l'impact de plus faible pressions osmotiques entre l'intérieur et l'extérieur des minigranules. Le gonflement du système a été également suivi au cours du temps sous ces conditions. Les cinétiques de libération à partir de minigranules individuels ont été menées et comparées à la libération d'un ensemble de minigranules. Le diamètre des minigranules restait environ constant au cours des 8 h d'observation, et ce quelque soit le type de noyau de départ. La pénétration continue de l'eau au sein des minigranules devrait générer une augmentation de la pression hydrostatique dans le système. Ceci pourrait alors conduire à une augmentation continue du diamètre des minigranules jusqu'à ce qu'une certaine valeur critique soit atteinte où la formation de fissures dans le pelliculage survient et le liquide interne est expulsé du système et le diamètre du minigranule diminue soudainement. On notera que ce type de comportement n'a pas été observé. Les cinétiques à partir des minigranules individuels étaient très similaires à l'ensemble de minigranules, indépendamment du type de noyau de départ et de milieu de libération. Ceci peut ne pas être nécessairement le cas, la cinétique finale observée peut être la somme de profils de libération de minigranules individuels très différents. Ainsi, il semble n'y avoir qu'un mécanisme de libération uniforme et la formation de fissures au cours du temps est improbable avec les systèmes étudiés. Cette hypothèse a été confortée par des images de microscopie électronique à balayage montrant des surfaces de minigranules lisses après exposition aux milieux de libération. La modélisation mathématique des cinétiques de libération à partir de fins films libres ainsi qu'à partir de minigranules pelliculés a révélé que les cinétiques de libération sont contrôlées par diffusion à travers une membrane polymérique intacte, ce qui est en bonne concordance avec les résultats expérimentaux.<br />L'étape de traitement thermique nécessaire à la formation de pelliculages stables à long terme a pu être minimisée pour les différents types de système, contenant des principes actifs peu et très solubles et pour différents types de noyaux.<br />L'addition de petites quantités d'un polymère hydrophile approprié à la dispersion aqueuse d'EC est un outil très efficace pour obtenir aisément les cinétiques de libération désirées et restant stables au cours du stockage et ce, même dans des conditions stress