Les objectifs de cette thèse portent sur l’élaboration de nouveaux matériaux réticulés réversibles et sur la compréhension de leurs propriétés mécaniques. Pour atteindre ces objectifs, nous avons exploité deux stratégies : la réaction de Diels-Alder (DA) à partir de copolymères parfaitement définis dotés de motifs furanes et la remarquable réactivité des azlactones vis-à-vis des amines. Les copolymères ont été synthétisés par polymérisation radicalaire contrôlée afin d’obtenir des copolymères parfaitement définis fonctionnalisés en chaine latérale. Différents copolymères réticulés ont été préparés via la réaction de DA et caractérisés en termes de température de transition vitreuse et de taux de gonflement. L’étude de leurs propriétés thermiques et viscoélastiques a mis en évidence une influence de la réticulation. Dans un second temps, les propriétés telles que leur réversibilité et leur comportement mécanique ont été étudiées. Nous avons défini l’existence d’une relation entre les mécanismes de plasticité et l’évolution structurale induite. Concernant les copolymères à base d’azlactones, nous avons montré que la nouvelle plateforme polymère était facilement modifiable par une grande variété d’amines primaires permettant d’élaborer de nouveaux matériaux avec des propriétés intéressantes (fluorescent, électroactif…). Les polymères fonctionnalisés ainsi obtenus ont été caractérisés par diverses techniques d’analyses qui ont permis de traduire le caractère quantitatif de la réaction. Enfin, des matériaux réticulés ont également été élaborés par la réaction des motifs azlactones avec un composé diamine. / The main objectives of this work were the elaborate new reversible crosslinked materials and to get a better understanding of their physical and mechanical properties. Two strategies have been investigated to prepare such materials. The first one consisted in applying to well-defined furan functionalized side-chain copolymers the Diels-Alder (DA) / retroDiels-Alder reactions. The second approach was based on the high reactivity of azlactone units embedding in well-defined copolymer chains toward primary amines. The controlled radical polymerization has been exploited in order to provide an effective way for the control synthesis of the well-defined side-chain functionalized copolymers. Then, various crosslinked materials have been prepared using the DA reaction and characterized to determine their glass transition temperature and their swelling ratio. The study of their thermal and viscoelastic properties highlighted the deep impact of the crosslinking. Then, their reversible and mechanical behaviors were investigated and we observed a correlation between the plastic deformation mechanisms and the induced structural evolution. Concerning the azlactone based copolymer, we have shown that this new polymeric platform could be efficiently modified by various primary amines, affording new materials with interesting properties (fluorescence, electroactive,…). The ring-opening reactions of azlactone functionalized copolymers were fully characterized proving the quantitative character of this reaction. Endly, crosslinked materials have been also elaborated by treating the azlactone copolymer with a diamino component.

Le processus d'étalement et d'évaporation d'une goutte de suspensions de particules sur une surface solide est très intéressant permettant la formation de motifs. Une étude expérimentale à été effectuée avec du sang total humain et avec des fluides purs dans une chambre sous atmosphère contrôlée en humidité relative. Pour des angles de contact faible, le processus d'étalement/évaporation peut être divisé en deux régimes. Un premier régime rapide gouverné par un équilibre entre les forces visqueuses et les forces capillaires et un deuxième régime plus lent dominé par la cinétique d'évaporation. Nous montrons que les bio-colloïdes jouent un rôle significatif sur la dynamique de la ligne de contact. La vitesse moyenne de la ligne de contact suit la même dynamique d'étalement que le modèle de Tanner, où le temps d'étalement et les paramètres géométriques de la goutte sont fonctions de l'humidité. Dans cette étude, nous montrons que l'humidité relative influence les paramètres géométriques de la goutte et par conséquent le motif a la fin du processus d'évaporation. Un modèle purement diffusif pur a été obtenu dont le diamètre de mouillage et l'angle de contact sont fonction de l'humidité. Pour l'analyse morphologique des motifs de craquelures, une méthode de segmentation manuelle a été utilisée comme une méthode de référence pour la validation de la méthode de segmentation automatique développée dans "iBlood". Par cette méthode, nous montrons que la cinétique d'évaporation influence la distribution structurelle et morphologique des cellules de forme trapézoïdale, et par conséquent, l'espacement des fractures moyenne finale. / Spreading/evaporation process of droplets over solid surfaces is a fundamental process and a wide research field because of number of applications in printing, micro-electronics, DNA analysis and even in biomedical. This experimental work aims to investigate the effect of relative humidity on the contact line dynamics, on the evaporation dynamics and on the final pattern of a drop of whole human blood. The spreading of a pure fluid model that has the same physical properties as human blood was studied and compared to the blood. We showed that bio-colloids play significant effect on the dynamics of contact line and the pinning effect of the drop. For low contact angles, we showed that the spreading/evaporation process could be divided into two regimes. A fast first regime determined by a balance between viscous forces and capillary forces and a second slower regime dominated by the evaporation rate. Physical mechanisms that are responsible for the spreading enhancement are proposed and discussed. The average velocity of the contact line was found to follow the same behaviour as Tanner's model, where the spreading dynamics and geometrical parameters of the droplet are function of relative humidity. The experimental measurements are in a good agreement with the purely diffusive model where the equilibrium wetting radius and contact angle are function of relative humidity. For the morphological analysis of crack patterns, a manual segmentation method was used as a reference for the validation of the automatic developed segmentation method. We showed that the evaporation rate influences structural distribution of plaques in the corona region and hence, the mean crack spacing.

La maîtrise de la fabrication de films de suspension colloïdale par évaporation constitueencore à ce jour, un véritable verrou scientifique pour l’élaboration des matériaux. Le séchage desuspensions colloïdales entraine souvent des défauts de surface et de volume dans le film. Lorsque lesparticules sont molles, les films sont continus mais présentent des défauts de plissement de surface.Lorsque les particules sont dures (latex vitreux, silice..), le film se fissure et se délamine. Ces défautssont souvent liés aux contraintes résiduelles dans le gel à la fin du séchage qui sont dues à la pressioncapillaire causée par la déformation des ménisques d’eau à la surface des films. Par contre on neconnait pas encore l’échelle de taille où agit la contrainte ni la relation entre la contrainte et la périodedes craquelures.Dans ce travail de thèse, nous étudions la morphologie des craquelures dans des films dedivers mélanges de suspensions colloïdales, élaborés par séchage. Ces mélanges sont composés departicules dures (polystyrène et PBMA réticulés) et molles (PBA et PBMA). La structurenanométrique de ces mélanges est caractérisée par diffusion de neutron et par turbidité. Nousdisposons de mélanges avec diverses structures et divers états de dispersion. Certains mélangescontiennent des particules dispersées à l’échelle nanométrique (l’ordre de grandeur est celle de la tailledes particules - 50 nm) alors que d’autres contiennent des particules agrégées. L’étude de lamorphologie des craquelures est réalisée sur des gouttes sessiles avec séchage à la surface libre. Descraquelures radiales périodiques sont observées lors du séchage. Nous observons que la période descraquelures augmente avec l’augmentation de la fraction en particules molles et de la température maistoute en conservent la périodicité. Nous avons mis en évidence que le rapport : période des craqueluressur l’épaisseur des films λ/h est le seul paramètre qui décrit parfaitement la morphologie descraquelures pour un séchage au niveau d’une surface libre. Nous avons aussi démontré que ce rapportλ/h ne peut pas descendre au-dessous de 2 même dans le cas de particules vitreuses. Le séchage induitde fortes contraintes résiduelles dans le gel qui permettent à certaines fibres situées entre deuxcraquelures de délaminer radialement. Ce phénomène de délamination s’estompe avec la dissipationdes contraintes. Nous avons démontré que le modèle mécanique de Russel ne permet pas de décrire lapériode de craquelures loin de la contrainte critique. Nous proposons ainsi dans le cadre de notretravail, un autre modèle plus à même à caractériser la périodicité de ces craquelures. Nous avonsremarqué que les propriétés du substrat n'ont aucune incidence sur la morphologie des craquelures. Letaux d'évaporation modifie la morphologie des craquelures, où dans le cas d’un séchage rapide, onobtient des fibres décollées longues unidirectionnelles tandis que pour le cas d’un séchage lent, onassiste à la formation de craquelures non décollées avec apparition de craquelures secondairestransverses. / Controlling the production of colloidal suspension films by evaporation is still, nowadays, atruly scientific obstacle for materials development. The drying of colloidal suspensions leads often tosurface and volume defects in the film. When the particles are soft, films are continuous but haveseveral folding surface defects. However, when the particles are hard (glassy latex, silica,...), the filmtends to crack and to be delaminated. These defects are often associated with residual stresses in thegel at the end of drying, due to the capillary pressure caused by the water menisci deformation at thefilm surface. Nevertheless, neither the size scale where constraint acts nor the relation between stressand cracking time were known.In this thesis we present the study of cracks morphology observed in films of differentcolloidal suspension mixtures obtained by a drying process. These mixtures are composed of hard(polystyrene crosslinked PBMA) and soft (PBA and PBMA) particles. The nanometric structure ofthese mixtures is obtained through neutron scattering and turbidity studies. We have mixtures withdifferent structures and different states of dispersion. While some mixtures contain dispersed particlesat a nanoscale, with an order of magnitude same as the particles size - 50 nm, some others containaggregated particles. The study of cracks morphology is performed on sessile drops by drying at thefree surface. Periodic radial cracks are observed during drying. We also observe that cracks periodincrease with the increment of soft particles fraction and temperature, but keeping constant itsperiodicity. We have demonstrated that the ratio: crack period between film thickness, i.e. λ/h, is theonly parameter that describes perfectly cracks morphology for a drying process at a free surface. Wealso demonstrated that this relation (λ/h) couldn’t decrease below 2 even in the case of glassy particles.Drying process induces high residual stresses in the gel, allowing to some fibers located between twocracks to delaminate radially. This delamination phenomenon fades with dissipation constraints. Wehave also established that the Russel’s mechanical model does not describe the period of cracks nearthe critical stress. Therefore, in this work we propose another model able to characterize theperiodicity of the cracks. We noticed that the properties of the substrate did not affect cracksmorphology. The evaporation rate changes the morphology of cracks, which in the case of a quickdrying it is possible to obtain unidirectional long loose fibers. However, for a slow drying, we arewitnessing the formation of not protruding cracks with the apparition of secondary transverse cracks.

L'évaporation d'une goutte reposant sur un support plat semble être un système relativement simple à étudier et a fait l'objet d'études scientifiques depuis plus d'un siècle. Cependant, l'étude de l'évaporation de gouttes sessiles est toujours d'actualité aujourd'hui avec l'essor de nouvelles techniques de visualisation ou de l'apparition de nouveaux types de fluides complexes.Cette étude expérimentale sera focalisée sur deux aspects distincts :- L'étude sur l'évaporation de fluides purs permettra d'étudier la dynamique d'évaporation et les ondes hydrothermales qui apparaissent dans les gouttes de fluides volatils lors du changement de phase. L'influence du type de fluide (différents alcools et alcanes) et du niveau de gravité (terrestre, lunaire et martienne) seront étudiés. De plus, l'utilisation de différents niveaux de gravité permet de développer un modèle empirique afin de prendre en compte dans le modèle quasi-stationnaire limité par diffusion de la vapeur la convection naturelle qui augmente fortement le débit d'évaporation.- Si les fluides complexes présentent une dynamique de séchage similaire à celle des fluides purs, d'autres mécanismes entrent en jeux, comme la gélification, l'organisation des particules et l'apparition de craquelures (voir Figure 2). Le mouillage et les différents groupes fonctionnels graphés sur les particules seront étudiés en regard du motif final de craquelures. / Sessile droplets are widely found in day to day life: it might be a coffee spilt, rain onto a waterproof raincoat or again, water falling onto a cooking plate. However, despite the vast number of studies devoted to droplets for almost half a century, the fundamental phenomenon of the evaporation of sessile droplets is still a field that attracts a high level of interest due to its wide applicability and the development of new visualisation techniques or new types of complex fluids. This experimental study is focused two distinct aspects:- The evaporation of pure fluids has allow to study hydrothermal waves that appear in the droplets of volatile fluids during phase change. The influence of the type of fluid ---different alcohols and alkanes--- and the gravity levels ---Terrestrial, Lunar and Martian--- is investigated to have a better understanding of the flow motion inside droplet. Moreover, the use of different gravity levels allows to experimentally evidence the contribution of the atmospheric convective transport to sessile droplet evaporation. This investigation has allowed to develop an empirical model to take account of natural convection which greatly increases the evaporation rate in the quasi-steady diffusion-controlled evaporation model.- If complex fluids exhibit an evaporation dynamic similar to pure fluid, other mechanisms come into play, such as gelation, particles organisation and cracks formation. Wetting and different functional groups on the particles graphs will be studied in relation to the final pattern of cracks.