Le sujet de cette thèse porte sur la compréhension et la modélisation du comportement électrique de système d'isolation soumis à un fort champ électrique continu. Les propriétés électriques du polymère sont directement pilotées par ses hétérogénéités chimiques et physiques présentes à plusieurs échelles. Dans cette étude, un nouveau modèle est développé ayant pour but de simuler l'évolution de la microstructure de polymère avec la température, le champ électrique et le temps et de simuler l'impact de cette évolution sur les propriétés électriques du polymère. Dans ce modèle, des matrices sont utilisées pour décrire la distribution de chacune des hétérogénéités et propriété électriques d'un polymère semi-cristallin. L'évolution de ces matrices de microstructure suit des lois génétiques dont la définition a été obtenue à partir d'une caractérisation fine des propriétés physicochimiques et électriques de matériaux spécifiques en fonction de la température et du champ électrique. Ces lois implémentées sont basés sur des calculs simples permettant un temps de résolution plus rapide comparativement aux autres modèles préexistants. Basée sur ces lois d'évolutions génétiques, le comportement électrique sous champ électrique continue de polymère isolant peut être simulé uniquement à partir d'une caractérisation physique et chimique de ce polymère. Le modèle est ainsi capable de reproduire le comportement électrique de plusieurs polymères semi-cristallins et de suivre les données expérimentales mesurées par ailleurs. Le modèle intègre plusieurs physiques tels que la diffusion, le transport ionique et le transport électronique, lui permettant ainsi de prendre en compte l'influence d'un grand nombre d'hétérogénéités. / This thesis presents a research work on understanding and modeling the electrical behavior of insulation system in cables subjected to high DC constraints. Electrical properties of polymeric insulation are directly related to their chemical and physical heterogeneities present at several scales. In this work, a new model is developed to simulate the modification over time of the microstructure in insulation polymers under electric field and temperature as well as the subsequent impacts on electrical properties. In this model, matrices are used to describe the distribution of each heterogeneity and electrical property in semi-crystalline polymer. When stressed under electric field and at temperature, matrices of microstructure evolve from implemented genetic laws. This simulated microstructure evolution yields to the simulation of electrical property changes over time at transient and steady state. To define these genetic laws, a detailed characterization of the physical, chemical and electrical properties of specific materials as a function of temperature and electric field is experimentally performed. Genetic laws are notably implemented to take into account the impact of the semi-crystalline structure and the presence of chemical residues in polymer electrical properties. Based on these genetic evolution laws, this modeling approach allows simulating DC electrical behavior of polymers only from their physical and chemical characterizations and reproduce accurately experimental electrical behavior with a faster solving time compared to other simulation methods.

Ce travail s'inscrit dans le développement de formulations performantes et processables pour les liners de réservoirs de stockage hyperbare. Une large gamme de formulations à base polyamide et polyépoxyde a ainsi été synthétisée en conditions contrôlées, représentatives du procédé de rotomoulage. Les systèmes polyamide ont été modifiés par copolymérisation statistique et les polyépoxydes par une phase dispersée micro- ou nano-structurée avec des thermoplastiques de haute Tg ou des copolymères blocs. Les propriétés morphologiques, thermiques, mécaniques et barrière de chaque formulation ont été caractérisées et confrontées au cahier des charges du matériau. En parallèle, l'influence des conditions opératoires et de la formulation sur les rhéocinétiques de polymérisation, de cristallisation, de gélification et/ou de séparation de phase a ainsi été établie. L'ensemble de ces résultats a été mis à profit afin d'identifier des relations structures - propriétés - processabilité en vue de l'application. Afin de valider le potentiel des formulations retenues, ces dernières ont été rotomoulées en conditions opératoires variables avec un suivi in situ de l'écoulement et ex situ de la viscosité. Ce travail a permis d'établir les fenêtres de processabilité de chaque formulation et de comprendre l'origine des défauts d'écoulement.

Les maladies ostéoarticulaires représentent environ 10% de l'ensemble des pathologies identifiées en France chaque année. Ces maladies inflammatoires et dégénératives des articulations sont pour la plupart consécutives au vieillissement ou à un traumatisme et évoluent vers l'usure des cartilages, d'où un handicap sévère. Comme aucun traitement ne permet la réparation totale du tissu cartilagineux, la recherche médicale développe des techniques d'ingénierie tissulaire. Ces techniques utilisent des substrats polymériques et des cellules souches qui sont " contraints " de se développer pour former du tissu cartilagineux. Cependant, ces techniques ne peuvent pas encore être utilisées à l'échelle d'une articulation complète car il n'est pas possible de reproduire ex vivo à grande échelle la structure et les propriétés mécaniques et physicochimiques du cartilage articulaire. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse ont permis de développer des matériaux polymères capables d'être implantés à l'échelle macroscopique dans les articulations pathologiques afin de combler l'usure des cartilages. Pour se faire, de nouveaux biomatériaux - hydrogels p(HEMA) - ont été obtenus en contrôlant le caractère hydrophile des hydrogels p(HEMA) au cours de leur synthèse chimique en présence de différents co-monomères (acide acrylique, acrylamide, acrylate d'éthylène et acrylate de butyle). Partant de là, les propriétés physicochimiques, mécaniques et tribologiques de ces nouveaux hydrogels ont été optimisées afin d'obtenir des propriétés similaires à celles du cartilage articulaire sain. Ensuite, la libération contrôlée de médicaments par ces hydrogels a été étudiée afin de minimiser les risques inflammatoires lors de leur utilisation en ingénierie tissulaire du cartilage articulaire.

La transformation de la biomasse végétale en composés simples pouvant servir comme monomères pour l’élaboration de nouveaux matériaux polymères susceptibles de se substituer à leurs homologues d’origine pétrochimique a été l’un des thèmes de recherche développés au cours des deux dernières décennies. c’est dans ce vaste contexte que s’inscrivent les travaux rapportés dans ce mémoire dont l’objectif était d’élaborer une nouvelle famille d’oligoesters aliphatiques en partant de monomères biosourcés et en intégrant dans leur structure des groupes sulfonés. Cette orientation est justifié par les trois considérations suivantes (i) cela constitue une contribution à la valorisation de la biomasse végétale (ii) la présence des unités sulfonés dans leur structure leur confère des propriétés physico-chimiques particulières favorisant leur utilisation dans divers secteurs industriels. (iii) Ces oligoesters peuvent être par la suite utilisés pour la préparation des composites à base de réseaux de poly (ester-uréthane) et de liquide ionique ayant des propriétés thermomécaniques potentiellement intéressantes et une grande tendance à la dégradation hydrolytique. / The research conducted in this thesis was achieved in the context of vegetal biomass valorization. It aims to develop a new family of aliphatic oligoesters from biobased monomers and incorporating into their structure sulfonated groups. This choice is justified by the following three considerations. (i) This is a contribution to the valorization of vegetal biomass. (ii) The presence of sulfonated units in the structure of this type of polymers gives them specific physicochemical properties favoring their use in various industrial sectors. (iii) These oligoesters can be subsequently used for the preparation of poly (ester-urethane) networks and ionic liquid-based composites with potentially interesting thermomechanical properties and a great tendency towards hydrolytic degradation.

Ce travail s’inscrit dans le développement de formulations performantes et processables pour les liners de réservoirs de stockage hyperbare. Une large gamme de formulations à base polyamide et polyépoxyde a ainsi été synthétisée en conditions contrôlées, représentatives du procédé de rotomoulage. Les systèmes polyamide ont été modifiés par copolymérisation statistique et les polyépoxydes par une phase dispersée micro- ou nano-structurée avec des thermoplastiques de haute Tg ou des copolymères blocs. Les propriétés morphologiques, thermiques, mécaniques et barrière de chaque formulation ont été caractérisées et confrontées au cahier des charges du matériau. En parallèle, l’influence des conditions opératoires et de la formulation sur les rhéocinétiques de polymérisation, de cristallisation, de gélification et/ou de séparation de phase a ainsi été établie. L’ensemble de ces résultats a été mis à profit afin d’identifier des relations structures – propriétés – processabilité en vue de l’application. Afin de valider le potentiel des formulations retenues, ces dernières ont été rotomoulées en conditions opératoires variables avec un suivi in situ de l’écoulement et ex situ de la viscosité. Ce travail a permis d’établir les fenêtres de processabilité de chaque formulation et de comprendre l’origine des défauts d’écoulement. / The aim of this present study is to develop efficient and processable formulations for the liners of high pressure storage tank. A wide range of formulations based on polyamide and polyepoxide has been synthesized under controlled conditions representative of the rotomolding process. The polyamide system has been modified by copolymerization and the polyepoxyde system by a micro- or nano-structured dispersed phase with high Tg thermoplastics or block copolymers. The morphological, thermal, mechanical and barrier properties of each formulation were characterized and compared to the specifications of the material. In parallel, the influence of operating conditions and formulation on the rheokinetics of polymerization, crystallization, gelation and / or phase separation has been established. All of these results have been exploited to identify structure - property - processability relationships for the application. To validate the potential of selected formulations, they were rotationally molded in variable operating conditions with flow monitoring and rheological measure. This work has established the processing windows of each formulation and has allowed an understanding of the origin of flow defects.

Actuellement, le procédé d’électrofilage également appelé electrospinning est une des voies les plus prometteuses permettant le design et le développement de nanofibres polymères poreuses. En effet, cette technique est simple d’utilisation, unique, modulable, à faible coût et est déjà couramment utilisée dans le milieu industriel. De part ces avantages, l’electrospinning fait l’objet d’un engouement grandissant de la recherche académique et industrielle dans plusieurs domaines d’applications tels que ceux de la filtration, la cosmétique, du textile, de l’ingénierie tissulaire et du domaine médical, notamment pour le relargage de molécules actives. De plus, cette technique est applicable sur de nombreux polymères synthétiques ou naturels et il est possible de contrôler de nombreux paramètres tels que la porosité, le diamètre des fibres ou encore la surface accessible. Un des premiers objectifs de cette thèse a été de développer des scaffolds pour le domaine de l’ingénierie des tissus neuronaux afin d’imiter les propriétés biologiques, physiques et mécaniques de la matrice extracellulaire native. Dans un premier temps, l’effet de l’alignement des fibres d’une matrice fluorée (PVDF) biocompatible a été étudié sur le comportement de cellules souches neurales de singe, en particulier les morphologies, l’adhésion cellulaire ainsi que leurs différentiations en cellules gliales ou neuronales. Dans un second temps, des scaffolds bioabsorbables composés de PLA et de PEG ont été synthétisés afin d’étudier l’influence de l’équilibre hydrophile-hydrophobe sur la culture de cellules souches neurales. Et dans une dernière partie, une véritable étude exploratoire a été réalisée afin de développer des textiles intelligents à base de PBAT contenant des curli, protéine bien connue pour sa capacité à chélater des métaux. / Currently, the electrospinning process is also one of the most promising routes for the design and development of polymer fibers. This technique is easy to use, unique, versatile, and low cost, which can be used to create fibers from a variety of starting materials. The structure, chemical and mechanical stability, functionality, and other properties of the fibers can be modified to match end applications. The first goal of this thesis was to develop scaffolds for the field of neural tissue engineering in order to mimic the biological, physical and mechanical properties of the native extracellular matrix. In the first time, the effect of fiber alignment of a biocompatible and fluorinated matrix denoted polyvinylidene fluoride (PVDF) was studied on the behavior of monkey neural stem cells particularly the morphology, cell adhesion and their differentiation in glial or neuronal cells. Secondly, bioabsorbable scaffolds composed of polylactide (PLA) and polyethylene glycol (PEG) polymers were synthesized to investigate the influence of the hydrophilic-hydrophobic balance on the culture of neural stem cells. Finally, an exploratory work was conducted to develop smart textiles based on poly(butylene adipate-co-terephthalate) (PBAT) containing curli as protein, well-known for its ability to chelate metals.

Les maladies ostéoarticulaires représentent environ 10% de l’ensemble des pathologies identifiées en France chaque année. Ces maladies inflammatoires et dégénératives des articulations sont pour la plupart consécutives au vieillissement ou à un traumatisme et évoluent vers l’usure des cartilages, d’où un handicap sévère. Comme aucun traitement ne permet la réparation totale du tissu cartilagineux, la recherche médicale développe des techniques d’ingénierie tissulaire. Ces techniques utilisent des substrats polymériques et des cellules souches qui sont « contraints » de se développer pour former du tissu cartilagineux. Cependant, ces techniques ne peuvent pas encore être utilisées à l’échelle d’une articulation complète car il n’est pas possible de reproduire ex vivo à grande échelle la structure et les propriétés mécaniques et physicochimiques du cartilage articulaire. Dans ce contexte, les travaux de cette thèse ont permis de développer des matériaux polymères capables d’être implantés à l’échelle macroscopique dans les articulations pathologiques afin de combler l’usure des cartilages. Pour se faire, de nouveaux biomatériaux - hydrogels p(HEMA) - ont été obtenus en contrôlant le caractère hydrophile des hydrogels p(HEMA) au cours de leur synthèse chimique en présence de différents co-monomères (acide acrylique, acrylamide, acrylate d'éthylène et acrylate de butyle). Partant de là, les propriétés physicochimiques, mécaniques et tribologiques de ces nouveaux hydrogels ont été optimisées afin d’obtenir des propriétés similaires à celles du cartilage articulaire sain. Ensuite, la libération contrôlée de médicaments par ces hydrogels a été étudiée afin de minimiser les risques inflammatoires lors de leur utilisation en ingénierie tissulaire du cartilage articulaire. / Osteoarticular diseases re present approximately 10% of all diseases identified in France each year. These inflammatory and degenerative joint disease are mostly consecutive with age or injuries and the wear progress of cartilage, resulting in severe disability. Because no treatment will total repair the cartilage tissue, medical research is developing techniques based on tissue engineering. These techniques use polymer substrates and stem cells that are "forced" to develop into cartilage tissue. However, these techniques cannot be used across a run articulation because Il is not possible-to replicate ex vivo a large-scale structure and the physicochemical and mechanical properties of articular cartilage. In this context, the purpose of this thesis is to develop polymer materials that can be implanted at the macroscopic level in the joints disease that will fill the wear of the cartilage. To do so, new biomaterials - hydrogels p (HEMA)- were obtained by controlling the hydrophilic nature of hydrogels p (HEMA) during their chemical synthesis in the presence of various co-monomers (acrylic acid, acrylamide, acrylate ethylene and butyl acrylate). From there, physicochemical, mechanical and tribological properties of these novel hydrogels have been optimized to obtain similar properties to those of healthy articular cartilage. Then, the controlled release of drugs from these hydrogels was studied to minimize inflammatory when used in tissue engineering of articular cartilage.

L’objectif de ce travail a été d’introduire des groupements fonctionnels au sein de chaînes polymère silicone pour former des assemblages supramoléculaires, dans le but de former de nouveaux matériaux. Tout d’abord, une étude approfondie de la bibliographie a permis de cerner les avantages et limitations de la réaction d’aza-Michael appliquée aux silicones. Cette étude a aussi permis d’acquérir de solides connaissances générales sur la réaction d’aza-Michael appliquée à des composés organiques aminé et de soulever des points peu ou pas traités tels que la sélectivité et la réversibilité de la réaction. Afin de comprendre et contrôler cette réaction, une étude modèle impliquant un PDMS aminé simple et l’acrylate de butyle a été réalisée. Plusieurs paramètres tels que la présence de solvants polaires protiques, de catalyseurs, ou une température élevée permettent de promouvoir la réaction. Des données cinétiques ont également mis en relief la possibilité de contrôler la sélectivité de la réaction sur un groupement amine primaire (mono- ou di-addition). Un composé 100% mono-adduit et un composé 100% di-adduit ont ainsi été synthétisé en choisissant soigneusement les paramètres expérimentaux. La réaction d’aza-Michael a ensuité été appliquée à un accepteur de Michael moins réactif, l’acide acrylique. Ce composé a la particularité de réagir instantanément et exothermiquement avec les amines par réaction acido-basique. Un déplacement de l’équilibre chimique de la réaction acido-basique vers la formation d’adduits de Michael a été rendu possible, générant ainsi des groupements zwitterioniques. Une étude approfondie de la réaction avec des amines organiques et des oligomères/polymères siliciés et aminés a été réalisée afin de déterminer la structure exacte des groupements fonctionnels obtenus et d’évaluer les propriétés visco-élastiques de tels produits. La dernière partie de ce projet a été focalisée sur l’étude et la caractérisation de ces matériaux silicones supramoléculaires s’échelonnant du liquide visco-élastique à l’élastomère silicone thermoplastique. / This PhD thesis was focused on the incorporation of functional groups onto the siloxane polymer backbone such that supramolecular assemblies are formed, in order to prepare new supramolecular silicone materials. First, an in-depth review of the aza-Michael reaction applied to silicon-containing compounds was realized, highlighting the whole potential of this addition reaction. The aza-Michael reaction applied to organic amines was thoroughly analyzed in order to emphasize some open issues such as selectivity or retro-aza-Michael reaction. In order to understand and master the aza-Michael reaction, a model reaction involving a bis-(3-aminopropyl)-terminated PDMS and butylacrylate was then fully investigated. Operating parameters such as protic polar solvents, catalysts or temperature allow promoting the reaction rate. Kinetic data showed that the selectivity towards the main formation of mono- or di-adduct can be controlled by carefully selecting the solvent nature and content. The syntheses of 100% mono- and 100% di-adduct compounds was succesfully achieved. The aza-Michael reaction was then applied to a less reactive Michael acceptor, i.e. acrylic acid. This unsaturated organic acid reacts instantaneously with amines by acid-base reaction leading to the formation of ionic pairs. This acid-base equilibrium is then shifted in the forward direction allowing the synthesis of zwitterionic groups by aza-Michael. The aza-Michael reaction of this peculiar Michael acceptor was thoroughly investigated both with simple organic amines and aminosilicone oligomers and polymers in order to elucidate the structures and to evaluate the rheological properties. Finally, supramolecular silicone materials bearing zwitterionic-like groups were prepared leading to supramolecular materials with properties ranging from visco-elastic liquids to thermoplastic silicone elastomers.