L’objectif de la présente thèse a été de développer des procédés de modifications de surface de l’acier inoxydable 316, pour en améliorer les performances à long terme en milieu biologique, en vue d’une application pour les stents coronariens. Deux types de modifications de surface successifs ont été menés sur l’acier; des pré traitements et des recouvrements. Les premiers ont eu pour but de modifier la composition chimique, la rugosité et la topographie des surfaces métalliques, afin de les préparer au dépôt des seconds, lesquels auront pour fonction d’isoler totalement le métal du milieu biologique. Les pré traitements de polissage mécanique et électrochimique, de dégraissage par ultrasons, d’immersion en solutions alcalines et acides et de décapage par plasma froid, ont été testés. Les modifications de surfaces induites ont été caractérisées par Spectroscopie de Photoélectrons induits par Rayons X (XPS), par Microscopie à Force Atomique (MFA) et par Microscopie Électronique à Balayage (MEB). La combinaison optimisée des traitements par ultrasons, polissage électrochimique, attaque acide et décapage par plasma froid a abouti à l’obtention de surfaces lisses, homogènes, sans défauts, décontaminées et quasi exemptes d’oxyde métallique considéré fragile mécaniquement. Le pré traitement d’électropolissage a fait tout particulièrement l’objet d’une étude approfondie. Les recouvrements amorphes, fluorocarbonés et partiellement hydrogénés, fortement hydrophobes, lisses et sans défauts ont été déposés sur de substrats métalliques pré traités en optimisant les paramètres de fonctionnement du réacteur à plasma froid radio fréquence. Des dépositions ont également été effectuées sur des substrats non pré traités dans les conditions optimales de polymérisation. Elles ont alors conduit à la formation de films poreux, composés de sphères nanométriques distribuées de manière hétérogène, de structure également amorphe et partiellement hydrogénée. L’importance de l’étape des pré traitements a ainsi été démontrée, celle ci influençant principalement la morphologie des recouvrements. Finalement, l’imperméabilité des recouvrements obtenus sur des substrats pré traités ont été validées dans des conditions pseudo physiologiques similaires à celles présentes dans les artères coronariennes. / The aim of this study was to develop various surface modification procedures for 316 stainless steel to improve its long term performances as endovascular stents. The strategy behind this work was divided into two parts: surface pre treatments and surface coatings. Chemical composition, roughness and topography of the metallic surfaces were modified by the surface pre treatments in order to prepare the substrates for the post deposited coatings that would form an impermeable barrier completely isolating the metallic device from body fluids. Surface pre treatments of the metallic surfaces consist of mechanical and electrochemical polishing, ultrasonic cleaning, dipping in alkaline and acidic solutions, and plasma etching. The aim was to obtain a smooth and homogeneous surface of the substrate as well as to remove any fragile interlayer, particularly the metallic oxide and the contamination layers. Characterization of the modified surfaces was performed by X ray Photoelectron Spectroscopy (XPS), Atomic Force Microscopy (AFM) and Scanning Electron Microscopy (SEM). Optimized surface properties were obtained by combining ultrasonic cleaning, electrochemical polishing, acid dipping and plasma etching. Of the above mentioned methods, emphasis was placed on the electrochemical polishing procedure. Ultra thin fluorocarbon films were deposited on pre treated stainless steel surfaces by radio frequency glow discharge plasma, after modulating plasma deposition parameters in order to promote the polymerization process. Films were then partially hydrogenated, amorphous, highly hydrophobic, smooth and pinhole free. Depositions under optimal polymerization conditions were also performed on as received substrates and lead to the formation of partially hydrogenated, porous fluorocarbon coatings that consisted of heterogeneously distributed nanospherical particles. Thus, pre treatments prior to deposition were essential, demonstrated by their strong influence on the morphology of the plasma polymer films. Finally, plasma polymer films were validated with respect to impermeability in a medium reproducing the physiological conditions in the coronary arteries.

L’ingénierie tissulaire est une approche qui vise à combler le besoin de remplacements d’organes. Ceci est d’autant plus vrai pour les artères, dont le besoin de remplacements résulte en partie de la prévalence des maladies cardiovasculaires dans le monde industrialisé. Pour ce faire, nous croyons qu’une des alternatives les plus prometteuse implique l’utilisation d’une structure permettant l’échafaudage tridimensionnel de cellules lors de la régénération. Le collagène possède plusieurs caractéristiques qui font en sorte qu’il peut être un matériau convenable à la fabrication de cette structure. Au cours de ce projet, un procédé d’extraction et de mise en solution de collagène type I à partir de queues de rat a été choisi et validé. Ce collagène a été caractérisé par rapport à ses propriétés moléculaires et ses performances mécaniques, biologiques et hématologiques. Suivant cette validation, une méthode pour produire des gels en forme de disques et de tubes ensemencés de cellules vasculaires a été élaborée. Ces structures ont été caractérisées quant à la viabilité des cellules dans le gel, la capacité des gels à être manipulés ainsi qu‘à leurs propriétés hématologiques, en milieu humide. Ce projet constitue une base pour des recherches futures visant à améliorer la fonctionnalité et les propriétés structurales des artères régénérées à base de collagène. / Tissue engineering provides insight into solving the organ shortage. This is especially the case for small diameter vascular substitutes, with which a shortage is due in part to the prevalence of cardiovascular disease in the industrialized world. For this, in our opinion, one of the most appropriate approaches involves using a structure to guide the cells during the regeneration phase. Collagen has many characteristics that make it suitable as a scaffold material for vascular tissue engineering. Two slightly different methods for extracting and processing collagen type I from rat tail were compared with respect to the molecular structure of the collagen molecule, the mechanical properties of thin films obtained from solvent evaporation and preliminary cellular viability with fibroblasts seeded on these same collagen films. One of the above methods was chosen and this collagen was then characterized with respect to cellular viability with smooth muscle cells and endothelial cells and also with blood contact assays. A method for producing three-dimensional gels seeded with vascular cells was developed. Cell distribution and viability, preliminary compliance testing and blood contact assays were performed on these gels. This project has provided the basis for further studies in order to maximize cell functionality and the structural properties required for implantation of collagen-gel-based vascular grafts.

Cette thèse décrit le développement d’une nouvelle méthodologie qui quantifie les chances de succès d’un tir confiné à grande échelle de relâchement des contraintes dans un pilier de mine souterraine, pour une masse rocheuse et un régime de contraintes donnés. L’approche est basée sur huit paramètres qui sont considérés comme contrôlant ultimement le processus, et dont l’influence et les interactions ont été quantifiées dans un premier temps avec la méthode des Systèmes d’ingénierie du roc (“Rock Engineering Systems”). Ces interactions et degrés d’influence ont ensuite été utilisés pour élaborer la nouvelle méthodologie, qui est basée sur un nouveau paramètre appelé l’Indice de relâchement, qui peut être ‘Faible’, ‘Moyen’, ‘Bon’ ou ‘Excellent’. Il est conclu que cette méthodologie a une valeur pratique élevée de par sa capacité à concevoir adéquatement un tir confiné à grande échelle de relâchement des contraintes dans un pilier de mine, en prenant simplement des mesures qui résultent en une augmentation de l’Indice de relâchement et, donc, des chances de succès du tir

L’exploitation minière d’un gisement contenant des minerais sulfurés peut mener à la production d’effluents acides. En effet, les stériles sulfures exposés aux éléments atmosphériques (air, eau) s’oxydent pour produire de l’acide sulfurique. Ce phénomène se nomme drainage minier acide (DMA). Outre le pH acide, ces effluents sont caractérisés par de fortes teneurs en métaux lourds et peuvent parcourir de grandes distances par la nappe phréatique. Le présent projet de recherche étudie l’utilisation d’une barrière perméable réactive (BPR) pour le traitement du DMA. Cette technique consiste à remplacer une partie du sol ceinturant le site problématique par un matériel ayant des propriétés détoxifiantes. Le matériel réactif évalué est un dérivé de boues rouges d’aluminerie, le BauxsolTM, développé par la compagnie Virotec International inc. La simulation des BPR est réalisée en utilisant cinq colonnes de Plexiglas contenant les mélanges réactifs à tester. L’effluent acide est pompé, selon différents débits, par le bas de la colonne et dix ports d’échantillonnages permettent d’étudier l’évolution des réactions. Les résultats démontrent que cette technique est efficace pour augmenter le pH et enlever les métaux de l’effluent. Ces derniers sont majoritairement adsorbés par les boulettes de BauxsolTM. En plus d’être intéressante économiquement, cette méthode s’inscrit dans un contexte de développement durable en revalorisant un déchet industriel. / Mining of sulphide ores can lead to the formation of acidic effluents. With the contact of air and water, the sulfide phase can be oxidized to produce sulfuric acid. This process is called acid mine drainage (AMD). These effluents are characterized by high concentrations of sulphate and metals, and a pH under 4. This project studies the use of permeable reactive barriers (PRB) to treat AMD. In a PRB, a reactive material is placed in the ground subsurface by excavating the aquifer material. The reactive material studied in these experiments was a pelletized form of alkaline residues from the aluminium extractive industry. The pellets, called BauxsolTM, were provided by Virotec International Inc. Results show that a PRB using BauxsolTM can treat acid mine effluents by removing heavy metals and increasing the pH. Metals are mainly trapped inside the pellets and the carbonates, that give the alkaline properties to BauxsolTM, are in a form that is slowly leachate. Therefore, a PRB using BauxsolTM present a feasible option using an industrial waste to treat another waste.