Cette étude porte sur le renforcement du polystyrène qui a un comportement fragile à température ambiante. Le mélange avec un copolymère styrène/butadiène à gradient de composition permet d'obtenir un matériau nanostructuré plus tenace, qui conserve sa transparence. Ces copolymères de type polystyrène-b-(polybutadiène-grad-polystyrène)-b-polystyrène (noté S1-(B/S)grad-S2) sont synthétisés en deux étapes par voie anionique. L'asymétrie entre les blocs S1 et S2 et le gradient de composition ont une influence déterminante sur la structuration et les propriétés, en pur ou en mélange. Des synthèses modèles avec mesures de conversion ont permis de déterminer les rapports de réactivité de la synthèse et d'évaluer l'asymétrie et la forme du gradient composition. L'asymétrie est responsable d'un décalage du diagramme de phase vers des compositions plus riches en styrène. Par une modélisation des propriétés mécaniques aux faibles déformations, il est montré que le bloc gradient a pour effet d'élargir l'interphase et augmenter le volume de phase molle. Sous cisaillement, le mélange avec différents polystyrènes de haute masse donne des matériaux nanostructurés transparents malgré l'immiscibilité vérifiée de ces systèmes. La viscosité élevée de la matrice permet de disperser finement le copolymère. Le système est piégé dans un état hors équilibre lors du refroidissement. En traction, les mélanges présentent une augmentation nette de l'élongation à la rupture pour une fraction critique de copolymère qui dépend de l'architecture de ce dernier. Une courbe universelle est obtenue lorsque les propriétés mécaniques sont présentées

Thèse numérisée par la Division de la gestion de documents et des archives de l'Université de Montréal.

Dans de nombreux domaines, tels que l’aéronautique et l’aérospatial, les matériaux composites sont utilisés par soucis d’allègement des structures. Pour cette même raison, les assemblages mettant en jeu ces matériaux sont préférentiellement réalisés par collage. Ce mode d’assemblage présente aussi l’avantage d’éviter tout risque d’endommagement engendré par des ruptures de fibres. Néanmoins, chacune des opérations de mise en œuvre du collage doit être maîtrisée, en particulier lorsque des élastomères réticulés, réputés peu aptes au collage, sont impliqués. Ainsi, un primaire est généralement utilisé pour assurer l’adhésion entre l’élastomère et le matériau composite. Dans ce travail de thèse, il s’agit de supprimer l'étape d’enduction du primaire à la surface de l’élastomère réticulé avant bobinage des fibres imprégnées de résine. Cette suppression vise à réduire les risques Hygiène Sécurité Environnement (primaire classé Cancérigène, Mutagène et Reprotoxique) et permet de simplifier les cycles de fabrication. Pour assurer l’adhésion entre l’élastomère réticulé à base d’EPDM et le matériau composite à matrice époxyde sans élément intermédiaire, il est essentiel de comprendre les mécanismes de formation de l’assemblage : création de liaisons physiques, influence de la rugosité de surface, diffusion de monomères et réactions chimiques. Cette compréhension permet par la suite de modifier la formulation des matériaux, dans notre cas remplacer le copolymère présent dans l’élastomère, afin d’améliorer l’adhésion et de s’affranchir de tout traitement de surface. / In many fields, in particular in aeronautic and aerospace, assemblies by bonding instead of bolting are used in order to lighten structures involving composite materials. Furthermore chemical bonding minimizes the risk of damage by fibers breaking. In this context, our research work concerns the assembly between a cured elastomer, known to be difficult to be bonded, and a composite material without using adhesives which are classified as carcinogenic, mutagenic and toxic agent. In order to have a good adhesion between cured EPDM elastomer and composite material with epoxy resin without adhesive, it is crucial to understand mechanisms of self assembly of these materials: role of physical bonds, influence of roughness, monomers diffusion and chemical reactions. This good understanding allows us editing material formulations, in our case copolymer in elastomer, to improve adhesion and remove surface treatment.

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Les « siRNA » sont des molécules double brin d’acide ribonucléique capables d’inhiber l’expression d’un gène spécifique, présentant ainsi un fort potentiel thérapeutique pour les maladies génétiques, les cancers et les infections virales. Cependant, son utilisation in vivo est restreinte par sa sensibilité à la dégradation enzymatique. Le projet de thèse consiste à créer un système de vectorisation des siRNA pour des applications in vivo. Nous avons synthétisé des copolymères à blocs amphiphiles biocompatibles et biodégradables capable de s’auto-assembler en diverses structures et d’encapsuler les siRNA. Les propriétés physico-chimiques des assemblages formées et l’évaluation cellulaire préliminaire est réalisée / Amphiphilic block copolymers are molecules composed of hydrophilic and hydrophobic segments having the capacity to spontaneously self-assemble into a variety of supramolecular structures like micelles and vesicles. Here, we propose an original way to self-assemble amphiphilic block copolymers into a supported bilayer membrane for defined coating of nanoparticles. The heart of the method rests on a change of the amphiphilicity of the copolymer that can be turned off and on by varying the polarity of the solvent. In this condition, the assembly process can take advantage of specific molecular interactions in both organic solvent and water. The higher gene silencing activity of the copolymer-modified complexes over the complexes alone shows the potential of this new type of nanoconstructs for biological applications, especially for the delivery of therapeutic biomolecules.

L'obtention de copolymères à blocs occupe maintenant une place considérable dans la chimie macromoléculaire depuis l'avènement de nouvelles techniques de polymérisations contrôlées (polymérisation anionique coordinée, polymérisation cationique. polymérisation radicalaire contrôlée, ...) en plus de la polymérisation anionique Ces polymérisations contrôlées sont le seul moyen d'obtenir des polymères bien définis et plus particulièrement des copolymères à blocs en étoile. Pour ces copolymères à blocs, le couplage de deux polymères offre l'avantage de combiner leurs propriétés souvent divergentes (des blocs hydrophiles et des blocs hydrophobes, des blocs ioniques et des blocs non ioniques, des blocs rigides et des blocs mous, des blocs amorphes et des blocs cristallins) dans une seule structure. Un intérêt croissant s'est récemment développé pour les copolymères à blocs comportant des polymères biocompatibles et des polymères fonctionnalisés. L'auto-assemblage de copolymères à blocs dans des solvants sélectifs ainsi que la micellisation des copolymères à blocs et leur efficacité en tant que stabilisants d'émulsions sont particulièrement étudiés dans la littérature. Les PDMS sont des matériaux extrêmement intéressants, car ils possèdent de nombreuses propriétés physico-chimiques comparés aux autres polymères: températures de transition vitreuse faibles (env. -120°C) très grande flexibilité de la chaîne, bonne résistance à l'oxydation, résistance thermique et aux UV hydrophobicité, biocompatibilité, haute perméabilité aux gaz et faible énergie de surface. En dépit de leurs nombreuses propriétés particulières, les homopolymères PDMS sont mécaniquement trop faibles pour être utilisés dans différentes applications pratiques. En raison de leurs grands volumes de leur faible énergie de surface et de leur haute flexibilité de chaîne, les PDMS tendent à être rejetés de la matrice quand ils sont mélangés avec d'autres polymères. Un moyen efficace d'augmenter la compatibilité de ces mélanges est de former des copolymères siloxane-polymère organique. La poly(e-caprolactone) (PCL), un polyester aliphatique linéaire, est un polymère biocompatible et biodégradable et il est bien connu pour être miscible avec une grande variété de polymères. Les copolymères à blocs basés sur le PDMS et la PCL combinent les excellentes propriétés du PDMS avec l'effet de compatibilisation de la PCL. Cela en fait d'excellents candidats comme additifs pour la modification de surface, l'encapsulation de médicaments et dans des applications en tant que biomatériaux. La première partie de ce travail de thèse porte sur la synthèse de différents copolymères diblocs (PCL-b-PDMS), triblocs (PCL-b-PDMS-b-PCL) et en étoile (PCL)2-PDMS de masses molaires variables, par polymérisation anionique coordinée de l'e-caprolactone à partir d'un macroamorceur PDMS mono- ou dihydroxylé. Les copolymères à blocs synthétisés ont été caractérisés pour montrer l'influence de leur structure (linéaire ou étoile) sur leurs propriétés thermiques (température de transition vitreuse, température et enthalpie de fusion) et leur morphologie (taux de cristallinité).Le poly(chlorure de vinyle) non plastifié (PVC) est un polymère amorphe, linéaire, thermoplastique, avec un grand intérêt commercial. Quand il est plastifié, le PVC présente des propriétés intéressantes permettant des applications dans le domaine biomédical (tubes de sang pour l'hémodialyse, tubes endotrachéales, cathéters, lentilles de contact, gants, ainsi que l'emballage pour l'entreposage des médicaments). Parmi les plastifiants polymères qui peuvent être utilisés pour le PVC, les polyesters aliphatiques sont d'un grand intérêt, en particulier la poly(e-caprolaclone). Pour conférer une hémocompatibilité il peut être ajouté à ces mélanges des polysiloxanes, en particulier des poly(dimethylsiloxanes).

Nous avons étudié l'utilisation du phénomène de ségrégation de surface afin de fonctionnaliser des matériaux polystyrène (PS). L'incorporation d'un additif copolymère à blocs est réalisée dans une matrice d'homopolymère de polystyrène sous forme de film ou de particule. Quand les mélanges sont recuits dans un environnement humide le copolymère amphiphile migre à la surface pour réduire la tension de surface du matériau. Nous avons synthétisé au laboratoire trois copolymères à blocs de nature chimique différente: le PS-b-PAA (polyacide acrylique), le PS-b-PGA (polyacide glutamique) et le PS-b-PDMA (polyméthacrylate de diméthylaminoéthyle). Ces copolymères nous permettrons d’accéder à des comportements superficiels variés. Les films sont réalisés par spin-coating et les particules par polymérisation par précipitation. Ces matériaux sont ensuite caractérisés par mesure de l'angle de contact, par XPS, AFM, etc…, afin de déterminer leur fonctionnalité et leur structuration en surface. / We describe the use of surface segregation to functionalize the surface of polymeric materials. The incorporation of an additive (amphiphilic block copolymer) in a homopolymer host initially leads to its homogeneous distribution within the matrix. When annealed, directed by the decrease of the surface free energy, the surface is enriched on the additive. In our laboratory, polystyrene thin films and particles were functionalized by following this approach. We employed amphiphilic block copolymers composed of one PS block to compatibilize with the homopolymer matrix, and a second block which will bring the desired function at the surface. Thus, PS-b-poly(acrylic acid), PS-b-poly(L-glutamic acid) or PS-b-poly(L-Lysine) afford pH sensitivity and PS-b-poly(dimethylaminoethyl methacrylate) gives pH and thermo sensitivity. Contact angle measurements, X-ray photoelectron spectroscopy, atomic force microscopy, zeta potential measurement or scanning electron microscopy were carried out to characterize the materials and their responsive behavior.

Dans le domaine des polymères, l'auto-organisation de la matière a été largement étudiée dans les dernières années et beaucoup de progrès dans le domaine des films ordonnés, générés par l'auto-assemblage de copolymères à blocs, ont été réalisés. Ce progrès est motivé par le fait que les films auto-assemblés possèdent des applications en biologie, photonique, adhésion. Le sujet initial de thèse est la fabrication des films structurés en nid d’abeilles formés par un bloc de copolymère contenant une partie hydrophobe ( à peu près 90%) et une partie hydrophile (10%) qui peuvent s’auto-organiser en nid d’abeilles. Les films de polymères préparés seront ultérieurement à la base d’une étude de complexation avec des métaux. Ceci sert à décontaminer les eaux usées des métaux ou pesticides. Durant ces années de thèse, une méthodologie d’analyse de surface est détaillée pour comprendre la topographie de ces films ainsi que la chimie de surface de ces derniers. Pour cette raison, divers techniques d’analyses sont utilisées pour décrire vigoureusement la surface de ces films afin d’optimiser ces films pour complexer les contaminants à origine industrielle.Une des techniques d’analyse de surface, i.e. TOF-SIMS (Time Of Flight-Secondary Ion Mass Spectroscopy), a prouvé être un outil efficace pour caractériser chimiquement la composition élémentaire et moléculaire de l’extrême surface et en profondeur. Cette technique était la technique de base de ces études. Elle la permis de décrire les empreintes spectrales ainsi que la distribution en surface et en profondeur de chaque polymère dans les films élaborés en nid d’abeilles. / Since its introduction in 1994, the preparation of ordered porous polymer films by the breath figure “BF” method has received a considerable interest. Self-organized porous polymer films, with pores ordered into a hexagonal pattern, can be elaborated by a fast solvent evaporation method under a humid atmosphere, also called “Breath Figure” approach. The honeycomb films have found a panel of perspective applications ranging from materials with optical properties, biomaterial sensors, and scaffold for tissue engineering or highly hydrophobic surfaces. The main objective of this PhD thesis project is the fabrication of sensitive hierarchically self-organized bio inspired films based on organic compound trapping block copolymers. It is worth noting that one of the advantages of using block copolymer structure is that the first block confers the hydrophobic character, required for the elaboration and stability of HC structure, and the second block could provide an additional functionality such as hydrophilicity, stimuli-responsive character or trapping of targeted molecules (especially metals).During this thesis, a methodology of surface analysis is performed in order to understand the topography of these films as well as its surface chemistry. For this reason, various analytical techniques are used to describe the surface of these films vigorously in order to optimize these films to complex industrial contaminants.One of the techniques of surface analysis, i.e. TOF-SIMS (Time of Flight-Secondary Ion Mass Spectroscopy), has proved to be an effective tool for chemical characterization of the surface and in depth. This technique was the basic technique of our studies. It allowed the description of spectral finger prints as well as the distribution on the surface and in depth of each polymer in the structured films.

L'obtention de copolymères à blocs occupe maintenant une place considérable dans la chimie macromoléculaire depuis l'avènement de nouvelles techniques de polymérisations contrôlées (polymérisation anionique coordinée, polymérisation cationique. polymérisation radicalaire contrôlée, ...) en plus de la polymérisation anionique Ces polymérisations contrôlées sont le seul moyen d'obtenir des polymères bien définis et plus particulièrement des copolymères à blocs en étoile. Pour ces copolymères à blocs, le couplage de deux polymères offre l'avantage de combiner leurs propriétés souvent divergentes (des blocs hydrophiles et des blocs hydrophobes, des blocs ioniques et des blocs non ioniques, des blocs rigides et des blocs mous, des blocs amorphes et des blocs cristallins) dans une seule structure. Un intérêt croissant s'est récemment développé pour les copolymères à blocs comportant des polymères biocompatibles et des polymères fonctionnalisés. L'auto-assemblage de copolymères à blocs dans des solvants sélectifs ainsi que la micellisation des copolymères à blocs et leur efficacité en tant que stabilisants d'émulsions sont particulièrement étudiés dans la littérature. Les PDMS sont des matériaux extrêmement intéressants, car ils possèdent de nombreuses propriétés physico-chimiques comparés aux autres polymères: températures de transition vitreuse faibles (env. -120°C) très grande flexibilité de la chaîne, bonne résistance à l'oxydation, résistance thermique et aux UV hydrophobicité, biocompatibilité, haute perméabilité aux gaz et faible énergie de surface. En dépit de leurs nombreuses propriétés particulières, les homopolymères PDMS sont mécaniquement trop faibles pour être utilisés dans différentes applications pratiques. En raison de leurs grands volumes de leur faible énergie de surface et de leur haute flexibilité de chaîne, les PDMS tendent à être rejetés de la matrice quand ils sont mélangés avec d'autres polymères. Un moyen efficace d'augmenter la compatibilité de ces mélanges est de former des copolymères siloxane-polymère organique. La poly(e-caprolactone) (PCL), un polyester aliphatique linéaire, est un polymère biocompatible et biodégradable et il est bien connu pour être miscible avec une grande variété de polymères. Les copolymères à blocs basés sur le PDMS et la PCL combinent les excellentes propriétés du PDMS avec l'effet de compatibilisation de la PCL. Cela en fait d'excellents candidats comme additifs pour la modification de surface, l'encapsulation de médicaments et dans des applications en tant que biomatériaux. La première partie de ce travail de thèse porte sur la synthèse de différents copolymères diblocs (PCL-b-PDMS), triblocs (PCL-b-PDMS-b-PCL) et en étoile (PCL)2-PDMS de masses molaires variables, par polymérisation anionique coordinée de l'e-caprolactone à partir d'un macroamorceur PDMS mono- ou dihydroxylé. Les copolymères à blocs synthétisés ont été caractérisés pour montrer l'influence de leur structure (linéaire ou étoile) sur leurs propriétés thermiques (température de transition vitreuse, température et enthalpie de fusion) et leur morphologie (taux de cristallinité).Le poly(chlorure de vinyle) non plastifié (PVC) est un polymère amorphe, linéaire, thermoplastique, avec un grand intérêt commercial. Quand il est plastifié, le PVC présente des propriétés intéressantes permettant des applications dans le domaine biomédical (tubes de sang pour l'hémodialyse, tubes endotrachéales, cathéters, lentilles de contact, gants, ainsi que l'emballage pour l'entreposage des médicaments). Parmi les plastifiants polymères qui peuvent être utilisés pour le PVC, les polyesters aliphatiques sont d'un grand intérêt, en particulier la poly(e-caprolaclone). Pour conférer une hémocompatibilité il peut être ajouté à ces mélanges des polysiloxanes, en particulier des poly(dimethylsiloxanes). / Synthesis and characterizationof block copolymers and star block copolymers from new heteromultifuntional initiators Synthesis of block copoymers occupies an important place in macromolecular chemistrv since the advent of new techniques for controlled polymerizations (coordinated anionic polymerization, cationic polymerizatio, controlled radical polvmerization,...) in addition to anionic polymerization.

Les copolymères à blocs amphiphiles sont des macromolécules composées d'au moins un bloc hydrophile lié chimiquement à un ou plusieurs blocs hydrophobes. En milieu aqueux, ils s'auto-associent pour former des micelles dont les cœurs constitués des blocs hydrophobes sont protégés de l'eau par une couronne constituée des blocs hydrophiles hydratés. La majorité des copolymères à blocs amphiphiles génèrent dans l'eau des micelles " gelées " ne présentant aucun échange de chaînes entre elles. Ceci vient du fait que l'énergie nécessaire pour extraire un bloc hydrophobe du cœur des objets est beaucoup trop importante. Par conséquent, les caractéristiques des micelles sont plus contrôlées cinétiquement que thermodynamiquement. Pour diminuer cette énergie nous avons incorporé des unités hydrophile acide acrylique (AA) dans le bloc hydrophobe de poly(acrylate de n-butyle) (PnBA). L'incorporation de 50% molaire d'unités AA dans le bloc hydrophobe conduit à la formation d'agrégats pH-sensibles dans le cas du dibloc PAA-b-P(AA0.5-stat-nBA0.5) comme montré dans une étude antérieure. Cette thèse a consisté en une analyse quantitative de la dynamique d'auto-association de copolymères dibloc et tribloc amphiphiles à base d'acrylate de n-butyle et d'acide acrylique dont les blocs hydrophobes contiennent 50% d'unités hydrophiles réparties de manière statistique. Les copolymères à blocs ont été synthétisés par polymérisation radicalaire contrôlée par ATRP. L'influence de la concentration, du pH, de la température et de la force ionique sur la structure et les propriétés mécaniques des systèmes auto-assemblés a été systématiquement étudiée. Par diffusion statique de la lumière nous avons montré la présence d'une concentration d'agrégation critique (CAC) au-dessus de laquelle, des micelles de type étoile (dibloc) ou fleur (tribloc) sont formées par auto-association des blocs hydrophobes. A plus fortes concentrations, des interactions répulsives de type volume exclu apparaissent entre les micelles étoiles. Pour les micelles fleurs, à l'inverse des interactions attractives conduisent au pontage des fleurs jusqu'à l'obtention de réseaux tri-dimensionnels au-dessus de la concentration de percolation. Une attraction trop importante entre les fleurs peut même conduire à une séparation de phase à forte force ionique et bas pH. En diffusion dynamique de la lumière, nous avons montré que la formation des réseaux s'accompagnait de l'apparition d'un mode lent dont l'origine a été expliquée par un mouvement balistique d'hétérogénéités relaxées dans les systèmes. La vitesse de relaxation de ces hétérogénéités s'avèrent être dépendantes des propriétés mécaniques des hydrogels. La formation des réseaux et la dynamique d'échange des chaînes ont été étudiées par rhéologie. La viscosité augmente régulièrement avec la concentration jusqu'à la concentration de percolation où une augmentation brusque de la viscosité se produit et un temps de relaxation apparaît. Le temps de vie des ponts a été finement contrôlé et modulé sur plusieurs décades par modification du pH, de la température et de la force ionique. La formation in-situ des hydrogels nous a permis de mettre en évidence un phénomène de vieillissement des réseaux après leur formation avant d'atteindre un état stationnaire. Ce phénomène s'est traduit par une augmentation du temps de relaxation au cours du temps avant d'atteindre une valeur plateau. Ceci nous a également permis de comprendre pourquoi il était possible de générer des réseaux homogènes, par vieillissement, possédant une dynamique extrêmement lente voir nulle.