Le développement d'un nouveau système photo-initiateur 1 photoinitiateur capable d'absorber fortement la lumière dans la région de la lumière visible et de travailler sous irradiation LED a fait des progrès gratifiants. Ici, notamment l'azurant fluorescent en tant que classe de dérivés fluorophores, a été confirmé comme un Pl efficace pour la photopolymérisation radicalaire (FRP), l'un des principaux avantages est qu'ils peuvent travailler efficacement sous l'air, même à faible intensité lumineuse. Lorsqu'ils sont incorporés dans des systèmes photoinitiateurs multicomposants (en présence de sel d'iodonium (et éventuellement N-vinylcarbazole ou amine)), les dérivés du naphtalène-benzoxazole, des triazinylstilbènes sulfonés, du stilbène-biphényl sulfoné et du coumarinme inhibent d'excellentes capacités photoamorcantes pour la FRP des acrylates sous air. De plus, ils sont particulièrement efficaces pour la formation d'un réseau de polymères interpénétrés à travers une photopolymérisation cationique 1 radicale concomitante d'un mélange époxydes 1 acrylates.De plus, la substitution d'une certaine teneur en monomère acrylate avec de l'eau augmente positivement la conversion finale des fonctions acrylate polymérisables, spécialement formulée avec les systèmes initiateurs à base d'azurants hydrophiles. En outre, une formulation aqueuse d'acrylate contenant des systèmes d'amorçage à base d'azurants a permis la synthèse d'hydrogels assistée par LED. Cette méthode de synthèse consomme moins d'énergie et les hydrogels produits ont généralement une teneur élevée en eau. Et, l'étude des photopolymérisations qui se déroulent dans les mélanges acrylate 1 eau élargit les perspectives pour le polymère vert et la chimie organique. / The development of a new photoinitiator/photoinitiatng system being capable of strongly absorbing light in the visible-light region and working under LED irradiation has made gratifying advance. Herein, notably the fluorescent brightener as one class of fluorophore derivetives, has been confirmed as an efficient Pl for free radical photopolymerization (FRP), one of the major advantages is thalthey could efficiently work under air even exposure to a low LED light intensity. When incorporated into multicomponent photoinitiating systems (in the presence of iodonium salt (and optionally N-vinyl carbazole or amine)), the derivatives of naphthalene­ benzoxazole, sulfonated triazinylstilbenes, sulfonated stilbene-biphenyl and coumarinmexhibit quite excellent photoinitiating abilities for FRP of acrylates under air. Moreover, they are particularly efficient for the formation of interpenetrated polymer network through a concomitant cationic/radical photopolymerization of epoxides/acrylates blend.Additionally, substitution of a certain content of acrylate monomer with water is found to positively increase the final conversion of polymerizable acrylate functions, especially formulated with the hydrophilic brighteners-based initiating systems. Besides, an aqueous acrylate formulation containing brighteners-based initiating systems enabled the LED-assisted synthesis of hydrogels. This synthetic method is less energy-intensive and the hydrogels produced are typically of high water content. And, the investigation of photopolymerizations thal proceed in acrvlate/water blends broadens the perspectives for qreen polvmer and organic chemistry.

Ce travail porte sur la synthèse et la caractérisation de membranes polymères échangeuses d'anions, destinées à la protection de l'électrode à air dans une batterie lithium-air (en vue d'une application pour véhicule électrique). Ces matériaux à architecture de réseaux interpénétrés de polymères (RIP) associent un réseau polyélectrolyte cationique hydrocarboné, la poly(épichlorohydrine) (PECH), à un réseau de polymère neutre qui peut être soit hydrocarboné, soit fluoré. Tout d'abord, la synthèse du réseau polyélectrolyte et son assemblage sur l'électrode à air ont été optimisés. Une première série de RIP associant ce réseau PECH à un réseau de poly(méthacrylate d'hydroxyéthyle) a été synthétisée. Une seconde série de matériaux combinant ce même réseau PECH à un réseau de polymère fluoré a été développée. L'ensemble de ces matériaux a été caractérisé, et pour chaque série de RIP, la méthode de synthèse et la composition ont été optimisées. Les membranes RIP présentent des propriétés améliorées par rapport au réseau simple de PECH. L'électrode à air protégée par ces nouvelles membranes échangeuses d'anions présente une stabilité améliorée dans les conditions de fonctionnement de la batterie lithium-air. Plus précisément, une durée de vie de 1000 h est obtenue lorsque l'électrode à air a été modifiée avec un RIP fluoré, soit une augmentation d'un facteur 20 de la durée de vie de l'électrode non modifiée. / This work focuses on the synthesis and characterization of polymer membranes to be used as anion exchange membranes for protection on an air electrode in a new lithium–air battery for electric vehicle. In these materials showing interpenetrating polymer networks (IPN) architecture, a hydrogenated cationic polyelectrolyte network, the poly(epichlorohydrin) (PECH), is associated with a neutral network, which can be either hydrogenated or fluorinated. First, the synthesis of the polyelectrolyte network and the membrane/electrode assembly were optimized. Second, a first IPN series associating the PECH network with a poly(hydroxyethyl methacrylate) network was synthesized. Third, the same PECH network was associated with a fluorinated polymer network. All the materials were characterized, and optimal synthesis methods as well as an optimal composition were determined for each association. The IPNs show improved properties compared with the single PECH network. The air electrode protected by these new anion exchange membranes shows improved stability in the working conditions of the lithium-air battery. Specifically, a lifetime of 1000 h was obtained when the electrode was modified with a fluorinated IPN, a 20-fold increase in the lifetime of the non-modified electrode.

Différentes membranes conductrices anioniques ont été développées pour protéger une électrode à air fonctionnant dans une batterie Zinc-Air alimentée par de l’air ambiant. Dans ces conditions, le dioxyde de carbone contenu dans l’air, en contact avec l’électrolyte basique, se transforme en carbonate de potassium qui précipite dans la structure poreuse de l’électrode. Cela provoque l’augmentation de sa résistance et la perte de son étanchéité, et l’électrode n’est alors stable que 80 heures. L’objectif de cette étude est donc de rendre stable une électrode à air pendant 3000 heures de fonctionnement.Pour cela, différents réseaux (semi-)interpénétrés de polymères ont donc été développés en associant un polyélectrolyte et un réseau partenaire neutre. La polyépichlorhydrine greffée avec du 1,4-diazabicyclo(2,2,2)octane et un polyélectrolyte fluoré ont été choisis comme polymère conducteur anionique. Des réseaux neutres à base de poly(méthacrylate de 2-hydroxyéthyle), d’alcool polyvinylique et de perfluoropolyéther leur ont été, tour à tour, associés. Les propriétés physico-chimiques des différentes membranes développées ont été caractérisées selon leur densité de charges et leur composition. Les membranes présentant les meilleures propriétés requises (conductivité anionique, prise en masse limitée, sélectivité, …) ont ensuite été assemblées sur des électrodes à air dont le potentiel et la stabilité ont été évalués au cours du fonctionnement en demi-cellule. Ainsi, une électrode à air modifiée avec de telles membranes peut présenter un potentiel stable pendant 6800 heures de fonctionnement à -30mA/cm². / Different anionic conducting membranes have been developed to protect an air electrode operating in a Zinc-Air battery fed with ambient air. Under those conditions, carbon dioxide from atmospheric air reacts with the alkaline electrolyte, and is then transformed into potassium carbonate. The precipitate of this carbonate inside the electrode porous structure leads to the increase of the system resistance and the loss of its sealing after 80 h of operation. The objective of this study focuses on the improvement of the stability of an air electrode for 3000 h of operation, by protecting it from carbonation reaction with a polymer membrane.For this, different (semi-)interpenetrating polymer networks have therefore been developed combining a polyelectrolyte and a neutral network partner. Polyepichlorohydrin grafted with 1,4-diazabicyclo (2,2,2) octane and a fluorinated polyelectrolyte were chosen as anionic conductive polymer. Neutral networks based on poly (2-hydroxyethyl methacrylate), polyvinyl alcohol and perfluoropolyether were then, alternately, associated to the polyelectrolyte. The physico-chemical properties of the various developed membranes were characterized according to their charge density and composition. The membranes with the best required properties (anionic conductivity, limited weight uptake, selectivity ...) were then assembled on air electrodes whose potential and stability have been evaluated during the operation in half-cell. Thus, an air electrode modified with such membranes maintains a stable potential during 6800 hours of running at -30mA / cm².

Développer un matériau pour une application dans le domaine des lentilles de contact nécessite de satisfaire plusieursexigences, notamment sur la transparence optique, sur la stabilité chimique et thermique. En outre, puisque le matériauest directement en contact avec le tissu de l'oeil, il doit être mouillable, biocompatible, résistant à l'encrassementbiologique, et perméable à l'oxygène. La perméabilité à l'oxygène (Dk) est un paramètre important pour la conceptionde lentilles de contact. Ce paramètre représente la facilité qu’aura l’oxygène à diffuser à travers la lentille vers l’oeil.Dans ce contexte, nous décrivons deux voies de recherche sur une nouvelle formulation afin de répondre à ces critères. Dans une première approche, cette recherche est axée sur la synthèse d’hydrogels de morphologie spécifique, en particulier, sur la synthèse simultanée et/ou séquentielle de réseaux polymères interpénétrés (IPN) permettant d’obtenir unemorphologie à phases co-continues. Parmi les nombreux monomères biocompatibles, nous nous sommes focalisésinitialement sur la combinaison d'un acrylate fluoré (2,2,2 -trifluoroéthyl méthacrylate, TFEM) et de la 1 -vinyl-2 -pyrrolidone (NVP), ce système étant comparé à un IPN constitué d’un monomère siloxane (3-[tris (triméthylsiloxy)-silyle] méthacrylate de propyle], TRIS), bien connu dans le domaine des lentilles de contact en raison de ses bonnes propriétés de transport de l'oxygène. Dans une deuxième approche, ces systèmes sont considérés comme une référence et nous avons prospecté l’élaboration d’IPN à base d’alginate et d’acrylamide, ces hydrogels ayant démontré des propriétés attractives, en particulier les propriétés mécaniques. Plusieurs formulations de gels ont été préparées et l'influence de leur composition sur les propriétés d’intérêt est décrite. En effet, ces hydrogels sont caractérisés d’un point de vue chimique par spectroscopie IRTF, chromatographie couplée GC-MS et d’un point de vue morphologie par microscopie MEB afin de mettre en évidence une morphologie avec des phases co-continues. Les propriétés mécaniques sont aussi déterminées. La perméabilité à l’oxygène étant en partie liée aux propriétés de gonflement du gel, la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) a permis de déterminer et de quantifier l’eau absorbée dans ses différents états thermodynamiques et ces données sont reliées aux mesures de perméabilité. Une autre partie de ce projet est centrée sur la simulation numérique des hydrogels et de leurspropriétés physico-chimiques telles que le gonflement dans l’eau et la diffusion de molécules de gaz. Nous avons utilisé la méthode de dynamique moléculaire (MD) avec le champ de force COMPASS afin de modéliser les polymères les plus communs dans le domaine des lentilles de contact. / To design a material for contact lens application, the candidate materials must satisfy several requirements, including theoptical transparency, the chemical and thermal stability. In addition, since the material is directly in contact with the eyetissue, it should be tear wettable, biocompatible, biofouling resistant and oxygen permeable. Oxygen permeability (Dk) isan important parameter for the contact lens design as it is representative of the lens ability to diffuse oxygen at the eye.In this context, we are following two ways for a new formulation answering to these constrains. First, this research is focusedon the simultaneous or two-step synthesis of IPNs (interpenetrating polymer network) as a means to obtain a cocontinuousphases structure. Among the available biocompatible monomers, the work was initially focused on the achievement of IPN's based on a fluorinated acrylate - TFEM (2,2,2-trifluoroethyl methacrylate) and the 1 -vinyl-2 -pyrrolidone (NVP). Such a system is compared to IPN's based on a siloxane monomer - TRIS (3 - [tris (trimethylsiloxy) silyl] propyl methacrylate]), well known in the field of contact lens thanks to its properties of oxygen transport. These systems are chosen as a reference. In a second part, our research was concentrated on the development of IPN based on alginate and polyacrylamide which have demonstrated attractive properties for biomedical applications, especially their mechanical properties. Several formulations of biocompatible hydrogels were prepared and the influence of their composition on the interest properties is described. These hydrogels are characterized from a chemical point of view by FTIR spectroscopy and GC-MS chromatography, from themorphological point of view by SEM microscopy in order to prove the presence of co-continuous phases. The mechanicalproperties were also investigated. The differential scanning calorimetry (DSC) was used to determine and quantify theabsorbed water in its various thermodynamic states. The oxygen permeability was measured by polarographicelectrochemical method and relations between this parameter and gel swelling and structural properties discussed. Anotherpart of the project is computational simulation of hydrogel systems and its physico-chemical properties. Especially, wewere focused on modeling of various physic-chemical processes in hydrogels such as their swelling in water anddiffusion of gases molecules. We used molecular dynamics method (MD) with the COMPASS force field to be able tomodel polymer systems widely used in contact lens field.

Bisensitive interpenetrating polymer network (IPN) hydrogels of temperature sensitive net-poly(Nisopropylacrylamide) and pH sensitive net-poly(acrylic acid-co-acrylamide) for microfluidic applications were prepared via a sequential synthesis using free radical polymerization. The IPN indicated a suitable reversible alteration of swelling in response to the change in pH and temperature. The adequate change of the hydrogel volume is a basic requirement for microfluidic applications. Using the introduced correction factor f, it is possible to determine the cooperative diffusion coefficient (Dcoop) of cylindrical samples at any aspect ratio. The determined cooperative diffusion coefficient allowed the evaluation of varying swelling processes of different network structures. The presence of the second sub-network of the IPN improved the swelling behaviour of the first sub-network compared to the individual networks.

Depuis plus d’une cinquantaine d’années, de formidables avancées ont été initiées dans le domaine de l’ingénierie tissulaire cutanée menant à la reconstruction in vitro de substituts de peau. La plupart sont des substituts dermiques destinés à être utilisés comme aide à la cicatrisation des plaies aigües et chroniques en complément des traitements de greffes conventionnels ainsi que pour l’augmentation des tissus mous. Bien qu’un nombre croissant de patients aient pu bénéficier de ces matrices dermiques, leur application clinique reste encore restreinte, en raison de leur coût élevé mais également à cause de résultats cicatriciels parfois peu satisfaisants. Par conséquent, il reste un défi de taille, celui de développer des substituts dermiques stimulant activement la cicatrisation, présentant un faible coût de production, sans propriétés antigéniques et possédant des propriétés mécaniques adaptées. Dans ce cadre, les hydrogels à base de fibrine constituent des candidats prometteurs, en particulier en raison du rôle central de cette protéine dans la cicatrisation. Le principal inconvénient est qu’à concentration physiologique, ces hydrogels sont faibles mécaniquement, ce qui les rend difficilement manipulables. L’objectif de cette thèse a été la mise au point ainsi que la caractérisation de différents hydrogels destinés à être utilisés comme substituts dermiques. Ces derniers présentent l’avantage d’associer les propriétés biologiques de la fibrine avec les propriétés mécaniques d’un polymère synthétique, le polyéthylène glycol dans une architecture de réseaux interpénétrés de polymères (RIP). Les résultats obtenus ont permis : - de confirmer les propriétés physico-chimiques des RIP développés initialement par nos collaborateurs de l’université de Cergy-Pontoise, - de valider en trois étapes (in vitro, ex vivo puis in vivo) la biocompatibilité de ces nouvelles matrices, destinées à être utilisées comme supports de culture 2D et pour l’augmentation des tissus mous, - d’élaborer et de caractériser des matrices macroporeuses, optimisées pour la culture 3D de fibroblastes de dermes humains. / Over the past five decades, we assisted in extraordinary advances in the field of skin tissue engineering which led to the in vitro reconstruction of a wide range of skin substitutes. Most of them are dermal substitutes: Their clinical application ranges from treating acute and chronic wounds to soft tissue augmentation. Although increasing numbers of patients have been treated with dermal substitutes, their clinical application has been limited by their substantial cost and some poor healing outcomes. Hence, there is still a challenge to produce a dermal substitute which enhance sufficiently wound healing. To this end, the substitute should exhibit suitable properties for enabling the repair process. Other requirements such as excellent biocompatibility, minimal antigenicity, ease to handle and cost-effective production are also essential. In this context, fibrin hydrogels constitute promising candidates for skin tissue engineering since fibrin fibers form a physiological and provisional backbone during wound healing. However, the poor mechanical properties of fibrin-based hydrogels at physiological concentration are an obstacle to their use. In this study, our aim was to design and characterize mechanically reinforced fibrin-based hydrogels by combining the intrinsic properties of a fibrin network with the mechanical features of a polyethylene glycol network using an interpenetrating polymer network (IPN) architecture. They are intended to be used as dermal scaffolds. The results obtained in this thesis: - Confirmed the suitable physico-chemical properties of IPN, first developed by our partner of the University of Cergy-Pontoise. - Validated their biocompatibility using a three-step approach (in vitro, ex vivo and in vivo assays). - Led to the synthesis and characterization of a new type of fibrin-based macroporous matrices, optimized for 3D dermal fibroblast culture.

Les procédés de photopolymérisation connaissent un développement important avec des applications considérables dans le milieu industriel en raison de ses avantages économiques et écologiques. Les réactions de photopolymérisation sont très représentées, elles reposent sur l’utilisation d’un composé ou d'un système photosensible sous irradiation, générant des espèces réactives capables d’amorcer la polymérisation et de réagir avec le monomère. Le principal objectif de ce travail de thèse consiste à développer des molécules efficaces comme photoamorceurs (PA) pour la photopolymérisation radicalaire (FRP) d’une part et la photopolymérisation cationique (CP) ou la photopolymérisation cationique sensibilisée par les radicaux (FRPCP) d’autre part. Nous nous sommes intéressés à des systèmes amorceurs hautes performances absorbant fortement dans le domaine du visible et permettant l’utilisation de lampes non nocives et à faible consommation d'énergie : les diodes électroluminescentes (LED). Ainsi, un procédé original portant sur la combinaison de la photopolymérisation radicalaire et la photopolymérisation cationique en une seule étape a été examiné. Cette approche a fait appel à la synthèse de réseaux interpénétrés de polymères (RIP) comportant les propriétés spécifiques de chaque polymère. Les efforts ont été consacrés au développement de nouveaux composés avec de nouvelles structures chimiques et d’excellentes propriétés d’absorption de lumière avec de coefficients d’extinctions molaires très élevés.Des systèmes construits sur l’utilisation de différentes structures comme photoamorceurs ont pu être mis au point dans le cadre de cette thèse. La possibilité d’utiliser des colorants présentant un caractère push-pull, ou des colorants étant caractérisés par une structure polyène ou une structure polyaromatique a pu être considérée. Egalement, des structures à base de xanthène sensibles dans le domaine proche visible ont pu être proposées. De plus, ce travail a permis d’étudier de nouveaux systèmes photoamorceurs à base de structures minérales telles que les polyoxométallates ou les pérovskites. Ainsi, la possibilité de proposer de nouveaux sels d’iodonium à base de coumarine a pu être démontrée. Des meilleures performances ont été atteintes en utilisant des systèmes photoamorceurs à deux composants (PA/Ph2I+) ou à trois composants (PA/Ph2I+/additif) dans des conditions d’irradiation douce. Afin d’étudier et caractériser ces photoamorceurs, la cinétique de la réaction de photopolymérisation a été suivie par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (RT-FTIR). Les radicaux générés ont été détectés par résonance paramagnétique électronique (RPE). La photolyse laser éclair (LFP) a été utilisée comme technique complémentaire pour étudier l’efficacité et la réactivité de radicaux générés. / The photopolymerization reaction is used in an increasing number of industrial applications because of the remarkable performance of the process. The photopolymerization reactions require the presence of photosensitive compounds. These latter can absorb light and participate in the photoinitiation through the generation of reactive species. The main objective of this PHD was to develop efficient molecules as photoinitiators (PI) for the free radical photopolymerization (FRP), the cationic photopolymerization (CP) and the free radical promoted cationic photopolymerization (FRPCP). We were interested in new high performance photoinitiating systems (PISs) exhibiting excellent light absorption properties (especially in the visible wavelength range). The photopolymerization must be carried out under soft irradiation conditions (non harmful lamps, low energy consumption and low intensity sources: light-emitting diodes LED). Thus, a novel method involving concomitant radical/cationic photopolymerization in one step was examined. This approach involves the synthesis of interpenetrating polymer networks (IPNs) comprising the specific properties of each polymer. The efforts have been devoted to the development of new compounds with new chemical structures and excellent light absorption properties with high molar extinctions coefficients.Many PISs based on different photoinitiators structures have been developed in this work. The possibility to use dyes having a push-pull character, or dyes being characterized by a polyene or polyaromatic structures were considered. Also, originals xanthenes derivatives sensitive in the visible region have been proposed. In particular, this work has enabled the study of new PISs based on inorganic structures such as polyoxometalates and perovskites. Thus, the possibility to propose new iodonium salts based coumarin could be demonstrated. The best performance was achieved using two-components (PI/Ph2I+) or three-components (PI /Ph2I+/additive) photoinitiating systems under soft irradiation conditions. The kinetics of photopolymerization were evaluated using real time FTIR spectroscopy. The generated radicals were observed using the electron spin resonance (ESR) technique. The laser flash photolysis (LFP) was used as a complementary technique to study the efficiency and the reactivity of radicals generated.