La modification de surface par plasma est une technique largement utilisée pour améliorer les propriétés de surface de polymères par le greffage de différents groupes fonctionnels. Dans ce projet de recherche, différentes méthodes pour améliorer les techniques de caractérisation de décharge micro-ondes de N2 et N2-H2 ont été étudiées dans le but d’optimiser le procédé de traitement de surface par plasma. Tout d'abord, un certain nombre de paramètres du plasma ont été mesurés à différentes conditions de traitement. Pour déterminer les paramètres du plasma, la spectroscopie d'émission optique a été utilisée dans la région l’ultraviolet, du visible et l’infrarouge (rarement utilisée dans la littérature scientifique). L’utilisation de la spectroscopie d'émission dans cette dernière région spectrale est avantageuse car elle permet d'éliminer les forts chevauchements entre les transitions atomiques et moléculaires et de pallier la faible intensité du signal observée dans la région de l’ultraviolet et du visible. Par la suite, la composition chimique de surface du PTFE a été analysée par XPS pour déterminer les concentrations en carbone, fluor, azote et des groupements amine suite à un traitement par plasma. Les résultats mentionnés ci-dessus ont été utilisés pour corréler les conditions de traitement et les paramètres de décharge micro-ondes à la composition chimique du PTFE modifié, dans l’objectif de mettre en évidence les paramètres expérimentaux du plasma et les espèces présentes dans le plasma qui jouent un rôle clé pour maximiser la fonctionnalisation de surface du polymère avec des groupements amine. En outre, un modèle mathématique a été développé en utilisant la technique de régression PLS. Pour construire ce modèle, un ensemble de données de variables d'entrée contenant les conditions de traitement et les paramètres spectroscopiques du plasma et une matrice de réponse contenant les propriétés de surface du polymère ont été générées. La base de données obtenue a été utilisée pour établir la relation entre les paramètres du plasma, les conditions de traitement et la chimie de surface du film. Cela a finalement permis de prédire la composition chimique de la surface à partir d’informations relatives au plasma, sans avoir à effectuer des analyses de surface après le traitement. / Plasma surface modification is a widely used technique for improving the surface properties ‎of ‎polymers through the introduction of different functional groups. In ‎the current research project, ‎different methods to improve the characterization techniques of ‎N2 and N2-H2 microwave discharge ‎were investigated with the aim of optimizing the ‎plasma surface process. First of all, a number of plasma parameters were measured at ‎different process conditions. To determine the plasma ‎parameters, optical emission spectroscopy was used ‎not only within the well-documented ‎UV-Visible region but also within the rarely ‎studied infrared zone. Using infrared optical emission ‎spectroscopy is advantageous as it ‎eliminates the strong overlap between atomic and molecular ‎transitions as well as the low ‎intensity UV-Visible emission spectroscopy limitations. In the next step, the PTFE surface chemical composition was analyzed via XPS to quantify the ‎concentrations of carbon, fluorine, and nitrogen after a plasma treatment in a N2-H2 gaseous ‎environment. The XPS analyses were also performed after chemical derivatization to quantify the ‎surface concentration of amino groups (%NH2) at different process conditions. The above-mentioned results were used to correlate process conditions and microwave N2-‎H2 ‎discharge‏ ‏parameters‏ ‏to the chemical composition of the modified ‎PTFE. The purpose was ‎to ‎determine the external plasma parameters and species present within the plasma ‎which ‎‎play a key ‎role in the introduction of amino groups to the polymer surface. ‎Furthermore, a mathematical model was developed using ‎the Partial Least Squares ‎Regression, ‎‎(PLSR) ‎using custom scripts written in MATLAB. A data set of ‎input variables including the process conditions ‎and plasma ‎parameters for each experiment ‎were generated along with the corresponding response ‎matrix which in turn contained the ‎surface ‎properties of the film.‎ ‎The resulting database was used to ‎build the relationship ‎between the plasma parameters, ‎process condition and the resulting film ‎surface chemistry. ‎This ultimately enabled to predict the PTFE surface chemistry from data originating ‎from the plasma, without having to proceed to post-plasma surface characterization.

Thèse ou mémoire avec insertion d'articles / Aujourd'hui, les fluoropolymères sont largement utilisés dans différentes industries, notamment l'industrie textile, du bâtiment et des instruments médicaux. Leur inertie chimique et leur faible coefficient de frottement font qu'ils sont adaptés à différentes applications. Cependant, leur faible énergie de surface conduit à une mauvaise adhérence lors de l'assemblage des dispositifs composites. Parmi les différentes techniques utilisées pour améliorer leur adhérence, les décharges à barrière diélectrique à la pression atmosphérique constituent une méthode rapide et peu coûteuse avec un impact environnemental réduit. Dans une décharge contenant des précurseurs polymérisables, les espèces très énergétiques présentes dans le gaz ionisé permettent la rupture de liaisons moléculaires en phase gazeuse et la croissance de films minces à la surface du polymère. De plus, la décharge à la pression atmosphérique a été largement utilisée ces dernières années pour modifier les surfaces des polymères dans différents secteurs. Cette technique a l'avantage de réduire le coût du processus car elle élimine le besoin de systèmes à vide et permet de gagner du temps car moins de préparation est nécessaire pour utiliser le réacteur par rapport aux conditions de plasma à basse pression. Par conséquent, ce processus est rapide et économique, ce qui le rend adapté aux applications industrielles. Bien que cette approche se soit avérée efficace, les différents processus chimiques et physiques qui se produisent dans la décharge ne sont pas encore entièrement compris. Premièrement, l'utilisation de la décharge à la pression atmosphérique implique souvent des filaments localisés à haute énergie. Ce phénomène conduit à une modification inhomogène de la surface et/ou pourraient induire des dommages à l'échantillon par transfert de chaleur localisé. Aussi, la modification par plasma à la pression atmosphérique induite sur le polymère ne dure généralement que quelques jours. L'ajout d'un précurseur organique contenant des groupements polaires à cette décharge permet le dépôt de certaines fonctionnalités chimiques hydrophiles. Cela peut augmenter l'adhérence et la durée de vie du revêtement du polymère modifié. Aussi, il est possible d'éviter la formation de filaments localisés avec un système de régulation de puissance pour atteindre la puissance requise sans échauffement de surface. Cela limite le courant lors de la montée en tension et ralentit les mécanismes de claquage rapide. Dans cette recherche, des surfaces de fluoropolymères ont été modifiées à l'aide d'une décharge à barrière diélectrique à pression atmosphérique dans un environnement d'azote et d'un précurseur organique. L'effet de la décharge sur un fluoropolymère a été étudié par une analyse de surface détaillée avant et après chaque traitement. La caractérisation de l'extrême surface a été réalisée par spectroscopie de photoélectrons X (XPS) à la fois en survol et en haute résolution C1s. De plus, la spectroscopie infrarouge en mode de réflectance totale atténuée (ATR-FTIR) a été utilisée pour évaluer les modifications observées sur les premiers micromètres de la surface des échantillons. Du point de vue de la décharge, la puissance appliquée a été contrôlée en utilisant un rapport cyclique (DC) pour augmenter la puissance à travers une onde pulsée. Cela a été fait pour contrôler la fonctionnalisation de la surface sans surchauffer la surface ni endommager le polymère. Les résultats montrent la formation d'une variété de nouvelles fonctionnalités hydrophiles. Dans ce contexte, plusieurs expériences ont été réalisées pour mieux comprendre le mécanisme de formation de ces liaisons à la surface du fluoropolymère. Tous les résultats ont été corrélés avec la modification de l'énergie de surface obtenue à partir de l'analyse de l'angle de contact statique mesuré à la fois avec de l'eau et du diiodométhane. Enfin, la profilométrie a été utilisée pour corréler les paramètres du plasma au taux de croissance des différents films minces produits. Ces découvertes prometteuses constituent une étape importante vers une meilleure compréhension des modifications chimiques induites sur les polymères fluorés par ce procédé sec. / Today, fluoropolymers are widely employed in different industries, including textiles, buildings, and medical instruments. Their chemical inertness and low friction coefficient make them suitable for different applications. However, their low surface energy leads to poor adhesion during the assembly of composite devices. Among the different techniques used to enhance their adhesion, atmospheric pressure discharges provide a fast and low-cost method with a reduced environmental impact. The highly energetic species present in the ionized gas allow the breaking of molecular bonds in the gas phase and the growth of thin films on the polymer surface. In addition, atmospheric pressure discharge has been widely used in recent years to modify the surfaces of polymers in different sectors. This technique has the advantage of reducing the cost of the process because it eliminates the need for vacuum systems and gains time as no extreme preparation is needed before using the reactor. Therefore, this process is fast and cost-effective, which makes it suitable for industries. Although this approach has proven to be efficient, the different chemical and physical processes happening in the discharge remain not fully understood. First, the plasma modification induced on the polymer usually lasts only a few days. Also, the use of atmospheric pressure discharge often involves highly energetic localized filaments. This phenomenon leads to an inhomogeneous modification of the surface and/or could induce damage to the sample due to localized heat transfer. Initially, adding an organic precursor to this discharge makes it possible to form a specific hydrophilic chemical function and deposit it on the surface. This can increase the adhesion and coating lifetime of the modified polymer. Also, it is possible to avoid the formation of localized filaments, with a system for power regulation to reach the required power without surface overheating. This limits the current during the voltage increase and slows down the rapid breakdown mechanisms. In this study, fluoropolymer surfaces were modified using an atmospheric pressure dielectric barrier discharge in a nitrogen and organic precursor environment. The effect of the discharge on a fluoropolymer was studied through a detailed surface analysis before and after each treatment. The characterization of the extreme surface was carried out by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) in both the survey and C1s high resolution modes. In addition, infrared spectroscopy in attenuated total reflectance mode (ATR-FTIR) was used to evaluate the modifications observed on the first few top micrometers of the samples. Concurrently, the applied power was regulated using a duty cycle (DC) to increase the power via a pulsed wave. This was done to optimize the surface's functionalization without overheating the surface or harming the bulk of the polymer. The results show the formation of a variety of new hydrophilic functionalities and several experiments were performed to build a better fundamental understanding of the mechanism of a thin film formation on the fluoropolymer surface. All results were correlated with the modification of the surface energy obtained from the static contact angle analysis measured using both water and diiodomethane. Finally, profilometry was used to correlate the plasma parameters to the growth rate of the different thin films produced. These promising findings are an important step toward gaining a better understanding of the chemical modifications induced on fluoropolymers by this dry process.

L'objectif de ce projet est d'étudier les effets de traitements plasma sur les caractéristiques de surface et les propriétés de dégradation in-vitro de l'acide poly (L-lactide) (PLA) pour des applications comme des stents cardiovasculaires biodégradables. Les films polymères sont traités par deux différents procédés plasma par décharge à barrière diélectrique. Les mélanges de gaz porteur et de gaz oxydants dans ces réacteurs sont argon + vapeur d'eau et azote + protoxyde d'azote. Les échantillons de PLA traités et non traités sont caractérisés par spectroscopie photoélectronique aux rayons X, microscopie à force atomique, énergie de surface et analyse d'angle de contact. De plus, le comportement au vieillissement des surfaces après chaque traitement est étudié. Des études de dégradation hydrolytique in-vitro sont menées par des mesures de perte de masse et de perte de poids moléculaire en fonction du temps d'incubation. Les résultats indiquent que la surface du PLA devient plus hydrophile pour tous les échantillons traités. Une hydrophilie accrue est associée à des modifications de la composition chimique des surfaces traitées. De plus, l'analyse de la morphologie de surface montre que le plasma argon + vapeur d'eau induit la formation de structures nodulaires à la surface. Toutes les surfaces traitées subissent une récupération hydrophobe dans une certaine mesure en raison du réarrangement des molécules polaires dans la masse. De plus, les études de dégradation in-vitro montrent que les traitements au plasma n'affectent pas les propriétés de dégradation hydrolytique du PLA. / The objective of this project is to study the effects of plasma treatment on the surface characteristics and the in-vitro degradation properties of polylactic acid (PLA) for different applications such as biodegradable cardiovascular stents. Polymer films are treated by two different dielectric barrier discharge plasma. The carrier and oxidative gas mixtures in these reactors are argon+water vapor and nitrogen+nitrous oxide. Both the treated and non-treated PLA samples are characterized by X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy, surface energy, and contact angle analysis. Additionally, the aging behavior of the surfaces after each treatment is investigated. In-vitro hydrolytic degradation studies are conducted by measurements of mass loss and molecular weight loss as a function of the incubation time. The results indicate that the PLA surface becomes more hydrophilic in all the treated samples. Increased hydrophilicity is associated with modifications to the chemical composition of the treated surfaces. Also, analysis of the surface morphology shows that the argon and water vapor plasma induces the formation of some nodule-like structures on the surface. All the treated surfaces undergo hydrophobic recovery to some extent due to the rearrangement of the polar groups into the bulk. Moreover, in-vitro degradation studies show that plasma treatments do not affect the PLA hydrolytic degradation properties.

Thèse en cotutelle : « Université Laval, Québec, Canada, Philosophiæ doctor (Ph. D.) et E Nat Sup Chim Paris, Paris, France » / Le contrôle des propriétés de surface des dispositifs médicaux implantés est essentiel pour leur succès clinique. Les procédés plasma à l'air libre sont de plus de plus populaires pour traiter efficacement ces surfaces. Ils offrent une alternative innovante, économique et écologique à certains procédés conventionnels de modification de surface tout en étant facilement automatisables à grande échelle. Dans cette thèse, deux procédés plasma à l'air libre ont été conçus, développés et validés pour contrôler les propriétés biologiques de surface de biomatériaux. Ils ont permis d'explorer les deux stratégies majoritaires utilisées pour produire des surfaces bioactives spécifiques : l'immobilisation covalente de molécules et la libération contrôlée d'agents bioactifs. Dans la première approche, des couches minces contenant des fonctions amines primaires (NH₂) qui servent à l'ancrage covalent de molécules ont été déposées avec une torche plasma à arc. Dans la seconde approche, des revêtements composites biodégradables libérant progressivement divers agents ont été déposées avec une décharge à barrière diélectrique en une seule étape. Dans les deux cas, l'impact des paramètres des procédés a été exploré et la nature des revêtements a été caractérisée et optimisée pour des applications biomédicales. Plusieurs phénomènes ouvrant de nouvelles perspectives pour l'innovation des procédés plasma à la pression atmosphérique ont été mis en évidence et explorés. Les plus importants concernent l'utilisation d'aérosols qui permet de préserver la structure chimique des précurseurs et des molécules dans le dépôt, habituellement plus dégradées dans les procédés plasma en phase vapeur. Cela a notamment permis le dépôt effectif de NH₂, d'anhydrides et d'esters, ainsi que de contrôler finement la nature des revêtements via la structure des précurseurs de polymérisation. Des perspectives sérieuses pour une meilleure compréhension mécanistique et une amélioration des procédés plasma ont été discutées, telles que l'exploitation de l'évaporation de solvants et des précurseurs, le contrôle de la température, l'impact de la cinétique de polymérisation sur la morphologie ou l'utilisation de systèmes de pulvérisation double. Les procédés à l'air libre développés ont montré une grande versatilité et flexibilité qui permettent d'adapter et de personnaliser les revêtements déposés. Ils ont principalement été explorés pour créer des surfaces antibactériennes mais ont le potentiel d'être utilisés pour d'autres applications biomédicales et en biotechnologie. / Controlling the surface properties of implanted biomedical devices is essential for their clinical success. Open-air plasma processes have gained popularity for effectively treating these surfaces. They offer an innovative, economical, and environmentally friendly alternative to certain conventional surface modification processes while being easily automated and scaled-up. In this thesis, two open-air plasma processes were designed, developed, and validated to tune the biological surface properties of biomaterials. These processes allowed to explore two major strategies for producing specific bioactive surfaces: covalent molecule grafting and controlled drug delivery. In the first approach, thin films containing primary amine (NH₂) groups for covalent molecules immobilization were deposited with an arc-plasma jet. In the second approach, composite biodegradable coatings capable of controlled release of various agents were deposited with a dielectric barrier discharge in a single step. In both processes, process parameters were explored, and the nature of the coatings was fully characterized and optimized for biomedical applications. Several phenomena opening new perspectives for the innovation of atmospheric pressure plasma processes were highlighted and investigated. The most important ones concern the use of aerosols, which allows the preservation of the chemical structure of the precursors and molecules in the coating, which are usually more degraded in vapor phase plasma processes. This has allowed the effective deposition of NH₂, anhydrides and esters as well as the fine control of the nature of the coatings via the structure of the polymerization precursors. Serious perspectives for a better mechanistic understanding and enhancement of plasma processes were discussed, including the benefit of solvent and precursor evaporation, temperature control, impact of polymerization kinetics on morphology and the use of dual spray systems. The developed open-air processes have shown great versatility and flexibility to adapt and customize the deposited coatings. They were mainly explored to create antibacterial surfaces but have the potential to be used for other biomedical and biotechnology applications.

Titre de l'écran-titre (visionné le 7 août 20223) / L'industrie automobile est un domaine manufacturier repoussant constamment les méthodes de fabrication des composants. Avec une production d'environ 91 millions de véhicules par an, le rythme de production et la qualité des pièces fabriquées sont critiques, et les procédés industriels utilisés pour faire ces pièces doivent progresser en conséquence. L'une des méthodes d'assemblage couramment utilisée est le collage de joints métalliques par adhésifs, qui nécessite une bonne préparation des surfaces pour assurer la durabilité du joint. D'autre part, la présence de lasers à fibre dans l'industrie est grandissante, que ce soit pour couper, souder, marquer ou nettoyer les composants. Cette technologie est plus durable, moins énergivore et plus verte que les procédés traditionnels. Ce projet de maîtrise, en partenariat avec la compagnie Laserax, vise à développer des solutions industrielles rapides, répétables et versatiles pour effectuer la préparation des surfaces d'aluminium avant collage à l'aide d'un laser haute puissance. D'abord, une revue de littérature est réalisée afin d'établir une base de connaissance sur le sujet en cause et de comprendre les avancés effectuées jusqu'à présent sur la préparation de surfaces au laser. Un laser à fibre pulsé et monomode transverse générant une puissance moyenne de 500W est ensuite utilisé afin de réaliser une texturation rapide et efficace des surfaces métalliques. Les joints collés sont soumis à des essais de résistance en force et à des cycles de vieillissement pour simuler les conditions réelles d'utilisation. De plus, la morphologie et la composition chimique des surfaces traitées sont analysées afin de démontrer la formation d'oxydes surfaciques qui favorisent l'adhésion. Au terme de ce projet, un ensemble de configurations de texturation laser ayant supporté avec succès un cycle de vieillissement rigoureux est présenté.

Enraciné dans l'histoire, le bois est aussi un matériau d'avenir. Sa résistance et ses propriétés mécaniques remarquables par rapport à sa densité en font un matériau très intéressant pour la construction. D'autre part son utilisation permet de réduire l'empreinte environnementale des bâtiments. Cependant, pour certaines applications d'apparence, sa dureté constitue un frein à son utilisation dans les projets de construction non résidentiels. La densification du bois par imprégnation de monomères et leur polymérisation in-situ permet d'améliorer sa dureté. Parmi les systèmes, les monomères acrylates polymérisés par faisceaux d'électrons présentent de nombreux avantages comme la polymérisation instantanée en profondeur et à température ambiante. L'utilisation du procédé est malheureusement limitée compte tenu des coûts élevés de matières premières. Dans le cadre de ce projet, on souhaite développer un nouveau matériau en bois densifié en surface par imprégnation de monomères acrylates et leur polymérisation in-situ par faisceaux d'électrons. Dans un premier temps une méthode d'analyse de la dureté du bois densifié en fonction de la composition du matériau est proposée et permet de comparer les performances de différents mélanges de monomères. Par la suite, un nouveau matériau densifié en surface par imprégnation unilatérale a été développé et a montré une amélioration significative de la dureté du bouleau jaune (Betula alleghaniensis, Britt.), de l'érable à sucre (Acer saccharum, Marsh.) et du chêne rouge (Quercus rubra, L.) grâce à un profil de densité asymétrique. La faisabilité du procédé pour la fabrication de couvre-planchers d'ingénierie préfinis densifiés en surface a été démontrée. Le procédé a permis d'améliorer non seulement la dureté, mais aussi l'adhérence du revêtement photopolymérisable. Finalement, l'effet des faisceaux d'électrons et de la dose sur le bois, le polymère in-situ et le bois densifié en surface a été étudié et a permis de déterminer la dose optimale pour augmenter la dureté sans endommager le bois. Le développement d'un tel procédé et la démonstration de ses performances dans le cadre de son utilisation en couvre-planchers d'ingénierie constitue la nouveauté de ce travail et une innovation majeure dans le domaine. / Invented billion years ago by nature, wood is still a revolutionary material. Its mechanical properties and remarkable resistance compared to its density make it a very interesting material as a building component and its use may reduce the environmental footprint of buildings. However, its hardness remains an obstacle to its use in non-residential construction projects for certain appearance applications. Processes such as densification through impregnation of monomers and their in-situ polymerization increases its density and hardness. Electron beam cured acrylates have many advantages as densification system, such as instantaneous curing deep inside the wood and at room temperature. However, the use of this process is limited given the high costs of raw materials due to impregnation. The aim of this project is to develop a new wood material densified by impregnation of acrylate monomers and their in-situ polymerization through electron beam irradiation. First, a statistical approach to analyze hardness of densified wood as a function of the material's composition is proposed and allows to compare the performance of different mixtures of monomers. Subsequently, a new surface densified material prepared by unilateral impregnation was developed and showed significant hardness improvements for yellow birch (Betula alleghaniensis, Britt.), sugar maple (Acer saccharum, Marsh.) and red oak (Quercus rubra, L.). The feasibility and efficiency of the process to improve hardness of prefinished engineered wood flooring has been demonstrated and also showed increased adhesion strength of UV-cured coating. Finally, the effect of electron beam on wood, in-situ polymer and surface densified wood allowed to establish the optimal dose to increase the hardness without damaging the wood. The development of such a process and the demonstration of its performances in the context of its use for engineered wood flooring constitutes the novelty of this work and is a major innovation in the field.

L’utilisation des plasmas dans le domaine du traitement de surface est de plus en plus répandue, en particulier pour améliorer l’adhérence d’un système revêtement-substrat. Après s’être retrouvés chez les polymères synthétiques, les traitements assistés par plasma ont fait progressivement leur apparition dans le domaine du bois afin de répondre aux besoins de l’industrie forestière qui utilise les revêtements et les adhésifs. Bien que plusieurs travaux de recherche ont pu démontrer le potentiel des plasmas pour ces industries, la physique et la chimie gouvernant l’interaction plasma-bois ainsi que son rôle sur les propriétés d’adhérence demeure embryonnaire. Ce projet de maîtrise démontre que les traitements plasmas DBD à la pression atmosphérique modifient la surface du bois selon divers mécanismes tels que le mouvement d’extractibles en surface, la fonctionnalisation chimique ainsi le greffage de radicaux libre.

Les modifications de surface de polymères par plasmas froids sont beaucoup utilisées dans le domaine biomédical pour adapter les propriétés de surface des matériaux et ainsi améliorer leurs performances de biocompatibilité. Le plasma froid est un milieu gazeux contenant des espèces excitées pouvant réagir avec la surface des matériaux et cela, à une température près de celle de la pièce. Cette technologie fonctionne très bien mais requiert généralement une basse pression et par le fait même des systèmes à vide ce qui rend le procédé coûteux et peu envisageable comme procédé industriel. Récemment, des décharges filamentaires par barrière diélectrique (FDBD) et des décharges luminescentes contrôlées par barrière diélectrique (DLBD) fonctionnant à pression atmosphérique sont apparues comme des alternatives intéressantes aux systèmes plasma basse pression pour les modifications de surface de polymères. Cette idée vise à éliminer la nécessité d'un système à vide et ainsi développer une technique aussi performante mais peu coûteuse pour s'approcher de plus en plus d'un procédé industriel. Au cours de ce projet, un réacteur plasma à pression atmosphérique a été conçu et réalisé. Le réacteur a été réalisé de manière à optimiser et contrôler les paramètres expérimentaux (puissance, fréquence, choix et flux des gaz) et permettre le traitement de surface de polymères. Pour comparer avec la technologie basse pression existante, des modifications de surface sur le poly(tétrafluoroethylène) (PTFE) ont été effectués dans différentes atmosphères (NH3, mélanges N2 + H2 et N2 + NH3) avec soit une décharge plasma radiofréquence basse pression (RFGD), une FDBD et une DLBD. Les modifications de surfaces créées ont été étudiées et comparées à l’aide de différentes techniques d’analyse de surface. La fonctionnalisation de surface obtenue avec le réacteur plasma à pression atmosphérique semble être une méthode efficace, peu coûteuse pour la création de modification de surface uniforme de groupements amines qui peuvent subséquemment être utilisés pour greffer diverses fonctionnalités chimiques pouvant être utilisées pour améliorer la biocompatibilité des matériaux. / Cold plasma polymer surface modification is widely used in the biomedical field to tailor the surface properties of materials to improve their biocompatibility. Cold plasma is a gaseous environment near ambient temperature containing excited species that can react with the surface of materials. This technology is well known and efficient but usually requires low pressure plasma systems which render the process costly and less interesting for industrial scale-up. But recently, filamentary dielectric barrier discharge (FDBD) and atmospheric pressure glow discharge (APGD) working at atmospheric pressure have appeared as interesting alternatives for polymer surface modification. This idea aims to eliminate the need of vacuum system thus developing a technique as efficient but at a low cost to come closer to an industrial process. During this master, an atmospheric pressure plasma reactor has been designed and realized. The reactor was built in a way to be able to optimize and control the experimental conditions (power, frequency, gases choices and flow) and allow the surface treatment of various polymers. To compare with the existing low pressure plasma technology, surface modifications of poly(tetrafluoroethylene) (PTFE) has been performed in different atmospheres (NH3, N2 + H2, and N2 + NH3 mixtures) with a low pressure radio-frequency glow discharge (RFGD), an FDBD and an APGD. The modified surfaces has been studied and compared with various surface analysis techniques. Surface functionalization obtained with the atmospheric pressure plasma reactor seems to be an effective, low cost method for the production of uniform surface modification with amino-groups that can subsequently be used to graft various chemical functionalities used for biomaterial compatibility.

La mouillabilité mixte ou partielle dans les milieux poreux influe considérablement sur le comportement des écoulements diphasiques. Dans le monde, la plupart des réserves pétrolières se situent dans des réservoirs possédant une mouillabilité hétérogène. Des études détaillées de l'influence de la mouillabilité partielle sur le comportement des écoulements dans les milieux poreux de type modèle micro fluidique sont par conséquent d'un intérêt majeur, tant pour la recherche fondamentale que pour les études appliquées. Nous avons développé une nouvelle technique permettant pour la première fois la modification et la structuration de la mouillabilité de surface dans les systèmes micro fluidique de type complexe, système d'une grande homogénéité et de haute qualité fabriqué en poly(dimethylsiloxane) (PDMS). Ces progrès obtenus dans le traitement des surfaces, nous ont permis d'étudier l'influence de la mouillabilité partielle sur le comportement des écoulements diphasiques et d'observer de nouveaux régimes d'écoulements. L'observation des régimes d'écoulement particuliers en fonction de la mouillabilité dans des carottes de roche nous a permis de développer une nouvelle technique de détection basée sur une visualisation optique de celle-ci. Ce concept de mesure d'écoulements par visualisation optique à l'échelle du pore fut étendu et un nouvel outil d'imagerie microscopique a été développé.

Le traitement des eaux constitue actuellement la part essentielle des investissements industriels pour la protection de l'environnement. En France, les moyens consacrés à la dépollution des eaux sont de l'ordre de 20 milliards de Francs dont la plus grosse part est consacrée à l'activité industrielle. Les actions engagées se font par une gestion globale des effluents en privilégiant les actions de réduction à la source notamment par la mise en place de technologies propres (optimisation, changement et modification du procédé de production). Nous avons concentré notre étude sur la mise en place des technologies propres dans les ateliers de traitement de surface (consommateur et générateur d'eau et de produits chimiques). Pour cela, nous avons mis au point deux méthodes de gestion de l'information qui ont abouti au développement de deux systèmes informatiques d'aide à la décision. • La première a pour objectif de minimiser la consommation et les rejets en eau tout en optimisant le procédé de production en assurant une efficacité et un rendement optima des rinçages. • La deuxième concerne le choix des procédés de valorisation suivant les objectifs de valorisation, les caractéristiques de l'effluent et les paramètres limitant l'utilisation des procédés. Notre approche entre dans une démarche globale de gestion des effluents du traitement de surface. Elle a pour but de limiter la quantité des effluents générés, de valoriser les flux et d'une manière générale de mettre en place les technologies propres dans un contexte de développement durable.