Le développement de la thérapie génique dépend des systèmes utilisés pour le transport de gènes vers les cellules eucaryotes. Les systèmes à base de virus sont les plus efficaces. Cependant, il est urgent de trouver une alternative à de tels systèmes viraux pathogènes et oncogènes. Les polymères cationiques sont des vecteurs synthétiques prometteurs ; toutefois, une question cruciale reste en suspens : quelle structure de polymère cationique visée pour une efficacité de transfection élevée et une faible cytotoxicité ? Face à ce questionnement scientifique, de nouveaux polymères cationiques offrant une grande flexibilité en termes de structure et de fonctionnalité sont développés dans cette thèse. Les différents paramètres structuraux pertinents étudiés sont : (i) des entités amines primaire et tertiaire pH-sensibles pour la complexation de l'ADN et pour la libération des polyplexes ADN/polymère, (ii) un groupe alcyne destiné à l’ancragepar chimie click de ligands capables de viser des récepteurs spécifiques de membrane cellulaire pour une reconnaissance efficace des cellules, (iii) des entités polyacrylates à « charge modulable » pour libérer l'ADN et diminuer la cytotoxicité du polymère et (iv) un poly (oxyde d'éthylène) (PEGylation) pour une meilleure stabilité en milieu physiologique et une meilleure biocompatibilté. / The clinical success of gene therapy is really dependent on the development of new efficient gene transfer systems. Viral-based gene transfer systems are remarkably efficient in transfecting body cells. However, viral-based systems raised some concerns in terms of immunogenicity, pathogenicity, and oncogenicity. Cationic polymers are promising candidates as they show low host immunogenicity, are cheaper and easier to produce in a large scale than viral ones. However, a crucial question is still pending: which cationic polymer structures and functionalities give the highest transfection efficiency and the lowest cytotoxicity? In dealing with this scientific issue, new cationic polymers with key structural parameters and functionalities were developped during this PhD thesis. The key structural features studied are : (i) pH sensitive primary and tertiary amine entities for DNA complexation and to ensure the endosomal escape, (ii) an alkyne group to attach ligands capable to target specific cell membrane receptors for an efficient cell recognition and receptor-mediated cellularuptake, (iii) “charge-shifting” amino-based polyacrylates for DNA release and to decrease cytotoxicity and (iv) PEG chains (PEGylation) to achieve high stability, longer circulation in physiological conditions and a better biocompatibility. The synthesis of such multi-structural cationic polymers has been achieved through the combination of RAFT polymerization and thiol-yne click coupling reaction. The structure/complexation and the structure/cells viability relationships have been investigated during this work.

La CSI (Coherence Scanning Interferometry) ou la WLSI (White Light Scanning Interferometry) est une technique d'imagerie optique bien établie pour mesurer la rugosité de surface et la forme des surfaces microscopiques. Les avantages sont la sensibilité axiale nanométrique, un large champ de vision (des centaines de μm à plusieurs mm) et la vitesse de mesure (quelques secondes à quelques minutes). La technique est basée sur l'interférométrie optique avec une configuration de Linnik très difficile à ajuster mais elle présente plusieurs avantages: des objectifs d'ouverture numérique plus élevés pour améliorer la résolution spatiale; longue distance de travail, car il n'y a aucun besoin de l'un des composants devant l'objectif; une configuration de mode de lumière polarisée; franges contrastées en raison de la possibilité de modifier les voies optiques et les intensités des deux bras indépendamment. Alors que l'utilisation d'un objectif d'immersion dans l'eau présente les avantages suivants: éviter les problèmes liés à l'ajustement entre la formation des franges et le plan de formation de l'image; et pour minimiser la différence de dispersion entre les bras de l'interféromètre. Afin de pouvoir mesurer en mode eau et d'obtenir des échantillons à haute résolution latérale de types chimiques et biologiques, plusieurs défis doivent être surmontés tels que l'équilibrage de l'OPD sur les deux bras; trouver et ajuster les bonnes franges de contraste; trouver et adapter une compensation adéquate de l'eau dans le bras de référence horizontal pour faire fonctionner un système dans l'eau. / Coherence Scanning Interferometry (CSI) or White Light Scanning Interferometry (WLSI) is a well-established optical imaging technique for measuring the surface roughness and the shape of microscopic surfaces. The advantages are the nanometric axial sensitivity, a wide field of view (hundreds of μm to several mm) and the measurement speed (a few seconds to a few minutes). The technique is based on optical interferometry with a Linnik configuration which very difficult to adjust but it offers several advantages: higher numerical aperture objectives to improve spatial resolution; long working distance, because there is no need for any of the components in front of the lens; a polarized light mode configuration; contrasting fringes because of the possibility of modifying the optical pathways and the intensities of the two arms independently. While the use of a water-immersion objective gives the following advantages: to avoid the problems related to the adjustment between the formation of the fringes and the plane of formation of the image; and to minimize the difference in dispersion between the arms of the interferometer. In order to be able to measure in water mode and to obtain high lateral resolution samples of chemical and biological types, several challenges must be overcome such as balancing the OPD on both arms; finding and adjusting the good contrast fringes; finding and adapting a suitable water compensation of water in horizontal reference arm to operate a system in water.

Ce travail de thèse porte sur l’élaboration de matériaux polymères conjugués absorbants dans le proche infra-rouge. Il est issu du projet TAPIR financé par l’ANR dans lequel nous visons le développement de dispositifs d’interface Homme/Machine (IHM) pour des applications dans le secteur de la santé, afin de limiter la propagation des agents pathogènes. Les IHM étant contrôlées avec la main, sans contact, grâce à la réflectivité de la peau, (gamme spectrale 850-950 nm), il faut développer des matériaux absorbant dans cette gamme. Dans ce projet, notre rôle a été de synthétiser la partie active du photodétecteur infrarouge utilisé pour récupérer l’information. Une étude bibliographique et des calculs préliminaires ont permis une sélection judicieuse de différents monomères afin d’assurer une stabilité intrinsèque et obtenir les propriétés d’absorption requises. Différents monomères donneurs (D) et accepteurs (A) ont été combinés afin de synthétiser des copolymères alternés de types (D-A). Deux familles de copolymères absorbants dans le proche infrarouge ont ainsi été synthétisés Tous les copolymères ont été synthétisés via la polycondensation Stille. Leurs propriétés optiques, électroniques et leurs stabilités thermiques ont été étudiées. Par la suite, après avoir confirmé le rôle prépondérant de la force du monomère accepteur, par rapport à celle du donneur, sur les propriétés d’absorptions et les niveaux électroniques des différents copolymères obtenus, nous avons développé une approche originale très peu rapportée dans la littérature. Elle consiste en l’élaboration de copolymères de type (A-A). Ainsi, nous avons synthétisé six copolymères absorbants dans la gamme de longueurs d’onde souhaitée, et même au-delà. Enfin, certains copolymères ont pu être caractérisés en dispositifs OFET et photodétecteurs. / This thesis work focuses on the development of conjugated polymeric materials which absorb in the near infrared. It is the result of the TAPIR project funded by the ANR in which we aim to develop human-machine interface (HMI) devices for applications in the health sector, in order to limit the spread of pathogens. Since HMIs are controlled by hand, without contact, thanks to the reflectivity of the skin (spectral range 850-950 nm), it is necessary to develop materials which ansorb in this range. In this project, our role was to synthesize the active part of the infrared photodetector used to retrieve the information. A bibliographical study and preliminary calculations have allowed a judicious selection of different monomers to ensure intrinsic stability and obtain the required absorption properties. Different donor monomers (D) and acceptors (A) were combined to synthesize alternating copolymers of types (D-A). Two families of copolymers which absorb in the near infrared have been synthesized. All copolymers have been synthesized via Stille polycondensation. Their optical, electronic and thermal properties have been studied. Subsequently, after confirming the predominant role of the strength of the accepting monomer, compared to that of the donor, on the absorption properties and electronic levels of the various copolymers obtained, we developed an original approach that has been reported very rarely in the literature. It consists of the production of copolymers of the type (A-A). Thus, we have synthesized six copolymers which absorb in the desired wavelength range, and even beyond. Finally, some copolymers have been characterized as OFET devices and photodetectors.

Les mousses extinctrices sont utilisées sur les feux de catégorie B (solvants inflammables). L’efficacité des mousses actuelles contenant des agents moussants fluorés est apportée par la formation d’un film aqueux à la surface du carburant enflammé. Les entreprises recherchent et développent de nouveaux agents moussants sans fluor car ce type de tensioactif est nocif pour l’environnement et la santé. Des mousses très stables sont nécessaires pour qu'une couche épaisse de mousse résiste aux températures élevées et au démoussage par le solvant et évite ainsi la ré-inflammation.Dans ce travail, l’amélioration de la stabilité de la mousse a été réalisée en utilisant des épaississants dans une solution moussante avec des tensioactifs non fluorés. Des polysaccharides tels que la gomme xanthane ont été utilisés et ses interactions avec des tensioactifs ont été étudiés. Les complexes formés par ces interactions ont été utilisés dans le but d’améliorer la stabilité de la mousse et sa résistance aux flammes. Ceci engendre des mousses de plus faible moussabilité mais de plus grande stabilité. Des tests à échelle réduite ont été réalisés selon la norme EN1568 et ont montré l’efficacité de l’addition de gomme xanthane. Ces formulations innovantes associant des polysaccharides et des agents moussants sont de bonnes alternatives aux formules contenant des tensioactifs fluorés. Le mécanisme d’action des hydrotropes améliorant la moussabilité a aussi été étudié / Firefighting foams are used on class B fires (flammable solvents). The efficiency of currently used foams containing fluorinated foaming agents is ensured by the formation of an aqueous thin film on top of the burning solvent. The formation of such film requires the use of fluorinated surfactants that specifically adsorb at the water-air interface. Companies currently develop fluorine-free products for firefighting foams because this kind of surfactants is harmful for the environment and health. Very stable foams are necessary to the formation of a thick layer of foam that resists high temperatures and defoaming by the solvent, preventing fire re-ignition.In this work, improved foam stability was achieved by using thickeners in the foaming fluid together with the non-fluorinated surfactants. Polysaccharides such as xanthan gum were used and their interactions with surfactants were investigated. Complex species formed by such interactions were used in order to improve foam stability and resistance against flames. This causes a lower foamability but higher stability of foams. Small scale fires extinguishing experiments performed following the standard EN1568 showed the efficiency of xanthan gum addition. These innovative formulations combining polysaccharides and foaming agents are suitable alternatives to those containing fluorinated surfactants. The action mechanism of hydrotropes improving foamability has also been studied

Les matériaux actifs, tels que les matériaux piézoélectriques et électrostrictifs, sont couramment utilisés dans la conception de dispositifs exploitant leurs propriétés respectives. La propriété principale de ces matériaux réside dans le fort couplage entre les comportements électrique et mécanique (piézoélectricité). Dans la majorité des cas, ces matériaux sont utilisés séparément. L’utilisation combinée de ces matériaux permet la réalisation de dispositifs innovants basés sur l’effet électrostrictifs: l’apparition d’une polarisation électrique induite par une contrainte mécanique et réciproquement l’apparition d’une déformation mécanique sous l’action d’un champ électrique. Les applications « support » concernent les capteurs et les actionneurs. L’étude de ce couplage passe par la caractérisation de ces matériaux, puis par la mise en place de modèles décrivant finement leurs comportements et enfin par le développement d’outils pour la conception. L’objectif de la thèse est de remplacer le matériau céramique, rigide et à faible déformation, par un film polymère nanocomposite électroactifs, présentant des grandes déformations et forces d'actionnement sous champ électrique modéré grâce à l'incorporation dans la matrice polymère de micro et nano-objets (charge) conducteurs ou semi-conducteurs. De plus, pour des applications plus spécifiques de la récupération d’énergie, la charge du film polymère par des micro et nano-objets conducteurs sera également étudiée. Idéalement, il serait très intéressant de réaliser un matériau multifonctionnel, sensible à la fois à une stimulation mécanique (propriétés de détection et/ou de récupération d’énergie par couplage électromécanique). / In the last decades, direct energy conversion devices for medium and low grades waste heat have received significant attention due to the necessity to develop more energy efficient engineering systems. A great deal of research has in recent years been carried out on harvesting energy using piezoelectric, electrostatic, electromagnetic , and thermoelectric ,transduction, with the aim of harvesting enough energy to enable data transmission. For this purpose, piezoelectric elements have been extensively used in the past; however they present high rigidity and limited mechanical strain abilities as well as delicate manufacturing process for complex shapes, making them unsuitable in many applications. Thus, recent trends in both industrial and research fields have focused on electrostrictive polymers for electromechanical energy conversion. This interest is explained by many advantages such as high productivity, flexibility, and processability. Hence, electrostrictive polymer films are much more suitable for energy harvesting devices requiring high flexibilities, such as systems in smart textiles and mobile or autonomous devices. Electrostrictive polymers can also be obtained in many different shapes and over large surfaces. . In the last years, electrostrictive polymers have been investigated as electroactive materials for energy harvesting. However for scavenging energy a static field is necessary, since this material is isotope, there is no permanent polarization compare to piezoelectric material. A solution for avoid this problem; concern the hybridization of electrostrictive polymer with electret. Finally, the implementation of electrostrictive materials is much simpler for small-scale systems (MEMS). Hence, several studies have analyzed the energy conversion performance of electrostrictive polymers, both in terms of actuation and energy harvesting.

Ces travaux de thèse se veulent exploratoires et visent à proposer d’une part une nouvelle approche hybride piézoélectrique-polymère pour le développement de récupérateur d’énergie et d’autre part à développer des méthodes d’actionnement destinée au contrôle de forme structurelle. L’utilisation de polymères diélectriques dans les dispositifs de récupération d’énergie permet de concilier une densité énergétique élevée avec une faible rigidité et une simplicité de mise en œuvre. L’approche hybride proposée dans le cadre de ces travaux permet de s’affranchir de la source de polarisation externe en la substituant par un dispositif piézoélectrique apte à générer, sous l’action d’une contrainte mécanique, le champ électrique nécessaire au fonctionnement du dispositif. L’optimisation du transfert d’énergie entre deux systèmes supposé quelconque a d’abord été généralisée. Les travaux ont ensuite été orientés vers l’investigation de la faisabilité de l’approche hybride piezo-polymère. Les performances des dispositifs hybrides ont été évaluées expérimentalement et comparées à celles obtenues avec des récupérateurs piézoélectriques simples et avec des récupérateurs polymères à polarisation externe. Il est montré que l’utilisation d’un dispositif hybride permet de concilier les qualités des deux approches simples, à savoir la faculté d’initier le processus de conversion d’énergie grâce au champ électrique généré par l’élément piézoélectrique et d’exploiter la haute densité d’énergie des polymères. La deuxième partie de ces travaux porte sur l’utilisation de matériaux électroactifs comme dispositifs d’actionnement destinés au contrôle de forme de structures minces. L’application finale visée ici est le développement de matériau de type peau active. Différents types de polymères ont d’abord été testés et leur performances ont été comparées avec des modèles théoriques spécifiquement développés. Des structures originales ont été proposées pour solutionner certains problèmes liés à l’actionnement par polymères diélectriques. Des prototypes simples ont permis de valider le principe du contrôle de forme des structures à l’aide de polymères diélectriques. / Dielectric polymers have seen their importance grow in the field of electroactive materials because of their undeniable advantages, particularly for potential applications such as energy harvesting, actuation or sensors. The work done in this thesis is exploratory and aims primarily to provide on one hand a new piezoelectric-polymer hybrid approach for the development of energy harvesting systems and secondly to develop operating methods shape control of structures using electroactive polymers. The use of dielectric polymers in energy harvesting devices reconciles a high energy density with low rigidity and simplicity of integration. The main problem which is characteristic of such devices is that they necessarily require the use of an external bias high voltage supply (> 1kV) to achieve significant energy densities. The hybrid approach proposed in the context of this work eliminates this source of external energy by using a piezoelectric device capable of generating, under the action of a mechanical stress, the electric field required to operate the device. The problem of optimization of energy transfer between any two systems was also studied. The work was then directed towards the investigation of the feasibility of the piezo-polymer hybrid approach. Various configurations have been proposed and evaluated in order to deduce their optimal parameters. The performance of hybrid devices was experimentally evaluated and compared with that obtained with simple piezoelectric or electrostatic (using polymers) systems. The second part of this work focuses on the use of electroactive materials as actuators for shape control of thin structures. The final application aimed here is the development of an active skin type material allowing reconfiguration of orbiting satellite antennas. Different types of polymers were first tested and their performance has been compared with the theoretical models developed specifically in this context. Original structures have been proposed to solve some problems related to the actuation using dielectric polymers. Simple prototypes have validated the principle of the structural shape control. If their use brings undeniable advantages over conventional operating techniques, the fact remains that certain specific characteristics of electroactive polymers limit their performance. For example, the square law characteristic of the electroactive polymer control requires the use of particular geometries in order to obtain a symmetrical two-way displacement. This fact complicates the control of such actuators but allows in the end to add new features. Thus the use of a sectored network of polymer actuator is required to obtain a symmetrical movement on a single type of structure blocked blocked-beam, but allows to consider different deformation profiles. Other similar problems have been addressed using different original structures.

Une des manières d'augmenter la stabilité thermique de polymères consiste à leur ajouter de faibles quantités d'argile dispersées dans échelle nanométrique. De tels matériaux sont appelés de « nanocomposites ». Il existe plusieurs explications à ce phénomène, comme les effets de barrière de diffusion et la formation de charbon. D’autres sont en cours de vérification, comme les effets de piégeage de radicaux par les ions qui participent à des réactions de type Fenton. Notre objectif a été de suivre in situ des transformations chimiques de la phase argile, afin de mieux comprendre comment ces nanostructures lamellaires retardent la décomposition de polymères. Pour ce faire, trois types de nanocomposites ont été préparés: i) Poly(méthylméthacrylate)-co-Poly(trimetoxysilil propyl méthacrylate) et argiles montmorillonite (MMT) du type Cloisite (PMMA-co-PTMSM-Cloisite); ii) PMMA-argiles montmorillonites naturelles contenant différents taux d’ions Fe3+ dans les couches octaédrique (PMMA-MMT); iii) PMMA-hydroxydes doubles lamellaires (HDL), avec différentes proportions d’ ions Zn2+ , Cu2+ et Fe3+ PMMA-HDL. La thermo-décomposition des argiles primitives et de leurs nanocomposites ont été suivies par des analyses thermiques, de diffusion de rayons X (SAXS et WAXS) et par spectroscopie d'absorption de rayons X (EXAFS). Les effets de l'atmosphère, de la composition chimique des lamelles, et de la quantité d'argile employée dans l'obtention des nanocomposites ont été évalués. L'étude des nanocomposites, PMMA-co-PTMSM-Cloisite a mis en évidence deux mécanismes de stabilisation. Elle a montré que l'addition d’argiles résulte en une stabilisation plus importante sous atmosphère d'air, que sous atmosphère de N2, et est aussi plus importante selon la quantité d'argile dispersée dans le polymère. La formation de charbon a aussi été observée seulement sous l'atmosphère d'air. La stabilité thermique des nanocomposites PMMA-MMT est aussi proportionnelle à la quantité d'argile employée dans l'obtention de la nanocomposite. Pour de faibles quantités d’argile, 0.3-1 % en masse, la stabilité thermique des nanocomposites est proportionnelle à la quantité de ions Fe3+ présents dans l'argile. Le suivi de l'environnement chimique des ions Fe3+ par EXAFS en fonction de la température, a montré que quand la phase argile est dispersée dans le PMMA, les ions Fe3+ sont réduits à Fe2+, ce qui ne se vérifie dans les phases primitives. Ces mécanismes de stabilisation indiquent que la phase argile stabilise le PMMA par des mécanismes de barrière de diffusion et par le piégeage des radicaux. Les nanocomposites PMMA-HDL contenant des ions Fe3+ sont plus stables que ceux qui contiennent des ions Cu2+. L’étude in situ de 'évolution de l'ordre local à moyenne distance en fonction de la température a montré que les phases HDL stabilisent le PMMA également par les mécanismes de barrière de diffusion et le piégeage de radicaux. L’ion Cu2+, induisant des distorsions dans l'ordre local, rend les lamelles moins stables : elles se décomposent à des températures inférieures, et l'effet de barrière de diffusion est alors réduit. Par contre, les ions Cu2+ et Fe3+ piègent des radicaux de la phase polymérique qui se décomposent et ralentissent le phénomène. Cette thèse démontre que les argiles peuvent agir comme des particules réactives ou inertes, c'est-à-dire, à travers des réactions chimiques avec le polymère ou comme barrière physique. La stabilisation thermique des polymères dépend d’une combinaison de mécanismes, parmi eux la barrière de diffusion, la formation de charbon et le piégeage de radicaux. / One way to increase thermal stability of polymers consists by mixing them with a few amount of clays (< 1 % w/w), spread at a nanometric scale. Such materials are called ‘nanocomposites’. Many explanations of the phenomenon have been given, as diffusion barrier effects, the formation of char. Others being checked, as the effects of radical trapping by the ions involved in Fenton-type reactions. In this work, the main objective was to follow in situ the chemical transformations of the clay phase, in order to better understand how these lamellar nanostructures retard the polymer decomposition. Three types of nanocomposites were prepared : i) Poly(methyl methacrylate)-co-Poly(trimetoxysilil propylmethacrylate) and montmorillonite clay (MMT) type Cloisite (PMMA-co-PTMSM-Cloisite); ii) natural PMMA-montmorillonites clay with different proportion of ions Fe3+ in octahedral layers (PMMA-MMT); iii) PMMA- double-layered hydroxides (HDL), with different rate of ions Zn2+, Cu2+ and Fe3+ PMMA-HDL. The thermal decomposition of primitive clay and of its respective nanocomposites were followed by thermal analysis, X-ray scattering (SAXS and WAXS) and X-ray absorption spectroscopy (EXAFS). The effects of atmosphere, the chemical decomposition of layers and the clay amount employed to obtain the nanocomposites were evaluated. The study of nanocomposites, PMMA-co-PTMSM-Cloisite showed that the addition of clay, under air, results in a greater stabilization than under N2 atmosphere, which is also higher according to the amount of clay spread in the polymer. The formation of char has been observed only under air atmosphere. It highlighted two stabilization mechanism: char formation and diffusion barrier. The thermal stability of nanocomposites PMMA-MMT is also proportional to the amount of clay used in obtaining the nanocomposite. For small amount of clay, 0,3 – 1wt%, the thermal stability of nanocomposites is proportional to the quantity of ions Fe3+ in the clay. The monitoring of the chemical environment of the ions Fe3+ by EXAFS in function of the temperature showed that, when the inorganic phase is spread in the PMMA, the ions Fe3+ are reduced to Fe2+. This was not verified in the pristine phases. The stabilization mechanisms revealed in this study, indicate that the clay phase stabilizes the PMMA by diffusion barrier mechanisms and radical trapping. The nanocomposites PMMA-HDL with ions Fe3+ are more stable than those containing ions Cu2+. The in situ study of the evolution of the local order at middle-range distance in function of temperature showed that the HDL phases stabilize also the PMMA by diffusion barrier mechanisms and the radical trapping. The ion Cu2+ , leading to distortions at the local order, makes layers less stable; they decompose at lower temperature and the diffusion barrier effect is then reduced. On the other hand, the ions Cu2+ and Fe3+ trap radicals in the polymer phase which breaks down and slow the phenomenon. This PhD work demonstrates that clay can act as reactive or inert particles, i.e. through chemical reaction with the polymer or as physical barrier. The thermal stabilization of polymers relies on a mechanism combination; whom the diffusion barrier, the char formation and the radical trapping.

Ce travail de thèse de doctorat vise à l’élaboration de surfaces poreuses hiérarchiquement structurées à partir de copolymères aux structures bien définies ainsi qu’à l’étude de leurs propriétés. La chimie des polymères, en constante évolution, a permis dans ce travail de thèse la synthèse de copolymères diblocs de natures diverses par des techniques de polymérisation radicalaire contrôlée tout aussi variées. En effet, la polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP), par transfert d’atome (ATRP), par transfert réversible d’addition/fragmentation (RAFT) et par le Cu(0) ont été utilisées pour la synthèse de copolymères diblocs associant un bloc de poly(styrène) à divers blocs d’acrylates ou de 4-vinylpyridine. Intimement associée à un procédé d’élaboration basé sur l’évaporation de solvant, nommé figure de souffle (trad. Breath Figure), la synthèse de ces copolymères a permis l’élaboration de surfaces poreuses hiérarchiquement structurées aux échelles du micro et nanomètre. Les différentes phases ont conféré à ces matériaux des propriétés particulières d’adhésion, de mouillabilité ou encore de bioactivité. Ces recherches doctorales ont bénéficié de la double compétence du laboratoire en chimie et en physico-chimie des polymères. En effet, des techniques de microscopie (optique, à force atomique ou électronique), de diffusion de rayonnement (neutrons et rayon-X aux petits angles) ainsi que des tests de pégosité et de mouillabilité ont permis l’étude de la structuration des films ainsi que l’étude de leurs propriétés de surface. / The present studies aim at designing hierarchically structured porous surface from copolymers with well defined structures. As a science in constant evolution, polymer chemistry, enable the synthesis of diblock copolymers with different natures by the mean of various radical controlled polymerization techniques. Indeed, radical controlled polymerization with nitroxyde (NMP), by atom transfer (ATRP), by reversible addition/fragmentation transfer (RAFT) or by Cu(0) were used for the synthesis of diblock copolymers based on polystyrene and different acrylates or 4-vinylpyridine blocks. The intimately association between a fast solvent evaporation process named the Breath Figure and the synthesis of the copolymers enable the production of hierarchically structured materials from micro to nanoscale. The nature of the different blocks confers adhesion, wettability or bioactivity properties to these materials. These researches benefit from the chemistry and physico-chemistry laboratory competences. Indeed, microscopy techniques (optical, atomic force and electronic), scattering (small angle neutron or X-ray) as well as tack or wettability measurements enable the complete characterization of films structuration and point up their properties.

Ce mémoire a pour objectif l’étude de la réalisation de nanocomposites polyétherétherkétone (PEEK) /nanotubes de carbone (NTC) par mélange en voie fondue. Il s’est articulé autour de trois axes principaux, qui sont : l’impact du pourcentage de nanotubes de carbone sur les propriétés rhéologiques et électriques, l’influence du procédé d’extrusion bivis sur l’état de dispersion, ainsi que la réalisation du composite hybride renforcé en fibres longues de carbone. Un modèle rhéologique (loi de Carreau-Yasuda à seuil) et un modèle électrique (loi puissance), ont été utilisés pour caractériser quantitativement le seuil de percolation ainsi que le degré de dispersion. L’état de dispersion par le procédé d’extrusion dépend des conditions opératoires (vitesse de rotation N et débit d’alimentation Q). Les relations entre le procédé et l’état de dispersion ont également été étudiées à l’aide de la distribution des temps de séjour, et des énergies mécaniques spécifiques. Enfin, le comportement mécanique et électrique des composites hybrides a été exploré. L’étude des temps de dégradation, de relaxation à permis d’établir une fenêtre de mise en oeuvre du composite hybride. / The aim of this dissertation is the study of the formation of polyetherethercetone (PEEK) / carbon nanotubes (NTC) nanocomposites via melt compounding. It focused on three major part which are the fallowing: the effect of CNT content on rheological and electrical properties, the effect of twin screw extrusion parameters on CNT dispersion, and the manufacture of hybrid composite reinforced with carbon fibers as well. A Carreau-Yasuda rheological model with a yield stress and power law model are used to characterize quantitatively the rheological and electrical percolation threshold and the state of dispersion. The state of dispersion is depending on the operating conditions (screw speed N and feed rate Q). The relationships between processing conditions and the state of dispersion are also investigated, using the residence time distribution and the specific mechanical energy. Finally, the mechanical and the electrical behavior of the hybrid composite have been studied. The degradation time and relaxation time studies drew a process window for the hybrid composite.

The performance and life time of organic solar cells are critically dependent on the properties of active layer materials and device interfaces. In this manuscript, we developed new organic-inorganic hybrid materials to create intimate contact between donor and acceptor phases and facilitate the interfacial electronic charge transfer through the device. First, the synthesis of versatile triethoxysilane-terminated poly(3-hexylthiophene) P3HT for direct anchoring (grafting-onto) in one step procedure to various metallic oxides was reported. Electro-optical analysis showed an efficient charge transfer from the polymer to nanoparticles; suggesting that these materials are suitable candidates for photovoltaic application. In the second part, we demonstrate for the first time the elaboration of low band gap polymer brushes on metallic oxide surfaces via surface initiated step growth polymerization (grafting-through). In both cases, a higher grafting density, better packing of polymer chains and enhanced optical properties were observed due to the grafting methodology and polymer characteristics. Finally, P3HT brushes were elaborated on indium tin oxide surface (ITO) as hole transporting layer of organic solar cells. Photovoltaic performances showed that P3HT self-assembled monolayer (SAMs) could be promising alternatives to PEDOT:PSS. / Les performances et la durée de vie des cellules solaires organiques sont fortement dépendantes de la qualité des matériaux de la couche active et des interfaces dans le dispositif. Dans ce manuscrit, nous avons développé des nouveaux matériaux hybrides organiques-inorganiques pour favoriser le contact entre les matériaux donneur/accepteur d’électrons et ainsi faciliter le transfert de charges à travers le dispositif. Tout d'abord, la synthèse de poly(3-hexylthiophène) P3HT fonctionnalisé par le triéthoxysilane a permis le greffage direct (« grafting-onto ») sur des oxydes métalliques. L’analyse des propriétés électro-optiques montre un transfert de charge efficace du polymère aux nanoparticules; ce qui suggère que ces matériaux sont des candidats potentiels pour l'application photovoltaïque. Dans la deuxième partie, nous avons montré pour la première fois, l’élaboration de brosses de polymères dits à faible bande interdite sur des surfaces d’oxydes métalliques par la technique « grafting-through ». Une densité de greffage élevée, un meilleur empilement des chaines de polymères et des propriétés optiques améliorées ont été obtenus grâce à la technique de greffage et aux caractéristiques du polymère greffé. Enfin, des brosses de P3HT ont été élaborées sur la surface d’oxyde d'indium et d’étain (ITO) en tant que couche de transport de trous de cellules solaires organiques. Les performances photovoltaïques ont montré que les monocouches auto-assemblées de P3HT (SAM) peuvent être une alternative au PEDOT: PSS.