Le poly (acide lactique) (PLA), est un polymère synthétisé à partir de ressources renouvelables, qui est l'objet de beaucoup d'études à l'heure actuelle mais qui souffre d'une faible résistance au choc. Le but de ce travail est de rechercher des pistes permettant la préparation d'un matériau à base de PLA avec une résistance au choc améliorée tout en minimisant la perte de résistance à la traction. Les travaux présentés ici ont étudié le rôle de nanoparticules élastomères de poly (acrylate de butyle) (PBA) chargées de laponite (LRD) (PBA-LRD) ainsi que de nanocomposites coeur-écorce (PBA-LRD)/poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) en tant qu'agents de renforcement d'une matrice de PLA. Ces nanoparticules ont été dispersées dans la matrice PLA à l'état fondu. La synthèse de ces nanoparticules a été effectuée par polymérisation en émulsion ou miniémulsion. La laponite a été incorporée dans les nanoparticules afin de minimiser la perte de la rigidité tout en améliorant la résistance au choc de PLA. Trois types de tensioactifs et des modifications de surface de la laponite ont été testées pour améliorer l'adhérence entre les particules de PBA et la matrice de PLA. Enfin une écorce de PMMA a été utilisée pour assurer la bonne adhérence entre les particules de PBA et de matrice PLA. Nous avons montré que les particules coeur-écorce ont permis d'augmenter la résistance au choc au 3 fois du PLA tout en réduisant la diminution du module d'Young et la perte de résistance à la traction (~25%). Les propriétés de les particules synthétiques et les propriétés des mélange du PLA avec les particules PBA ou particules coeur-écorce ont été étudiées par diverses techniques de caractérisation (DLS, FTIR, ATG, MET, MEB, RMN 1H, DSC, DMTA...) / Poly (lactic acid) (PLA), come from renewable resources, one of the most important biopolymers, suffers from weak impact resistance. The aim of this work is to develop a process that will allow preparing a PLA with improved impact resistance while minimizing loss in tensile strength. The work presented here examined in detail the synthesis of poly(butyl acrylate) (PBA) nanoparticles charged with laponite (LRD) (PBA-LRD) and (PBA-LRD) / poly(methyl methacrylate) (PMMA) core-shell nanocomposites. They were dispersed phase in PLA matrix and were synthesized by emulsion or miniemulsion polymerization. The clay such as laponite was included in these nanoparticles to minimize the loss of rigidity while improving the impact resistance of PLA. Note that three types of surfactants and some modify agents for LRD have been tried to improve the adhesion between the PBA particles and matrix PLA, PMMA was finally used to ensure a good adhesion between the PBA particles and the matrix. To this end, we explored successively the PLA blend, using PBA nanocomposites and the PBA/PMMA core-shell nanoparticles as reinforcing agents, with improved impact resistance, showing that core-shell particles allowed increasing of 3 times of impact strength of the PLA with a minimum amount of loss (~25%) in Young?s modulus and tensile strength. The properties of the synthetic particles and the properties of PLA blends have been demonstrated by various characterization techniques (DLS, FTIR, TGA, TEM, SEM, 1H-NMR, DSC, DMTA ...)

L'objectif de ce travail de thèse est de préparer des latex nanocomposites à base d’argile, la Laponite RD, en émulsion aqueuse, à l'aide de la polymérisation radicalaire contrôlée par transfert de chaîne réversible par addition-fragmentation (RAFT). Les plaquettes de Laponite ont été choisies comme charge inorganique surtout pour leur anisotropie de forme, ce qui pourrait permettre l’elaboration de films nanostructurés, mais aussi pour leurs propriétés thermiques et mécaniques, leur pureté chimique élevée et la distribution uniforme en taille des plaquettes. Des polymères hydrophiles (macroRAFT) à base de polyéthylène glycol (PEG), d’acide acrylique (AA) ou de méthacrylate de N,N- diméthylaminoéthyle (DMAEMA) et comportant des unités hydrophobes d’acrylate de n-butyle (ABu) (dans certains cas) et un groupe trithiocarbonate terminal, ont été tout d'abord synthétisés. Ensuite, l'interaction entre les macroRAFTs et l’argile a été étudiée à travers le tracé des isothermes d'adsorption. En agissant comme des agents de couplage et des stabilisants, ces macroRAFTs ont eté utilisés dans la copolymérisation en émulsion du (méth)acrylate de méthyle et de l’ABu en mode semi-continu en presence d’argile. Des particules de latex hybrides de différentes morphologies ont été obtenues et les morphologies ont été reliées à la nature et à la concentration de l’agent macroRAFT, au pH de la dispersion macroRAFT/Laponite, à la température de transition vitreuse du copolymère final (fonction de la composition du mélange de monomères hydrophobes) et aux conditions de polymérisation. Les analyses par cryo-MET indiquent des plaquettes de Laponite décorées par des particules de polymère (plusieurs particules de latex en surface des plaquettes d'argile), des particules ‘haltère’, janus, ‘carapace’ (particules de latex décorées en surface par les plaquettes de Laponite) ou encore des particules multi-encapsulées (plusieurs plaquettes encapsulées dans chaque particule de latex). Les propriétés mécaniques des films de polymère/Laponite ont été étudiées par spectrométrie mécanique dynamique et corrélées à la morphologie des particules et à la microstructure des films / The aim of this work is to prepare Laponite RD-based nanocomposite latexes by aqueous emulsion polymerization, using the reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. Laponite platelets were selected as the inorganic filler due, especially, to their anisotropic shape, which allows the production of nanostructured films, but also for their thermal and mechanical properties, their high chemical purity and the uniform dispersity of the platelets. Hydrophilic polymers (macroRAFT) composed of poly(ethylene glycol) (PEG), acrylic acid (AA) or N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and comprising hydrophobic n-butyl acrylate (BA) units (in some cases) and trithiocarbonate terminal group were initially synthesized. Then, the interaction between the macroRAFTs and the clay was studied through the plot of adsorption isotherms. By acting as coupling agents and stabilizers, the macroRAFT agents were used in the emulsion copolymerization of methyl (meth)acrylate and BA by semi-continuous process in the presence of the clay. Hybrid latex particles with different morphologies were obtained and the results were associated to the nature and concentration of the RAFT (co)polymers, to the pH of the macroRAFT/Laponite dispersion, the glass transition temperature of the final copolymer (function of the composition of the hydrophobic monomers mixture) and to the polymerization conditions. The cryo-TEM images indicate the formation of polymerdecorated Laponite platelets (several latex particles located at the surface of the platelets), dumbbell-like, janus, Laponite-decorated (armored) latex particles, and multiple encapsulated particles (several platelets inside each latex particle). The mechanical properties of polymer/Laponite films were studied by dynamic mechanical analysis and correlated with the particles morphology and the films microstructure / Este trabalho de tese tem como objetivo a preparação de látices nanocompósitos à base da argila Laponita RD em emulsão aquosa, via polimerização radicalar controlada por transferência de cadeia via adição-fragmentação reversível (RAFT). A Laponita foi escolhida como carga inorgânica devido principalmente à forma anisotrópica de suas lamelas, o que permite a elaboração de filmes nanoestruturados, mas também por suas propriedades térmicas e mecânicas, por sua alta pureza química e pela distribuição uniforme, em termos de tamanho, de suas partículas. Inicialmente, polímeros hidrofílicos (macroRAFT) à base de poli(etileno glicol) (PEG), de ácido acrílico (AA) ou de metacrilato de N,N-dimetilaminoetila (DMAEMA) que contêm unidades hidrofóbicas de acrilato de nbutila (ABu) (em alguns casos) e um grupo tritiocarbonílico terminal foram sintetizados. Em seguida, a interação entre os macroagentes de controle (macroRAFTs) e a argila foi estudada através de isotermas de adsorção. Atuando como agentes de acoplamento e estabilizantes, esses macroRAFTs foram então utilizados na copolimerização em emulsão do (met)acrilato de metila e do ABu em processo semicontínuo na presença da argila Laponita. Partículas de látex híbrido de diferentes morfologias foram obtidas e os resultados foram correlacionados à natureza e à concentração dos macroRAFTs, ao pH da dispersão macroRAFT/Laponita, à temperatura de transição vítrea do copolímero final (função da composição da mistura de monômeros hidrofóbicos) e às condições de polimerização. As análises de cryo-TEM indicam a formação de lamelas de Laponita decoradas com partículas de polímero (várias partículas de látex localizadas na superfície das lamelas), de partículas do tipo dumbbell, janus, blindadas (partículas de látex decoradas com lamelas de argila em sua superfície) ou ainda de partículas multiencapsuladas (diversas lamelas encapsuladas dentro de uma única partícula de látex). As propriedades mecânicas dos filmes de polímero/Laponita foram estudadas por análise dinâmico-mecânica e correlacionadas à morfologia das partículas e à microestrutura dos filmes

Un effort de recherche important concerne le développement de nouvelles solutions pour la génération de second harmonique dans des guides d'ondes, généralement réalisés par implantation ou par échange d'ions sur des substrats monocristallins optiquement<br />non-linéaires.<br />Dans la première partie de ce travail, nous avons utilisé l'échange de protons pour réaliser des guides d'ondes sur des substrats d'iodate de lithium, matériau largement utilisé<br />pour des applications en optique non-linéaire quadratique. Des guides d'ondes présentant une atténuation inférieure à 1 dB/cm ont été obtenus et nous avons montré, par une étude combinée en diffraction des rayons X, spectroscopie Raman et spectroscopie mlines, que la couche guidante était constituée de solution solide Li(1−x)HxIO3 dont l'indice de réfraction est proportionnel à la concentration en protons (x). Nous avons également caractérisé la cinétique du processus d'échange. Cependant, les coeffcients de diffusion élevés à température ambiante ne permettent pas l'obtention de guides stables dans des conditions standard d'utilisation.<br />Tout en gardant comme objectif la réalisation de guides d'ondes pour l'optique nonlinéaire, nous avons abandonné l'utilisation de LiIO3 monocristallin pour l'insérer sous la forme de nanocristaux dans des matrices vitreuses. Ainsi, deux types de nanocomposites<br />ont été étudiés, l'un constitué d'une matrice de silice élaborée par voie sol-gel, l'autre constitué d'une matrice de Laponite, une argile synthétique très bas coût. Pour chacun des composites, une étude structurale a permis de déterminer la cinétique de cristallisation de LiIO3 dont les cristaux ont pu être orientés par l'application d'un champ électrique durant la nucléation.<br />Enfin, pour le composite LiIO3/Laponite, des guides d'ondes ont été élaborés et une atténuation de l'ordre de 2 dB/cm a été mesurée. Nous avons mesuré un coeffcient nonlinéaire effectif de l'ordre de 1.6 pm/V pour un composite dopé à 50% vol. et un modèle<br />a été proposé pour décrire le comportement optique non-linéaire du matériau. Ce modèle a ensuite permis de simuler les performances de structures périodiquement orientées.

Ce travail propose une étude expérimentale visant à caractériser les processus dynamiques se produisant au sein de matériaux vitreux mous. La première partie présente des mesures de diffusion de traceurs nanométriques dans la Laponite (une suspension colloïdale) obtenues par une méthode de recouvrement de fluorescence (FRAP). Cette étude montre que la diffusion varie avec la concentration de Laponite et la taille du traceur. Un modèle hydrodynamique de diffusion confinée permet de décrire quantitativement les données expérimentales. Une deuxième partie concerne l'étude expérimentale du vieillissement de matériaux vitreux. Nous testons en pratique le concept théorique de température effective. Celle-ci est obtenue grâce à la technique de FRAP par la mesure simultanée de la diffusion et la convection de sondes fluorescentes dans la Laponite en cours de prise. Contrairement à certaines mesures de la littérature, le système est bien gouverné par la température ambiante. Nous présentons ensuite une étude visant à caractériser le comportement de la Laponite cisaillée. Nous avons pour cela mis au point un dispositif permettant d'appliquer un champ électrique au système, et ainsi créer des déformations locales. L'effet obtenu s'est révélé trop faible, avec d'assez grandes incertitudes (probablement liées à la complexité du système), pour être considéré comme significatif. Enfin, nous avons étudié les propriétés du Carbopol, un fluide à seuil, en mesurant sa dynamique d'ascension par capillarité. La rugosité de surface des capillaires influe énormément sur la montée du fluide. Nous montrons aussi que l'ascension est pilotée par la rhéologie du système, notamment par le seuil d'écoulement.

Dans la première partie de cette thèse, nous étudions la cinétique de la complexation d'un double brin d'ADN par la protéine NCp7. Pour ce faire, nous étudions l'évolution des propriétés mécaniques de l'ADN au fur et à mesure de sa complexation, en étirant la complexe ADN/NCp7 à l'aide d'un montage de piégeage optique. Nous avons observé que la longueur de persistance du complexe diminue au fur et à mesure de la complexation. En utilisant un modèle statistique décrivant l'évolution de la flexibilité de l'ADN complexé par NCp7. Notre principal résultat est que la fraction//phi de paires de bases ayant réagi n'est pas une fonction linéaire du temps aux faibles //phi. Nous interprétons nos résultats en supposant que l'adsorption de NCp7 sur l'ADN est fortement coopérative. Dans deuxième chapitre, nous décrivons la dynamique de particules sondes dans une suspension vitreuse colloïdale de Laponite. La Laponite est une particule colloïdale discoïdale de 25nm de diamètre et de 0.92 nm d'épaisseur. Nous utilisons une expérience de microscopie en onde évanescente, et suivons le mouvement de particules fluorescentes de latex. Nous imageons ensuite ces particules. Nous montrons que, pour un mouvement possédant une seule échelle de temps caractéristique, elle est simplement une fonction linéaire du temps. Nous obtenons que, quelle que soit leur taille, le mouvement des particules sondes peut être décrit par une succession de deux modes dynamiques, où le mode le plus rapide correspond à la diffusion des particules dans un fluide viscoélastique. / In the first part of this thesis, we study the kinetics of the complexation of a double-stranded DNA byNCp7 protein. To do this, we study the evolution of mechanical properties of DNA and its complexation by stretching the DNA/NCp7 complex with a optical trap. We observed that the persistence length of the complex decreases progressively during the complexation. Using astatistical model we describe the evolution of the flexibility of DNA complexed with NCp7. Our main result is that the fraction phi of base pairs that have reacted is not a linear function of time at low phi.We interpret our results assuming that the adsorption of NCp7 on DNA is highly cooperative. In the second chapter, we describe the dynamics of probe particles in a colloidal glassy suspension of Laponite. Laponite is a colloidal discoidal particle of 25 nm in diameter and 0.92 nm thick. We take advantage of evanescent wave microscopy, and follow the movement of fluorescent latex particles.Then we image these particles. We show that for a movement that has a single characteristic time scale, it is simply a linear function of time. We find that, what ever their size, the motion of probe particles can be described by a succession of two dynamic modes, where the fastest mode corresponds to the diffusion of particles in a viscoelastic fluid.

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One of the key challenges in osteochondral tissue engineering is to define specified zones with varying material properties, cell types and biochemical factors supporting locally adjusted differentiation into the osteogenic and chondrogenic lineage, respectively. Herein, extrusion-based core–shell bioprinting is introduced as a potent tool allowing a spatially defined delivery of cell types and differentiation factors TGF-β3 and BMP-2 in separated compartments of hydrogel strands, and, therefore, a local supply of matching factors for chondrocytes and osteoblasts. Ink development was based on blends of alginate and methylcellulose, in combination with varying concentrations of the nanoclay Laponite whose high affinity binding capacity for various molecules was exploited. Release kinetics of model molecules was successfully tuned by Laponite addition. Core–shell bioprinting was proven to generate well-oriented compartments within one strand as monitored by optical coherence tomography in a non-invasive manner. Chondrocytes and osteoblasts were applied each in the shell while the respective differentiation factors (TGF-β3, BMP-2) were provided by a Laponite-supported core serving as central factor depot within the strand, allowing directed differentiation of cells in close contact to the core. Experiments with bi-zonal constructs, comprising an osteogenic and a chondrogenic zone, revealed that the local delivery of the factors from the core reduces effects of these factors on the cells in the other scaffold zone. These observations prove the general suitability of the suggested system for co-differentiation of different cell types within a zonal construct.

Este trabalho de tese tem como objetivo a preparação de látices nanocompósitos à base da argila Laponita RD em emulsão aquosa, via polimerização radicalar controlada por transferência de cadeia via adição-fragmentação reversível (RAFT). A Laponita foi escolhida como carga inorgânica devido principalmente à forma anisotrópica de suas lamelas, o que permite a elaboração de filmes nanoestruturados, mas também por suas propriedades térmicas e mecânicas, por sua alta pureza química e pela distribuição uniforme, em termos de tamanho, de suas partículas. Inicialmente, polímeros hidrofílicos (macroRAFT) à base de poli(etileno glicol) (PEG), de ácido acrílico (AA) ou de metacrilato de N,N-dimetilaminoetila (DMAEMA) que contêm unidades hidrofóbicas de acrilato de nbutila (ABu) (em alguns casos) e um grupo tritiocarbonílico terminal foram sintetizados. Em seguida, a interação entre os macroagentes de controle (macroRAFTs) e a argila foi estudada através de isotermas de adsorção. Atuando como agentes de acoplamento e estabilizantes, esses macroRAFTs foram então utilizados na copolimerização em emulsão do (met)acrilato de metila e do ABu em processo semicontínuo na presença da argila Laponita. Partículas de látex híbrido de diferentes morfologias foram obtidas e os resultados foram correlacionados à natureza e à concentração dos macroRAFTs, ao pH da dispersão macroRAFT/Laponita, à temperatura de transição vítrea do copolímero final (função da composição da mistura de monômeros hidrofóbicos) e às condições de polimerização. As análises de cryo-TEM indicam a formação de lamelas de Laponita decoradas com partículas de polímero (várias partículas de látex localizadas na superfície das lamelas), de partículas do tipo dumbbell, janus, blindadas (partículas de látex decoradas com lamelas de argila em sua superfície) ou ainda de partículas multiencapsuladas (diversas lamelas encapsuladas dentro de uma única partícula de látex). As propriedades mecânicas dos filmes de polímero/Laponita foram estudadas por análise dinâmico-mecânica e correlacionadas à morfologia das partículas e à microestrutura dos filmes. / The aim of this work is to prepare Laponite RD-based nanocomposite latexes by aqueous emulsion polymerization, using the reversible addition-fragmentation chain transfer (RAFT) polymerization. Laponite platelets were selected as the inorganic filler due, especially, to their anisotropic shape, which allows the production of nanostructured films, but also for their thermal and mechanical properties, their high chemical purity and the uniform dispersity of the platelets. Hydrophilic polymers (macroRAFT) composed of poly(ethylene glycol) (PEG), acrylic acid (AA) or N,N-dimethylaminoethyl methacrylate (DMAEMA) and comprising hydrophobic n-butyl acrylate (BA) units (in some cases) and trithiocarbonate terminal group were initially synthesized. Then, the interaction between the macroRAFTs and the clay was studied through the plot of adsorption isotherms. By acting as coupling agents and stabilizers, the macroRAFT agents were used in the emulsion copolymerization of methyl (meth)acrylate and BA by semi-continuous process in the presence of the clay. Hybrid latex particles with different morphologies were obtained and the results were associated to the nature and concentration of the RAFT (co)polymers, to the pH of the macroRAFT/Laponite dispersion, the glass transition temperature of the final copolymer (function of the composition of the hydrophobic monomers mixture) and to the polymerization conditions. The cryo-TEM images indicate the formation of polymerdecorated Laponite platelets (several latex particles located at the surface of the platelets), dumbbell-like, janus, Laponite-decorated (armored) latex particles, and multiple encapsulated particles (several platelets inside each latex particle). The mechanical properties of polymer/Laponite films were studied by dynamic mechanical analysis and correlated with the particles morphology and the films microstructure.

Ce travail est centré sur l'étude des suspensions aqueuses de<br />Laponite à l'équilibre mécanique et sous écoulement. Le premier<br />objectif de cette étude a été de préciser les conditions de<br />formation du gel, en faisant varier les interactions, au travers<br />de la force ionique (NaCl) et de la présence de différents<br />additifs comme le pyrophosphate de sodium ou des couches de<br />polymères adsorbées (POE) qui ralentissent l'agrégation des<br />particules. Nous avons associé pour cela différentes techniques<br />(observations visuelles, diffusion de lumière statique et<br />dynamique, rhéologie classique et optique). L'origine de la<br />gélification, la structure des suspensions de Laponite à<br />l'équilibre et sous cisaillement en présence ou non d'additifs ont<br />également été déterminées. L'étude des suspensions, couvrant une<br />large gamme de forces ioniques et s'étendant dans un régime très<br />dilué, nous a permis de construire un diagramme de phase à temps<br />long qui tient mieux compte des cinétiques d'équilibre de la<br />Laponite et de conclure à la formation d'un gel par agrégation (et<br />non vitrification par répulsion des particules) dans ces systèmes.<br /><br />L'adsorption du POE sur les particules puis la cinétique<br />d'agrégation des suspensions de Laponite en présence du POE ont<br />été étudiées pour différentes concentrations et masses molaires de<br />POE. Nous concluons que la couche de polymère adsorbé ne suffit<br />pas à écranter totalement l'influence des interactions<br />électrostatiques. De plus, les POE de masses molaires élevées<br />pontent plusieurs particules de Laponite formant des agrégats<br />tenus entre eux, même sous écoulement, par l'intermédiaire du POE.

Nous reportons ici le comportement rhéologique de suspensions concentrées de particules non browniennes de fécule de maïs ou de polystyrène sphériques et monodisperses. Le système modèle de particules de polystyrène est utilisé afin de contrôler les propriétés physicochimiques de la suspension. Ce travail expérimental s'articule autour de deux aspects rencontrés chez les fluides complexes : le seuil d'écoulement et le seuil de rhéoépaississement. <br />Dans un premier temps, nous avons étudié l'origine du seuil d'écoulement. Nous avons, à partir de techniques de rhéologie classique et locale par IRM, montré que le seuil d'écoulement des suspensions modèles n'est observé que par l'introduction d'un contraste de densité entre les particules et le fluide suspendant. Ce contraste de densité introduit alors une consolidation à l'échelle des particules. Le seuil d'écoulement apparaît alors sans aucune sédimentation macroscopique de l'échantillon. Dans un second temps, nous avons étudié un phénomène de structuration dynamique, sous écoulement : le rhéoépaississement. Ainsi, en couplant des mesures macroscopiques originales (comme l'étude de l'influence de l'entrefer de la géométrie de mesure sur le comportement rhéoépaississant, et des mesures de dilatation volumique en fonction du taux de cisaillement) et des mesures locales des propriétés d'écoulement par IRM, nous montrons que le rhéoépaississement de la suspension de fécule de maïs est une conséquence directe de la dilatance de Reynolds. Par ailleurs, le système modèle, contrairement à la suspension de fécule de maïs, présente un rhéoépaississement qui est accompagné d'un régime de localisation qui devient responsable d'un blocage partiel de l'écoulement dans l'entrefer de la géométrie de Couette.