Les composés intermétalliques Fe₃Al et leurs revêtements composites sont des matériaux structuraux potentiels pour des applications tribologiques. Parmi les composites, ceux obtenus par broyage mécanique à haute énergie possèdent plusieurs avantages, en particulier une fabrication rentable. Le broyage à billes à haute énergie permet également une large gamme de fraction volumique des particules de renforcement. Dans cette recherche, Nous avons préparé des revêtements composites à matrice d'aluminiure de fer, basés sur la composition chimique de Fe₃Al avec des particules de renforcement de TiC et de TiB₂ en utilisant un broyeur à billes à haute énergie et déposé par la technique HVOF (High Velocity Oxy Fuel). L'effet des paramètres de traitement tels que la durée du broyage et le traitement thermique subséquent sur les la matière première destinés à la projection par HVOF a été étudié. Les paramètres de traitement ont joué des rôles importants sur la poudre composite et par la suite sur la microstructure, les propriétés mécaniques et tribologiques des revêtements. Le but de la première phase expérimentale de ce travail était d'étudier l'effet des particules de TiC in situ sur la microstructure, le comportement mécanique et tribologique des revêtements de Fe₃Al déposés par HVOF. Dans cette étape, des poudres composites Fe₃Al / TiC avec différentes quantités de carbure de titane ont été produites par broyage à haute énergie. Un mélange de Fe₃Al-Ti-C a été broyé pendant 6 h suivi d'un traitement thermique à 1000 °C pendant 2 h sous vide poussé. Des revêtements composites d'aluminure de fer renforcés au TiC in situ ont été préparés pour améliorer la dureté Vickers et la résistance à l'usure des intermétalliques de Fe₃Al. Les revêtements composites consistent principalement en une phase de TiC uniformément dispersée dans des lamelles de la matrice de Fe₃Al. Les revêtements composites ont montré une dureté Vickers croissante avec l’augmentation de la quantité de TiC, allant jusqu'à 70 % en moles de TiC. La résistance à l'usure par glissement à sec des revêtements a été augmentée avec l'addition de particules de TiC formées in situ. Les revêtements composites de Fe₃Al déposés par HVOF avec des renforts en TiC de 50 % et 70 % en moles présentaient une excellente résistance à l'usure par glissement. Le mécanisme d'usure dominant de ces revêtements était l'abrasion et l'oxydation. Dans une autre étape de ce travail, des poudres composites de Fe₃Al-TiB₂ avec deux quantités différentes de borure ont été produites par le dépôt par high Velocity Oxy Fuel (HVOF) sur un substrat en acier. Les revêtements composites consistaient principalement en une phase de TiB₂ pré-synthétisée et uniformément dispersée dans des lamelles de la matrice de Fe₃Al. Il a été montré qu'en augmentant la fraction volumique du TiB₂, la dureté Vickers et la résistance à l'usure par glissement des revêtements contre le contre-corps en alumine (6,33 mm de diamètre) étaient augmentées. L'augmentation de la résistance à l'usure était censée être liée à l'amélioration de la dureté, qui à son tour est due à la présence de particules de TiB₂ dans la matrice Fe₃Al. Le taux d'usure de glissement des revêtements a augmenté pour atteindre un maximum lorsque la vitesse de glissement augmente, puis il a diminué avec l'augmentation supplémentaire de la vitesse de glissement. Les analyses chimiques des surfaces usées ont montré que des vitesses de glissement plus élevées entraînent une oxydation plus élevée de la surface, probablement en raison de la température locale plus élevée. Une telle couche d'oxyde semble agir comme une barrière entre deux corps coulissants, diminuant ainsi le taux d'usure. / Fe₃Al intermetallic compounds and their composite coatings are potential structural materials for tribological applications. High-energy ball milled powders possess several advantages, especially cost-effective fabrication and lower cost of reinforcement. High-energy ball mill also allows for a wide range of reinforcement volume fraction. In this research, Iron Aluminide matrix composite coatings based on Fe₃Al chemical composition with TiC and TiB₂ particles were prepared using a high-energy ball mill and deposited via the High Velocity Oxy Fuel (HVOF) technique. The effect of processing parameters such as ball milling duration and subsequent heat treatment soaking time and temperature on the phases of products as a feed stock for the HVOF gun was studied. The processing parameters played important roles on the microstructure, mechanical and tribological properties of the coatings. The aim of the first experimental stage of this work was to study the effect of in-situ TiC particles on microstructure, mechanical and tribological behavior of HVOF deposited Fe₃Al coatings. In this stage Fe₃Al/TiC composite powders with different carbide quantities were produced via high-energy ball milling of Fe₃Al-Ti-C system for 6 h followed by heat treatment at 1000 °C for 2 h under high vacuum. In-situ TiC-reinforced iron aluminide composite coatings were prepared to improve the Vickers hardness and wear resistance of Fe₃Al intermetallics. The composite coatings mainly consist of a TiC phase uniformly dispersed within lamellae of the Fe₃Al matrix. The composite coatings showed increasing Vickers hardness with increasing TiC content up to 70 mol% TiC. The dry sliding wear resistance of coatings was increased with the addition of in-situ formed TiC particles. HVOF deposited Fe₃Al composite coatings with 50 and 70 mol% TiC reinforcements exhibited excellent sliding wear resistance. The dominant wear mechanism in those coatings was abrasion and oxidation. In another stage of this work Fe₃Al-TiB2 composite powders with two different boride quantities were produced by the high Velocity Oxy Fuel (HVOF) spray deposition on a steel substrate. The composite coatings mainly consisted of a TiB₂ phase uniformly dispersed within lamellae of the Fe₃Al matrix. It was shown that by increasing the volume fraction of TiB₂ both the Vickers hardness and sliding wear resistance of the coatings against alumina counterbody (6.33 mm in diameter) were increased. The increase of wear resistance was believed to be related to the hardness enhancement, which, in turn, is due to the presence of TiB₂ particles within the Fe3Al matrix. The sliding wear rate of the coatings increased to reach a maximum as the sliding speed increases, and then it decreased with further increase of the sliding speed. The chemical analyses of the worn surfaces showed that higher sliding speeds result in higher oxidation of the surface, most likely due to the higher local temperature. Such an oxide layer seems to act as a barrier between two sliding bodies, thus decreasing the wear rate.

Les revêtements de couvre-planchers en bois appliqués en surface afin d'améliorer la durabilité du bois sont soumis à de nombreuses sollicitations au cours de leur durée de vie en service. Parmi les différents types d'agressions (chimiques, mécaniques, environnementales) auxquelles un revêtement doit faire face, les agressions mécaniques sont les plus problématiques. Ces dernières peuvent créer des défauts en surface de la finition (rayures, indentations, usure) pouvant considérablement altérer l'aspect de la finition et réduire la durabilité du couvre-plancher. L'apparition de défauts en surface d'un système de finition peut indiquer une performance mécanique trop faible. L'objectif principal de ce projet est d'améliorer les propriétés mécaniques des revêtements polymérisables par rayonnement UV pour les couvre-planchers en bois à travers l'analyse et la compréhension de leurs comportements physico-chimiques. Deux axes de recherche ont été définis. Le premier traite de l'inhibition causée par l'oxygène, lors de la polymérisation radicalaire, impactant la surface des revêtements, et l'utilisation de nouveaux composés permettant de réduire cette action inhibitrice. Le second axe a pour objectif d'améliorer la résistance mécanique de systèmes de finitions multicouches et de mieux comprendre l'influence des propriétés apportées individuellement par les différentes couches. Dans le premier axe, une étude a été menée afin de caractériser les problématiques liées à l'inhibition de l'oxygène. Des analyses en microspectroscopie Raman ont permis d'étudier l'impact de l'inhibition par l'oxygène selon sa profondeur de diffusion. De nouveaux composés n'ayant jamais été utilisés pour la réduction de l'inhibition par l'oxygène ont été incorporés selon leurs fonctions chimiques et leur effet supposé lors de la polymérisation en présence d'oxygène. Leur capacité à réduire l'inhibition a été comparée à celle d'autres composés déjà décrits dans la littérature, mais utilisés selon d'autres conditions opératoires. En plus de comparer l'efficacité de ces composés lors de la polymérisation des formulations, leur impact sur la résistance mécanique de la finition a été considéré. L'action de l'oxygène étant limitée par sa diffusion au sein de la formulation, l'inhibition est généralement plus importante en surface des revêtements. Des essais d'abrasion de surface et de dureté pendule ont permis de compléter cette étude en comparant l'efficacité des composés. Le deuxième axe vise à approfondir la compréhension du comportement de finitions multicouches, lorsque soumis à des indentations ou des rayures. Dans un premier temps, la relation structure-propriété d'une finition a été analysée par la formulation de couples monomère-oligomère. Les propriétés physico-chimiques, telles que la température de transition vitreuse (Tg) et la densité de réticulation, des polymères seuls ont été déterminées par analyse mécanique dynamique (DMA). Dans un second temps, les formulations ont été appliquées en couche de surface. La dureté, la résistance à l'abrasion, la résistance à la rayure et la résistance à la friction de la couche de surface au sein d'un système de finition appliqué sur le bois ont été étudiées. Les résultats obtenus ont permis une meilleure compréhension du comportement de la couche de surface lors de sollicitations mécaniques. Une meilleure perception des paramètres influençant la performance mécanique de la couche de surface au sein d'un système de finition multicouche industriel a ainsi pu être acquise. Afin d'approfondir la compréhension du comportement d'un système de finition multicouche, l'influence des propriétés de la couche de scellant a, elle aussi, été étudiée. A nouveau, les propriétés physico-mécaniques des formulations réticulées individuellement ont été analysées par DMA. Par la suite, l'influence des propriétés du scellant sur la dureté et la résistance à la rayure d'une finition multicouche a pu être évaluée. Le rôle du scellant étant d'absorber et de diffuser une partie des forces subies par les couches de surface, l'influence de l'épaisseur du scellant a également été étudiée. De plus, l'influence des scellants sur le profil des rayures à la surface des systèmes de finition, a été observée par profilométrie de surface. Une corrélation entre l'épaisseur totale de scellant appliquée et la profondeur moyenne des rayures a pu être établie. L'influence des propriétés des différentes formulations appliquées sur la résistance aux rayures a pu aussi être étudiée. À l'épaisseur maximale appliquée, les produits ayant un réseau plus dense résistent mieux aux rayures en présentant une plus petite profondeur de pénétration. / Coatings for wood flooring, applied on the wood surface to enhance its durability, undergo numerous mechanical stresses during their lifetime. Among the various damages (chemical, mechanical, environmental) that coatings have to resist to, mechanical damages are the most problematic. Mechanical damages can generate failures at the surface of the finish (scratches, indentations, wear) that can significantly affect the finish aspect and reduce the flooring's durability. The formation of surface failures may indicate insufficient mechanical properties. The main objective of this work is to enhance the mechanical properties of UV-curable coatings for wood flooring and to better understand their physicochemical behavior. Two research axes were defined. The first one concerns the oxygen inhibition of the UV-curable acrylate polymerization that affects the coating surface and the use of several new compounds able to reduce oxygen inhibition. The main objective of the second axis was to improve the mechanical performances of multilayered finishing system and to was used to distinguish the impact of inhibition caused by oxygen according to the depth of oxygen diffusion. Products never used to reduce the oxygen inhibition were added to formulations, according to their chemical nature and their supposed effect on oxygen inhibition. Their efficiency was then compared to the efficiency of several compounds, already described in the literature, but under different experimental conditions. In addition to the comparison of the compounds' efficiency during the formulations polymerization, their effect on the mechanical properties of the coating was considered. As the influence of oxygen is limited by its diffusion in the formulation, the inhibition is generally higher at the coatings surface. Abrasion tests and pendulum hardness helped to complete the study and give a broader discernment of the compounds' efficiency. The main purpose of the second axis was to deepen the comprehension of multilayered finish systems behavior when submitted to mechanical loads. First, the structure-property relationship of finishing systems was analyzed by formulating monomer-oligomer couples applied as topcoats. Physico-chemical properties, such as glass transition temperature (Tg) and crosslinking density (CLD), were measured by dynamic mechanical analysis (DMA). Secondly, topcoat hardness, abrasion, scratch and friction resistances were determined. These results enabled a better understanding of the topcoat behavior when exposed to various mechanical loads. A better perception of the parameters influencing the topcoat mechanical. In order to investigate further the finishing system mechanical behavior, the influence of the basecoat properties was evaluated. Once again, the physico-chemical properties of the formulations were analyzed separately by DMA. Then, the influence of the basecoat properties on hardness and scratch resistance of a multilayered finish was determined. As the role of the basecoat is to absorb and diffuse partly the mechanical loads endured by surface layers, the impact of basecoat thickness was also investigated. Moreover, the effect of the basecoats on the scratch profile was examined by surface profilometry. A correlation between the basecoat thickness and the mean depth of scratches was obtained. The influence of the various formulation properties on the scratch resistance was also demonstrated. At the maximal thickness applied, basecoat having a denser polymeric network withstand better scratches as they showed a lower mean scratch depth.

Le risque de colonisation bactérienne sur des surfaces abiotiques pose des défis importants dans plusieurs domaines de la science. Dans cette optique, des revêtements anti-bactériens ont été développés à l'aide de différents matériaux. La modification de surface des polymères améliore ses propriétés, ce qui facilite le développement de matériaux ayant des réponses biologiques optimales adaptées ou adaptables à l'environnement dans lequel ils sont implantés. Le chitosane est un biopolymère avec activité anti-microbienne inhérente qui peut être utilisé dans une grande variété d'applications de soins de santé et de l'industrie, ce qui rend particulièrement intéressant pour le développement et l'application de nouveaux matériaux fonctionnalisés, ou avec des propriétés antibactériennes. Ce polymère est utilisé pour une grande variété d'applications dans les soins de santé et l'industrie, ce qui le rend particulièrement intéressant pour le développement et l'application de nouveaux matériaux fonctionnalisés. Dans cette étude, différents types de chitosane ont été caractérisés en fonction de leur degré de déacétylation (DDA) et de leur poids moléculaire (Mw) par des techniques telles que la Résonance Magnétique Nucléaire (¹³C-RMN) et la Chromatographie d'exclusion par taille (SEC). Les résultats obtenus à partir de ces analyses révèlent de l'importance d’une caractérisation complète des biopolymères, puisque leurs propriétés peuvent varier en fonction des méthodes de production, ce qui peut influencer par la suite son utilisation et l’application. Ensuite, la méthodologie utilisée pour la modification de traitement et la surface en utilisant des techniques de plasma pour la fonctionnalisation de surfaces et le greffage de molécules a été validée. Dans un premier temps, les films en PTFE (polytétrafluoroéthylène) ont été utilisés pour vérifier l'efficacité de la méthodologie proposée pour le traitement et la modification des surfaces. Trois bras d'ancrages l'anhydride glutarique (GA), le poly (éthylène glycol) bis (carboxyméthyl) (PEGb) et le poly (anhydride éthylène-alt-maléique) (PA) ayant des caractéristiques différentes ont été utilisés dans le but de créer des liens covalents entre le recouvrement de chitosane et des surfaces aminées PTFE. Chaque étape du traitement de surface a été vérifiée par Spectrométrie Photoélectronique par Rayons-X (XPS), avec les changements de la composition chimique, ainsi que par des mesures d'angle de contact et par colorimétrie. Les changements topographiques et de rugosité après le greffage ont également été observés par la Microscopie Électronique à Balayage (MEB) et par la profilométrie. Ces résultats ont démontré que le type de bras d'ancrage a une plus grande influence sur le processus de production des revêtements que le poids moléculaire des différents types de chitosane. Pour vérifier la réponse antibactérienne des différents types de revêtements obtenus, les tests ont d'abord été réalisés avec Xylella fastidiosa et ont révélé le potentiel de ces substrats recouverts de chitosane. Des tests utilisant des bactéries pathogènes telles que Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa et Staphylococcus aureus ont été réalisés, confirment l'activité antibactérienne des échantillons de PTFE-plasma-PA-CHIMW. Ces résultats ont amené l'application de cette méthodologie sur une surface de PET (polytéréphtalate d’éthylène), un polymère largement utilisé dans le domaine des textiles conventionnels ainsi que dans la production de biomatériaux hospitaliers. Ainsi, les méthodologies par plasma et par greffage développées dans cette étude pour la production de revêtements de chitosane, peuvent être appliquées à la production de surfaces pour lesquelles l'activité antibactérienne est souhaitée. / The risk of bacterial colonization on abiotic surfaces poses important challenges in various fields of science. In this scenario, antibacterial coatings were developed, using a large number of materials. The surface modification of polymeric materials allows to improve surface properties, facilitating the development of optimized materials with biological responses adapted or adaptable to the environment in which they will be implanted. Chitosan is a biopolymer with inherent antimicrobial activity which can be used in a wide variety of health care and industrial applications, making it particularly interesting for the development and application of novel functionalized materials, i.e. antibacterial properties. In this study, different types of chitosan were characterized according to their degree of deacetylation (DDA) and molecular weight (Mw), using Nuclear Magnetic Resonance (¹³C NMR) and Size Exclusion Chromatography (SEC), among others. The results obtained through these analyses revealed the great importance of the characterization of biopolymers since their properties can vary according to the production methods, which can influence its use as an application. Afterward, the methodology applied for the treatment and modification of surfaces using plasma, for the surface functionalization and grafting of molecules was validated. Initially, PTFE (poly(tetrafluoroethylene)) films were used to verify the efficiency of the proposed methodology for the treatment and surface modification. Three spacer molecules glutaric anhydride (GA), poly (ethylene glycol) bis (carboxymethyl) (PEGb) and poly (ethylene-alt-maleic anhydride) (PA), with different characteristics were used to covalently attach the chitosan coating to the aminated PTFE surfaces. Each step of the surface treatment was verified by X-ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), through changes in chemical composition, by contact angle measurements and by colorimetry. The topographic and roughness changes after grafting were also observed by Scanning Electron Microscopy (SEM) and profilometry. These results demonstrated that the type of anchors has a greater influence on the coating process than the molecular weight of the different types of chitosan. To verify the antibacterial response of the different types of coatings obtained, tests were initially carried out using Xylella fastidiosa and revealed the potentiality of the substrates covered with chitosan. Tests using pathogenic bacteria such as Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa, and Staphylococcus aureus were performed confirming the antibacterial behavior of PTFE-plasma-PA-CHIMW samples. These results encouraged the application of this methodology in PET (polyethylene terephthalate) substrate, a polymer widely used in the field of conventional textiles as well as in the production of hospital textiles and biomaterials. Thus, the plasma-grafting methodology developed in this study, for the production of chitosan coatings, can be applied to the production of surfaces where antibacterial activity is desired. / O risco da colonização bacteriana em superfícies abióticas impõe desafios importantes para os diversos campos da ciência. Neste cenário, revestimentos antibacterianos têm sido desenvolvidos, usando um grande número de diferentes materiais. A modificação da superfície de polímeros permite melhorar as suas propriedades, com vistas ao desenvolvimento de materiais com respostas biológicas adaptadas ou adaptáveis ao ambiente onde serão implantados. A quitosana é um biopolímero com atividade antimicrobiana o qual pode ser utilizado numa ampla variedade de aplicações de cuidados de saúde e industriais, tornando-a particularmente interessante para o desenvolvimento e aplicação de novos materiais funcionalizados, ou seja, com propriedades antibacterianas. Neste estudo, diferentes tipos de quitosana foram caracterizadas de acordo com o seu grau de desacetilação (DDA) e massa molar (Mw), através de técnicas como ressonância magnética nuclear (¹³C RMN) e cromatografia de exclusão de tamanho (SEC), entre outras. Os resultados obtidos através dessas análises revelaram a grande importância da caracterização de biopolímeros, uma vez que suas propriedades podem variar de acordo com os métodos de produção, o que pode influenciar no seu uso como aplicação. Em seguida, a metodologia aplicada para o tratamento e modificação de superfícies empregando as técnicas de plasma, para a funcionalização de superfícies e o grafting para a imobilização do recobrimento de quitosana foi validada. Inicialmente, filmes de PTFE (politetrafluoretileno) foram utilizados para verificar a eficácia da metodologia proposta para o tratamento e modificação de superfície. Três moléculas “ancoradoras” com diferentes características anidrido glutárico (GA), poli(etileno glicol) bis(carboximetil) (PEGb) e poli(anidrido etileno-alt-maleico) (PA), foram utilizadas visando ligar covalentemente o recobrimento de quitosana às superfícies de PTFE aminadas. Cada etapa do tratamento da superfície foi verificada por espectroscopia de fotoelétrons de raios-X (XPS), por medições de ângulo de contato e colorimetria sendo evidenciada as mudanças na composição química da superfície e sua molhabilidade. As alterações topográficas e de rugosidade após o grafting também foram observadas por microscopia eletrônica de varredura (MEV) e perfilometria. Esses resultados demonstraram que o tipo de molécula ancoradora tem uma influência primária no processo de produção dos recobrimentos seguido pela massa molecular dos diferentes tipos de quitosana. Para verificar a resposta antibacteriana dos diferentes tipos de recobrimentos obtidos, testes foram inicialmente realizados empregando a Xylella fastidiosa e revelaram a potencialidade dos substratos recobertos com quitosana. Assim, testes utilizando bactérias patogênicas como, Escherichia coli, Pseudomonas aeruginosa e Staphylococcus aureus foram realizados confirmando o comportamento antibacteriano das amostras PTFE-plasma-PA-CHIMW. Esses resultados encorajaram a aplicação desta metodologia em um substrato de PET (polietileno tereftalato), um polímero muito usado no ramo de têxteis convencionais como também na produção de têxteis hospitalares e biomateriais, demonstrando assim, que a metodologia de plasma-grafting aplicada neste estudo, para a produção de recobrimentos de quitosana, pode ser usada para a produção de superfícies onde a atividade antibacteriana é desejada, ou seja, esses revestimentos podem fornecer uma barreira adicional e complementar à transmissão de patógenos, enquanto podem atuar combinados com procedimentos normais de limpeza e desinfecção.

L’usage de l’alliage de vanadium V-4Cr-4Ti comme matériau de gainage du combustible dans les réacteurs nucléaires à neutrons rapides refroidis au sodium (RNR-Na) représente un intérêt tout à fait particulier de par ses propriétés physico-chimiques attractives à savoir : une bonne compatibilité avec le sodium liquide, une transparence neutronique élevée et de bonnes propriétés mécaniques sous irradiation. Toutefois, la dissolution de l’oxygène dans le vanadium conduit à son durcissement de manière considérable et rend, par conséquence, son utilisation conditionnée par l’utilisation de protection externe moyennant des revêtements faisant office de barrière de diffusion à l’oxygène présent dans le sodium liquide à hauteur de quelques ppm. Au cours de ce travail, des revêtements diffusionnels à base siliciures binaires et ternaires sont élaborés essentiellement par cémentation activée en caisse. Leur capacité à protéger le substrat dans des milieux simulant les conditions d’un RNR-Na, caractérisés par un faible potentiel oxydant de O2, est avérée suite à des tests d’oxydation sous hélium impur à 650°C et de corrosion dans le sodium liquide à 550°C (test CorroNa au CEA de Saclay). D’autres tests d’oxydation sous air (cycliques, isothermes et fluage-flexion 3 points) ont montré la bonne résistance des revêtements à des températures au-delà de 900°C grâce à la formation d’une couche protectrice de SiO2, adhérente et compacte. Un autre volet de ce travail a permis d’aborder la stabilité microstructural du système gaine/revêtement dans les conditions accidentelles. Ceci a nécessité le calcul des coefficients d’interdiffusion en s’appuyant parallèlement sur les modèles de croissance multicouche de Wagner et de consommation mutuelle de Buscaglia. En dernier lieu, la coupe isotherme à 1200°C et la projection liquidus du système V-Cr-Si sont étudiés. Cette étape, préliminaire à l’étude du système quaternaire V-Cr-Ti-Si, doit permettre en perspective l’optimisation de l’architecture du revêtement et aider à la compréhension des mécanismes d’oxydation / The use of vanadium alloy V-4Cr-4Ti as fuel cladding in the generation IV sodium cooled fast reactor (SFR) is considered with a great interest thanks to its attractive physico-chimicals properties namely: a good compatibility with liquid sodium, a high neutronic transparency,a good mechanical properties even under irradiation. However, the dissolution of oxygen in vanadium leads to its hardening. This behavior imposes, consequently, the use of on external protection as coatings that can be considered as a barrier against oxygen diffusion contained in liquid sodium at very low concentrations (a few ppm). In this work, binary and ternary diffusional silicides coatings are produced mainly by halide activated pack cementation. Their ability to protect the substrate in media simulating a SFR’s conditions, with a low oxidation potential of O2, is proved according to the results of oxidation tests in impure helium at 650 ° C and corrosion in sodium liquid at 550 ° C (CorroNa test at CEA de Saclay). Other air oxidation tests (cyclic, isothermal and creep-bending 3 points) showed good resistance of coatings at temperatures above 900°C due to the formation of a protective layer of SiO2, adherent and compact. In another part of this work, the microstructural stability of the cladding/coating system in accidental conditions is studied. This required the calculation of interdiffusion coefficients using models of multilayer growth as proposed by Wagner and mutual consumption as proposed by Buscaglia. Finally, the isothermal section at 1200 ° C and the liquidus projection of V-Cr-Si system are studied. This step, preliminary to the study of quaternary V-Cr-Ti-Si system, should allow as a perspective the optimization of the architecture of the coating and help to understand the oxidation mechanisms

Les stents coronariens sont des dispositifs médicaux, généralement fabriqués en acier inoxydable 316L, utilisés pour traiter des maladies cardiovasculaires comme l’athérosclérose. Les stents recouverts ou à relargage contrôlé de médicaments sont des solutions prometteuses pour réduire les phénomènes de resténose. Ce travail a pour objectif le développement d’un procédé plasma basse pression capable de déposer une couche de polymère permettant de protéger la surface des stents contre l’agressivité du milieu physiologique. L’allylamine est choisie comme précurseur moléculaire pour assurer un taux élevé de fonctions amines primaires. Ces fonctions pourront être utilisées, successivement, pour l’immobilisation de molécules bioactives afin d’augmenter la biocompatibilité des stents. Les dépôts sont effectués sur des substrats d’acier inoxydable 316L en utilisant un réacteur plasma basse pression (70 kHz). Les différentes techniques d’analyse de surface utilisées (angle de contact, XPS, FTIR-ATR) montrent que les variations de puissance de la décharge et du temps de traitement ne modifient pas significativement la composition chimique de surface des dépôts. Cependant, grâce à une technique de dérivation chimique nous avons mis en évidence une meilleure sélectivité vis-à-vis des fonctions amines primaires pour les couches déposées à faibles valeurs de puissance. En effet, des analyses in-situ de la phase plasmagène (spectrométrie de masse, spectroscopie d’émission optique) révèlent qu’une augmentation de la puissance de la décharge conduit à l’augmentation de son caractère énergétique et, ainsi, à l’augmentation du taux de fragmentation du précurseur. La stabilité des revêtements au lavage dans l’eau de-ionisée a été aussi évaluée. Les dépôts obtenus pour une puissance de la décharge de 2W présentent le meilleur compromis entre rétention des fonctions amines primaires et stabilité. Enfin, nous avons évalué les propriétés d’adhérence des couches après déformation plastique en utilisant le « small punch test », permettant de reproduire les conditions qu’on retrouve lorsque les stents sont déployés dans les artères. Les dépôts présentent des propriétés adéquates de cohésion et d’adhérence au substrat pour répondre à la déformation sans se fissurer et/ou délaminer. Ces résultats montrent que les couches d’allylamine déposées par procédé plasma basse pression présentent des caractéristiques prometteuses afin d’être utilisées comme revêtement performant pour les stents coronariens. / Coronary stents are metallic devices, mainly made of 316L stainless steel (316L SS) used for the treatment of cardiovascular disease such as atherosclerosis. In order to reduce the restenosis rate of bare metal stents, coated stents and drug eluting stents were developed. The aim of this study is to develop a process to isolate metallic surface from the biological environment by depositing a thin plasma polymerized allylamine (PPAA) film on the metallic surface. Allylamine has been chosen as molecular precursor to insure high retention of primary amino groups which can be used, afterwards, to graft biomolecules to improve the biocompatibility of the devices. PPAA films were deposited on flat electropolished 316L SS samples in a low pressure plasma reactor (70 kHz). The different surface analytical methods (water contact angle, XPS, FTIR-ATR) showed that surface chemical composition of the coatings was not significantly influenced by variation of plasma power discharge and treatment time. However, chemical derivatization has shown that high selectivity towards primary amino-groups could be obtained using low discharge power values. In fact, in-situ diagnostic analysis of the plasma discharge, performed by mass spectrometry and optical emission spectroscopy, revealed the increase of the energetic character of the discharge as a function of discharge power that leads to higher fragmentation of the precursor. The coating stability in de-ionised (D.I.) water has been also investigated. We have found an optimum of stability for films deposited at a power of 2 W. For this optimized condition, we have the best trade-off between selectivity and stability upon immersion in D.I. water. In order to mimic stent expansion conditions, a “small punch test” has been used to investigate the adhesive properties of the coating. According to XPS analysis, no significative modification of the chemical composition of the coating was induced by plastic deformation. No cracks, delamination or failures of the coating were observed by FE-SEM indicating that the coating presents sufficient interfacial adhesion and cohesion to resist to plastic deformation. For these reasons, PPAA films presents promising features to be applied as a coating for coronary stents.

Les stents coronariens sont des dispositifs médicaux utilisés pour soutenir mécaniquement les artères atteintes d’athérosclérose. Cette maladie se caractérise par l’accumulation de dépôts lipidiques à la surface des parois artérielles, ce qui provoque une diminution du diamètre effectif de l’artère et la perturbation du débit sanguin. Les stents sont principalement constitués d’une structure métallique recouverte d’un polymère. Malgré leur succès commercial, plusieurs lacunes au niveau de l’adhérence sont rapportées à la suite de leur expansion, telles que des délaminations et l’apparition de fissures. Ces défaillances affectent notamment l’efficacité des stents. L’objectif de cette thèse est donc d’étudier cette problématique en utilisant des revêtements fluorocarbonés déposés par plasmas. Ces travaux doctoraux proposent une nouvelle technique d’évaluation de l’adhérence appelée, le Small Punch Test. Cette méthode reproduit l’expansion d’un stent sur des échantillons plats ce qui facilite les caractérisations des revêtements après déformation. Des caractérisations au microscope électronique à balayage ainsi qu’au microscope à force atomique ont permis d’évaluer l’influence de l’épaisseur des revêtements sur leur cohésion. Des fissures ont été observées sur les échantillons possédant une épaisseur supérieure à 35 nm. Afin de déposer des revêtements à faible teneur en nano-pores et d’augmenter leur stabilité en milieu aqueux, ces travaux étudient également la croissance et les propriétés des revêtements fluorocarbonés en fonction de différents décapages plasmas. Les décapages d’hydrogène ont notamment conduit à la formation d’hydroxydes à la surface de l’acier qui ont agit comme initiateur à la polymérisation. Le revêtement ainsi formé possède une teneur réduite en nano-pores, est riche en CF2 et est composé de longues chaînes polymères tel qu’observé par XPS, ToF-SIMS et FTIR. Cependant, les décapages plasmas ont modifié et réduit l’épaisseur de la couche d’oxyde de l’acier inoxydable ce qui l’a rendue plus sensible à une post-oxydation. / Coronary stents are medical devices used to provide internal scaffolding to stenosed arteries. This disease is characterized by the deposition of lipids on the artery wall, a decrease of the artery diameter and blood flow disturbance. The stents are mainly made of a metal structure coated with a polymer film. Despite their commercial success, many adhesion problems are reported after their expansion, such as coating delamination and cracking. These coating failures decrease the stent’s efficiency and durability. The aim of this thesis was to study this problem using fluorocarbon coatings deposited by plasma polymerization This thesis proposes a new technique, named Small Punch Test, to evaluate the coating adhesion. This method simulates the stent expansion on flat substrates, which facilitates the evaluation of the coating properties after deformation. Scanning electron microscope and atomic force microscope investigations showed the importance of the coating thickness on their cohesion properties. Cracks were observed on specimens with a coating thickness higher than 35 nm. To deposit coatings with a low density of nano-defects and to increase their stability in aqueous media, this research investigates the growth and properties of fluorocarbon films deposited on plasma etched substrates. Hydrogen plasma played a key role, with the formation of hydroxide as film growth initiator. During the first polymerization steps, hydroxides may lead to the formation of fluorocarbon coatings with low nano-defect density, high content in CF2 and long polymer chains, as observed by XPS, ToF-SIMS and FTIR. However, plasma etchings modified and lowered the oxide layer thickness of stainless steel and increased the sensitivity of samples to post-oxidation.

Les maladies cardiovasculaires sont une des principales causes de décès dans le monde. L'athérosclérose est une maladie évolutive cardiovasculaire par laquelle les artères s'obstruent partiellement ou totalement. L'angioplastie est une technique cliniquement validée pour traiter l’athérosclérose bien que, le taux de resténose élevé soit un facteur limitant. L’implantation d’endoprothèses coronariennes (stents) lors de l’angioplastie a permis une diminution de 15 à 30% du taux de resténose, mais le risque reste encore relativement élevé. De plus, la corrosion des stents métalliques et la libération d’éléments potentiellement toxiques sont d’autres problèmes liés à leur application dans l’organisme. L’utilisation d’une couche polymérique à la surface des stents métalliques présente une voie intéressante pour prévenir le stent de la corrosion et diminuer le taux de resténose. Dans le cadre de ce mémoire, deux différents types de revêtements polymériques seront présentés. Tout d’abord, cette étude a porté sur les couches minces fluorocarbonées (CFx) déposées par plasma froid sur la surface en acier inoxydable. Ce recouvrement pourrait être chimiquement inerte, hydrophobe et biocompatible. Grâce à la méthode de dépôt par plasma froid associée à la modulation de la composition chimique et de la morphologie de l’interface, cette couche mince fluorocarbonée présente une bonne adhérence interfaciale (polymère-métal). Cependant des études de vieillissement effectuées sur ces échantillons ont montré une dégradation chimique et morphologique du revêtement et une oxydation du substrat après seulement 2 semaines de vieillissement dans l’eau déionisée. Afin de pallier ce problème, l’effet du post-traitement a été étudié. Dans, le chapitre II l’influence de ces traitements sur la composition chimique, la structure morphologie et la résistance au vieillissement sera présentée. La deuxième partie de ces travaux porte sur l’étude des recouvrements en copolymère dextrane-graft-polybutylméthacrylate (dextane-graft-PBMA). Le dextrane est un polysaccharide avec des propriétés biologiques intéressantes. Les dérivés du dextrane stimulent la prolifération des cellules endothéliales et inhibent celle des cellules musculaires lisses ainsi que la coagulation sanguine. L’utilisation des dérivés du dextrane en tant que recouvrement des stents métalliques permettrait de diminuer le taux de resténose et d’améliorer leur hémocompatibilité à long terme. Le dextrane a une très grande solubilité en milieu aqueux et ne peut donc pas former directement des films stables. De plus, il présente de très faibles propriétés mécaniques. La copolymérisation du dextrane avec un polymère synthétique hydrophobe est une voie intéressante afin de former un recouvrement plus stable en milieu aqueux et conférer des propriétés mécaniques plus importantes. Dans cette optique, la synthèse du copolymère dextrane-graft-PBMA peut s’avérer intéressante. Cette approche permettrait de combiner les propriétés biologiques du dextrane et les propriétés mécaniques du poly (butylméthacrylate). Le projet est partagé entre le Laboratoire de Bio-ingénierie de Polymères Cardiovasculaires (LBPC) à l’université Paris 13 et le Laboratoire de Biomatériaux et de Bioingénierie (LBB) à Québec. Des échantillons modèles d’acier inoxydable 316L ont été préparés au LBB, recouverts au LBPC et caractérisés au LBB au niveau de la composition chimique, de la structure morphologique et des propriétés mécaniques des recouvrements de dextrane-graft-PBMA. / Cardiovascular diseases are a major cause of death in the world. Atherosclerosis is a progressive disease in which the arteries partially or completely clog. Angioplasty is a clinically validated technique for treatment of atherosclerosis; however, a high restenosis rate remains the limiting factor for angioplasty. The implantation of a stent during angioplasty reduces the rate of restenosis between 15-30%, but the risk of restenosis remains relatively high. Moreover, corrosion and the release of potentially toxic elements are further drawbacks associated with metallic stents. The use of a polymer coating on the metallic stent surfaces can prevent stent corrosion and reduce the restenosis rate. In this study two different types of polymeric stent coatings will be presented. The first part of this research deals with the thin fluorocarbon (CFx) polymeric film deposited by cold plasma on the surface of stainless steel. This coating is assumed to be chemically inert, hydrophobic, and bio-compatible. Use of cold plasma deposition method modulates chemical composition and changes the morphology of the interface in the way that the polymeric film shows a good interfacial adhesion (polymer-metal). However, the aging studies performed on the samples submerged in deionised water show evidence of morphological and chemical degradation of the coating besides demonstrating the substrate oxidation, after only two weeks. To overcome this problem, the influence of a post-treatment was studied. In chapter II, The influence of these treatments on the chemical composition, morphological structure and resistance to aging will be presented. The second part of this research involves the study of dextran-graf-polybutylmethacrylate (dextran-graft-PBMA); dextran is a polysaccharide with interesting biological properties. The dextran derivatives stimulate the proliferation of endothelial cells and inhibit the smooth muscle cells proliferation and blood clotting. It was assumed that the dextran derivative coatings may decrease the rate of restenosis and improve long-term hemocompatibility of the stents. Unfortunately, dextran is highly soluble in aqueous media, therefore cannot directly form a stable film. Furthermore, dextran has poor mechanical properties. A solution to form a more stable coating in aqueous media, while improving its mechanical properties, is the copolymerization of dextran with a synthetic hydrophobic polymer. In this context, the synthesis of copolymer dextran-graf-polybutylmethacrylate seemed to offer a promising alternative. The synthesis of copolymer dextran-graf-polybutylmethacrylate that combines the biological properties of dextran and mechanical properties of poly(butylmethacrylate), might be a potential solution. The project is shared between Laboratoire de Bio-ingénierie de Polymères Cardiovasculaires (LBPC) at Paris 13 University and Laboratoire de Biomatériaux et de Bioingénierie (LBB) in Quebec City. Model samples of 316L stainless steel are prepared at LBB and covered in LBPC and characterized at LBB for the analysis of chemical composition, morphological structure, and mechanical properties of dextan-graft-PBMA coatings.

La préservation des structures métalliques en milieu marin conduit au développement de revêtements organiques anticorrosion de type époxy, époxy-polyamine ou polyester, voire de nouvelles formulations respectueuses de l'environnement. Les peintures marines se trouvent exposées à la lumière solaire lors de leur utilisation en zone de marnage et elles doivent conserver leurs propriétés fonctionnelles pour assurer leur rôle de protection contre la corrosion. Afin d'évaluer le comportement à long terme de ces formulations, des vieillissements artificiels accélérés impliquant la lumière et l'eau (alternativement ou simultanément) ont été mis au point. Trois types de vieillissement ont alors été utilisés : photovieillissement à sec, cycles alternés irradiation / immersion et irradiation dans l'eau. Deux peintures marines industrielles à base de résin époxy (avec ou sans solvant) ont été étudiées ainsi que des polymères modèles : soit bidimentionnel (résine phénoxy PKHJ(R) ou tridimentionnel (DGEBA/TETA). En présence d'eau, l'étude des mécanismes de vieillissement a permis de mettre en évidence l'hydrolyse de photoproduits et leur migration dans la solution d'immersion. De plus, dans le cas de la PKHJ(R), cette hydrolyse conduit à la production de phénols qui ont un effet photoinducteur, et d'acides qui sont extraits par l'eau. Les évolutions moléculaires des matériaux ont pu être corrélées aux évolutions macroscopiques des propriétés physico-chimiques au cours du vieillissement. Les mécanismes, les cinétiques, l'influence du milieu dépendent de la nature de la structure chimique, de la structure morphologique et de l'état du plymère étudié (vieilli ou non).

Afin d’accroitre le rendement des turbomachines les motoristes aéronautiques visent à développer de nouveaux matériaux réfractaires permettant d’augmenter les températures de service des parties les plus chaudes. Les travaux présentés dans ce mémoire s’inscrivent dans ce contexte et ont pour cadre le projet européen FP7-HYSOP dans lequel les alliages Nbss-Nb5Si3 sont à l’étude. Alors que d’un point de vue mécanique leurs propriétés sont compatibles avec leur industrialisation, leur résistance à l’oxydation dès les températures intermédiaires (800°C) constitue l’obstacle majeur à leur application. Deux voies sont suivies dans ce travail pour améliorer ce comportement. La première vise à évaluer l’effet d’un affinement de microstructure en synthétisant l’alliage Nbss-Nb5Si3 soit par la voie fusion, soit par métallurgie des poudres. Il a été montré que les microstructures les plus fines permettent de diminuer les cinétiques d’oxydations à 1100°C, et de s’affranchir des phénomènes d’oxydation catastrophique dont souffrent les alliages à microstructure grossière à 815°C. Des modèles diffusionnels gouvernant l’oxydation de ces matériaux ont pu être proposés. La seconde partie se focalise sur le développement de revêtements à base de siliciures, par la technique de cémentation activée en caisse, dont le caractère protecteur est assuré principalement par la formation d’une couche de silice (SiO2). Une série de tests d’oxydation/corrosion, représentative des conditions extrêmes régnant en sortie de chambre de combustion (isotherme ou cyclique, sous air, air + H2O, mélange silicaté CMAS), a permis d’évaluer et de hiérarchiser les performances des différents systèmes revêtus / Progress in the field of gas-Turbine engines for aircrafts is controlled by the availability of new structural materials able to withstand higher temperatures than nickel based superalloys. The present PhD work was conducted in this context, within the framework of the European FP7-HYSOP project, in which Nbss-Nb5Si3 alloys are studied. From a mechanical point of view, the physicochemical properties (room temperature fracture toughness and creep rate) are compatible with the targeted temperature (1300°C). However, starting from the intermediate temperatures (800°C), the oxidation resistance of those alloys is the major obstacle to their use. In this work, two ways are investigated to improve this behavior: The first one aims at studying the effect of a refinement of microstructure synthesizing the Nbss-Nb5Si3 alloy both by fusion method and powder metallurgy route. It was shown that refining the microstructure led to decrease the oxidation kinetics at 1100°C and suppressed the catastrophic breakaway oxidation (pesting) typical of the Nb-Si alloys with coarse microstructure at 815°C. Furthermore, diffusion models were proposed to describe oxidation kinetics both at 815°C and 1100°C. The second part of this study is devoted to the development of silica forming protective coatings. Diffusion silicide coatings were manufactured by the halide activated pack-Cementation method. The various conditions of oxidation/corrosion tests (isothermal or cyclic, in air, air containing water vapor, CMAS silicate melt) allowed assessing and ranking the performance of coated systems

Ce mémoire présente les travaux de recherche effectués au sein du département de Génie Mécanique de l’Université Laval dans le cadre du projet « Impact modeling of Composite Aircraft Structure », IMCAS du Consortium de Recherche et d’Innovation en Aérospatiale (CRIAQ). Le but de ces travaux était de créer une loi de comportement pour les composites tissés sec mous et de les implanter dans un élément coque reproduisant le comportement dynamique d’un croisement de fibres dans un pli typique sous impact balistique et en fonction de certains paramètres géométriques propres au tissé. La création d’une loi de comportement de l’usager dans le logiciel d’analyse par éléments finis Abaqus a été nécessaire pour mener à bien ce projet. La méthodologie de développement de la sous-routine de l’usager, qui définit le matériau tissé et est utilisée en conjonction avec l’élément shell S4R, est basée sur les récents travaux de Grujicic et al (1) et Shahkarami et al (2). La validation de ce modèle a été réalisée en vérifiant la validité de sa réponse à certaines sollicitations rencontrées dans des études simples d’impact. Le résultat final de ces tests numériques d’impact a permis de démontrer que nous obtenons des résultats similaires à ceux de Shahkarami pour les mêmes paramètres d’expérimentation. Enfin, après cette dernière validation, nous avons appliqué l’outil développé à l’étude, en dynamique explicite, de l’impact d’une pale de soufflante sur un caisson de confinement hybride. Ce caisson est composé d’une première couche intérieure en coque métallique et sur laquelle s’empilent plusieurs couches de kevlar. Tout au long de ce mémoire, nous avons détaillé toutes les hypothèses, les démarches et les outils utilisés pour réaliser ce travail. Nos résultats montrent finalement qu’il est possible de reproduire les phénomènes physiques à une échelle méso-mécanique lors d’un impact haute vitesse sur un matériau composite tissé multicouche tout en minimisant le temps de calcul nécessaire. / This thesis presents the work that has been carried out inside the Mechanical Engineering Department of Laval University within a CRIAQ project related to Impact Modeling of Composite Aircraft Structure (IMCAS). The main goal of this work was to develop a dry fabric model for ballistic impact application and to implement it into a shell element capable of reproducing the dynamic behavior of a yarn crossover point with due account of some specific geometric and material parameters. The development of a material user subroutine (VUMAT user subroutine) was necessary to carry out this project. The methodology employed for the development of the user subroutine to be used with the S4R shell element available in Abaqus is based upon the works of Grujicic et al (1) and Shahkarami et al (2). The validity of the mesomechanical model created was carried out in order to assess the accuracy of its behavior under elementary loadings. Subsequently, using the same parameters to set up the analysis, the developed model has been applied in simple impact problems in Abaqus to demonstrate that we are able to obtain the same results as in the work of Shahkarami (2) used as a reference. Finally, after this last validation, the model is used in the impact study of an aeronautical engine’s fan blade containment problem using a hybrid casing. In our problem the casing’s inner shell is metallic and multiple Kevlar fabric layers are wrapped around it to contribute to the energy absorption and containment of the fan blade debris released outward at high speed. In this thesis all the assumptions, process and tools necessary to carry out every analysis have been described in details. Our results demonstrate that it is possible to capture the physical phenomenon happening at the yarn’s mesoscopic level during a high-velocity impact on a dry fabric while minimizing the computation time.