A stable aqueous nanocomposite dispersion containing cellulose whiskers and a polymer matrix was prepared via miniemulsion polymerization. We were able to prepare a stable dispersion with a 250 wt % solid content and a cellulose whiskers content ranging from 1 up to 5 wt % based on polymer content. Cellulose nanocrytals suspension was mixed with monomers phase in presence of anionic or cationic surfactant and a stabilizing additive acting as a hydrophobe. After sonication for a short time to obtain a stable emulsion of small droplet polymerisation reaction was trigged by the addition of the initiator. The nanocomposite dispersion was characterized using dynamic light scattering, ζ-potential measurement, transmission electron microscopy (TEM), atomic force microscopy (AFM) and FE-SEM. It was found that the particle size of the prepared suspensions is in the range of 90-600 nm, and the final nanocrystals composite is stable for months.Films obtained by casting followed by water evaporation and particle coalescence were analyzed by differential scanning calorimetry, dynamic mechanical analysis, and tensile testing. The nanocomposite maintained high transparency, and their storage elastic modulus increased tediously with the increasing nanowhiskers content. / Des dispersions de nanocomposites stables à matrice polymérique et à base de whiskers de cellulose ont été préparées par polymérisation en miniémulsion, dont on peut atteindre 5 % en masse. Ce procédé permet d’obtenir une distribution homogène des nanofibres autour des particules de polymère, et empêche ainsi les risques d’agglomération.La caractérisation de ces dispersions a été réalisée en recourant à divers techniques comme la diffusion dynamique de la lumière, zetamètrie, le microscope électronique à transmission (MET), à force atomique (AFM) et à effet de champs. Nous avons montré que l’accroissement du taux de nanoparticules s’accompagne par une augmentation de la taille des particules de polymères.Les propriétés des films de nanocomposites, obtenus après évaporation de l’eau et coalescence des particules ont été analysées par calorimétrie différentiel à balayage (DSC), analyse mécanique dynamique (DMA) et par essai de traction.

Ce travail a pour vocation d’évaluer la potentialité de différents hydrogels sensibles au glucose pour la délivrance d’insuline en vue de développer de nouveaux traitements du diabète. Les systèmes doivent être biocompatibles et pouvoir se résorber in vivo. Pour cela, nous avons choisi d’utiliser un polysaccharide, l’acide hyaluronique (HA), dégradable par voie enzymatique. La réticulation est obtenue par une polymérisation radicalaire de méthacrylates, ou par couplage thiol-ène. La sensibilité au glucose est apportée par l’introduction de fonctions acide phénylboronique (PBA), connues pour former des liaisons ester réversibles avec les diols des saccharides. Deux types de gels sont étudiés : les gels simples où le PBA seul est greffé sur le HA, et des gels doublement réticulés où des motifs maltose sont greffés sur le HA et forment un deuxième réseau, dissociable par ajout de glucose.Dans ce travail, nous avons cherché à démontrer les capacités de cette classe de matériaux à encapsuler et délivrer l’insuline selon les pharmacocinétiques adaptées à l’application. La cinétique étant dépendante de la taille des gels, nous avons travaillé à plusieurs échelles, du macroscopique à l’échelle nanométrique, principalement visée pour une libération dans la circulation sanguine. Des particules de gel sont préparées à des échelles nanométriques et micrométriques grâce à des émulsions eau-dans-huile, obtenues respectivement par homogénéisation à haute pression et par microfluidique. Les gouttes formées servent de micro/nanoréacteurs où se produit la réticulation photoamorcée du HA préalablement modifié. L’échelle micrométrique a été choisie pour étudier plus précisément les interactions de l’insuline ainsi que des protéines modèles avec les matrices, grâce à la microscopie confocale qui permet de sonder la distribution des protéines dans le réseau. Nous avons ainsi étudié les propriétés d’encapsulation et de libération ainsi que les propriétés de gonflement des gels. L’impact de la composition et de la structure des gels est ainsi mis en évidence permettant d’optimiser les choix de formulation pour proposer une solution de libération contrôlée de l’insuline. Enfin l’encapsulation et le relargage d’insuline en présence de sucre est étudiée de manière quantitative pour des macrogels, dont la composition a été optimisée. / This work aims to evaluate potential glucose sensitive hydrogels formulations as new medicine to treat diabetes. The gels have to be biocompatible and bioresorbable in vivo. To do so, we choose matrices of polysaccharide enzymatically degradable made of hyaluronic acid (HA). Crosslinking of the HA is done by radical polymerization reactions using methacrylates or thiol-ene chemistry. Glucose sensitivity is introduced thanks to phenylboronic acid moieties (PBA). PBAs are known for their ability to create reversible bonding with diols from saccharides. Two kind of gels are studied: simples ones where PBAs are grafted on the matrix, and doubly crosslinked ones where maltose groups grafted on HA form a second network, which can dissociate upon glucose addition. We investigated the ability of these materials to encapsulate and deliver insulin with the good pharmacokinetics. As kinetics depend on gel sizes, we worked at different scales, from macroscopic to nanometric scale, which allows release in the blood stream. Nano and microgels are prepared thanks to water-in-oil emulsions using respectively high pressure homogeneiser or microfluidic devices. Droplets formed are used as nano/microreactors where crosslinking of modified HA is photoinitiated. Micrometric scale is chosen to study interactions between insulin and model proteins with gel matrices, using confocal microscopy. This technique allows to study composition and structural effects. Encapsulation and release of proteins are studied as well as swelling variations. Then, encapsulation and release of insulin upon addition of monosaccharide is investigated quantitatively for macrogels, after formulation optimization.

Les problématiques et potentialités de la photopolymérisation radicalaire en miniémulsion ont été discutées, en partant de l’étude des propriétés optiques des miniémulsions de monomère jusqu’à la synthèse de nouvelles nanoparticules polysulfures semi-cristallines par réaction thiol-ène. En premier lieu, l'interaction entre les propriétés optiques de miniémulsion de monomère et l'efficacité de photopolymérisation a été clarifiée. Nous avons établi le rôle majeur de la diffusion optique sur les cinétiques de photopolymérisation de nanogouttelettes acrylates, tandis que l'absorption s’est révélé de moindre importance. Que ce soit en milieu dilué ou concentré (modèle de Kubelka-Munk), la diffusion de la lumière est atténuée lorsque la taille de gouttelettes diminue. La conséquence immédiate est une amélioration significative de la pénétration de la lumière induisant une accélération des cinétiques de polymérisation. Néanmoins, cette conclusion doit être pondérée car l’effet de compartimentage de la polymérisation radicalaire n’a pu être dissocié des effets optiques. On notera qu’en milieu concentré (contenu en solide de 30 % massique), au-delà de 150 nm pour le diamètre de gouttelette, le coefficient de diffusion atteint un palier et devient indépendant de la taille des gouttelettes. La chute d’absorbance, observée par spectroscopie UV-visible, tout au long de l’irradiation pour des miniémulsions acrylates de faible taille (40 nm) a mis en évidence un mécanisme de polymérisation par diffusion de monomère des gouttelettes non nucléées vers les particules en croissance. Cette analyse non invasive (aucune dilution n’a été nécessaire) présente un intérêt évident pour l’étude du mécanisme de nucléation. Nous avons ensuite démontré que la photopolymérisation pouvait être réalisée en utilisant le caractère auto-amorçant des acrylates sous irradiation UV court ( < 300 nm). Ce type d’amorçage photochimique a permis d’éviter l’emploi de photoamorceur, limitant ainsi les risques liés à leur présence résiduelle dans le matériau final. Les photopolymérisations ont été réalisées dans un microréacteur modèle (cuve spectroscopique d’épaisseur 0,1 à 1 mm). La variation de plusieurs paramètres expérimentaux a permis d’identifier un ensemble de paramètres clés influençant les cinétiques de polymérisation tels que la taille des gouttelettes, corroborant ainsi les résultats de l’étude optique. Les longueurs d’onde d’irradiation et le chemin optique ont joué un rôle tout aussi déterminant ; le décalage vers des longueurs d’onde courtes et la diminution de l’épaisseur de l’échantillon accélèrent à la fois la création de radicaux amorceurs et le nombre d’entités nucléées. La versatilité du procédé a été démontrée en polymérisant rapidement (conversion totale en moins de 20 min) une large gamme de monomères acrylate, méthacrylate ou à base d’acétate de vinyle. En ce qui concerne le mécanisme d’auto-amorçage, nous avons prouvé que les espèces amorçantes provenaient vraisemblablement d’un biradical photoinduit, pouvant arracher ou transférer un hydrogène sur des molécules de monomère pour former des monoradicaux amorceurs. Par le biais de ce mécanisme original, la génération de radicaux est constante tout au long de la polymérisation ce qui pour effet d’impacter les caractéristiques des copolymères formés : l’indice de polymolécularité tend à augmenter et les masses molaires à diminuer par rapport à un processus photoamorcé conventionnel. Ces photopolymérisations ont été réalisées dans un photoréacteur annulaire à immersion et ont montré les mêmes évolutions en fonction de la taille de gouttelettes que lors d’expériences en cuve spectroscopique non agitées. A titre d’exemple, une conversion totale est atteinte en 1 h pour des tailles de gouttelettes de 60 nm et un contenu en solide de 30 %. L’auto-amorçage photoinduit a permis de générer rapidement une grande quantité de chaînes en croissance au sein des gouttelettes. [...] / Issues and potentials of miniemulsion radical photopolymerization were discussed, starting from monomer miniemulsions’ optical properties to the synthesis of new semi-crystalline polysulfide nanoparticles by thiol-ene reaction. First, the relationship between the optical properties of miniemulsion and the polymerization efficiency was clarified. We established the major role of optical scattering on the acrylate nanodroplets’ photopolymerization kinetic, while the absorption was found to play a minor role. Whether diluted or concentrated medium (Kubelka-Munk model), light scattering is attenuated when droplet size decreased. The corollary is a significant improvement of UV light penetration within the reactor vessel leading to an acceleration of the polymerization kinetics. However, this conclusion was mitigated by the fact that compartmentalization effect could not be easily dissociated from optical effects. Note that in concentrated medium (solids content of 30 wt %), beyond 150 nm droplet diameter, the scattering coefficient leveled off regardless of droplet size. An absorbance drop was observed using UV-visible spectroscopy throughout the irradiation of the smallest acrylate miniemulsions (40 nm). This result suggested a polymerization mechanism occurring by monomer diffusion from non-nucleated droplets to growing particles. This non-invasive analysis (no dilution was required) is of high interest to study the nucleation mechanism.In a second part, we demonstrated that acrylate miniemulsion photopolymerization could be performed through a monomer self-initiation mechanism induced by short-wavelength UV irradiation ( < 300 nm). Such original photochemical initiation avoided the use of photoinitiator, thus limiting the risks associated with their residual presence in the final material. The self-initiated photopolymerizations were carried out in a model microreactor (spectroscopic cell of 0.1 to 1 mm thick). The variation of several parameters allowed us to identify key parameters influencing polymerization kinetics such as droplet size, thus corroborating the results of the optical study. The irradiation wavelength and the optical path played a crucial role; the shift towards shorter wavelengths and the sample thickness reduction accelerated both the generation of initiating radicals and the number of nucleated entities. The versatility of the method was demonstrated by fast polymerization (complete conversion achieved within 20 minutes) employing a wide range of acrylate, methacrylate and vinyl acetate monomers. Regarding the self-initiating mechanism, one proved that the initiating species likely originated from a biradical able to abstract or transfer hydrogen from monomer molecules, thereby forming initiating monoradicals. Through this original mechanism, the generation of radicals was constant throughout the polymerization, which impacted the characteristics of the copolymer chains: the polydispersity index tended to increase and the molar masses decreases when compared with a conventional photoinduced process. These photopolymerizations were also carried out in an annular immersion photoreactor and showed the same trends regarding the effect of droplet size as the experiments conducted in unstirred spectroscopic tank. For example, a complete conversion was reached after 1 h for a 60 nm acrylate miniemulsion with a solids content of 30 wt %. As a result, a self-initiated polymerization can generate rapidly a large amount of insoluble growing polymer chains within the droplets. This unique feature was exploited to overcome Ostwald ripening without the addition of a specific costabilizer. Photochemical self-initiation could also be used to form surfactant-free nanolatex via Pickering-stabilized miniemulsion photopolymerization. Indeed, Laponite clay adsorbed at the surface of the droplets showed an excellent UV transparency up to 200 nm. [...]

Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié la synthèse de particules de latex par polymérisation en miniémulsion, un procédé de polymérisation en milieu aqueux dispersé. Nous avons synthétisé avec succès et de manière contrôlée des particules de latex de polystyrène de masse molaire élevée (Mn > 30 000 g.mol-1) par polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMP) en miniémulsion, en présence et en absence de tensio-actif moléculaire. Des latex stables présentant des diamètres de l’ordre de 150 – 200 nm ont été synthétisés. Une seconde partie de ce travail de thèse est dédié à la transposition de la polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes amorcée depuis la surface (« surface-initiated NMP ») d’un procédé en masse vers un procédé en milieu aqueux dispersé (miniémulsion) en vue de synthétiser des nanoparticules cœur@écorce de type silica@polystyrène. La dernière partie du travail de thèse est consacrée à la synthèse de stabilisants polymères et plus précisément à la synthèse de copolymères amphiphiles à base de dextrane ou de poly(acide acrylique) modifiés de manière hydrophobes par des terpènes. L’efficacité de stabilisation de tels copolymères synthétisés à partir de bio-resources a été étudiée au travers leur capacité à stabiliser la polymérisation en miniémulsion du styrène. Tout au long de ce travail, les caractéristiques macromoléculaires des polymères ainsi que la taille et la morphologie des particules ont été caractérisées respectivement par chromatographie d’exclusion stérique, diffusion dynamique de la lumière et microscopie (SEM, TEM, AFM). / During the work of this PhD, we investigated the synthesis of latex particles by miniemulsion, an aqueous dispersed medium process. We managed to synthesize in a controlled manner high molar mass (Mn > 30 000 g.mol-1) polystyrene latex particles via nitroxide mediated radical polymerization (NMP) in miniemulsion in both the presence and absence of molecular surfactant. Stable latex with final diameters within the range of 150-200 nm were synthesized. A second part of the PhD work was devoted to the transposition of surface-initiated NMP from bulk polymerization to polymerization in aqueous dispersed media (miniemulsion) in order to synthesize silica@polystyrene core@shell hybrid nanoparticles. The last part of the PhD work was dedicated to the synthesis of polymeric stabilizers, more precisely to the synthesis of amphiphilic copolymers based on dextran or poly(acrylic acid) polymers hydrophobically modified by terpenes. The stabilization efficiency of such copolymers synthesized from renewable resources to stabilize styrene miniemulsion polymerization was investigated. During this work, we characterized the macromolecular features of polymers along with the size and the morphology of the final particles by respectively size exclusion chromatography (SEC), dynamic light scattering (DLS) and microscopy (SEM, TEM, AFM).

Découvert en 2006 au Laboratoire de Chimie des Surfaces et Interfaces (CEA Saclay), le procédé de Surface Electroinitiated Emulsion Polymerization (SEEP) est une nouvelle technique électrochimique de greffage covalent de films polymères fins sur des surfaces conductrices ou semi-conductrices à partir de solutions aqueuses, et ce, quelle que soit la solubilité du monomère dans l'eau. Son principe repose sur une polymérisation radicalaire électro-amorcée en milieu aqueux dispersé via la réduction de sels d'aryldiazonium. Sa mise en oeuvre et le processus réactionnel impliqué résultent de la combinaison de trois techniques : l'électrogreffage cathodique, la réduction électrochimique des sels d'aryldiazonium en radicaux aryles et la polymérisation radicalaire en milieu aqueux dispersé (émulsion ou miniémulsion). Ainsi, dans un système biphasique (miniémulsion), en présence d'un sel de diazonium, d'un monomère hydrophobe ((méth)acrylate) et d'un tensioactif (SDS), le procédé SEEP conduit, sous polarisation cathodique, en milieu acide (H2SO4), en quelques minutes et à température ambiante, à des films de polymère de quelques dizaines de nanomètres d'épaisseur solidement greffés au substrat. L'objectif de ces trois années de travail a été d'optimiser les conditions et les paramètres de synthèse des films par SEEP afin de mieux contrôler l'épaisseur des films greffés, mais surtout de comprendre le mécanisme moléculaire réactionnel de construction de ces films polymères. Celui-ci procède selon les trois étapes classiquement rencontrées dans une polymérisation radicalaire en chaîne conventionnelle (amorçage, propagation et terminaison), à la différence près que les réactions de terminaison correspondent à l'étape de greffage des macroradicaux formés dans la phase continue et sont, en réalité, des réactions de transfert. La polymérisation est amorcée en phase aqueuse par les radicaux hydrogènes et aryles, respectivement issus de la réduction électrochimique des protons et des sels d'aryldiazonium. Parallèlement, les radicaux aryles forment une sous-couche d'accroche de polyaryle greffée sur le substrat selon un mécanisme déjà reporté dans la littérature. La propagation se poursuit dans la phase aqueuse jusqu'à un degré de polymérisation critique au-delà duquel les oligoradicaux réagissent avec les noyaux aromatiques des groupements aryles de la sous-couche (réaction de transfert au polymère). De ce mécanisme de type « grafting to », il résulte des films de structure mixte polyaryle / poly(méth)acrylate / groupements aryles, spécifique aux films issus du procédé SEEP.

Les particules des polymères avec des propriétés magnétiques sont utilisées dans des applications thérapeutiques in vivo, comme des agents de libération contrôlée de principes actifs, pour des applications ex vivo, dans l'extraction de cellules cancéreuses dans le corps, et finalement pour le diagnostic in vitro. La nécessité de matériaux biocompatibles et intelligents, comme agent d'encapsulation de nanoparticules magnétiques, conduit à l'utilisation de polymères hydrophiles, biodégradables, biocompatibles et dans certains cas stimulables. Dans les applications thérapeutiques, cette technologie est basée sur le déplacement des particules en appliquant un champ magnétique et sur la concentration du médicament dans la zone d'intérêt. Cette étape est suivie par la libération du médicament, en utilisant les propriétés des polymères stimulables. Ainsi, cette thèse est consacrée à l'étude de la préparation de nanoparticules composées d'une matrice polymère sensible aux stimuli et des particules d'oxyde de fer (γ-Fe2O3 et Fe3O4). Tout d'abord, nous avons étudié l'obtention de nanogels à base de poly(NVCL-co-AA) en utilisant la polymérisation par précipitation. La poly (N-vinylcaprolactama) (PNVCL)et un polymère qui possède une température critique inférieure de solubilité (LCST), proche de la température physiologique (35-38°C). Ce polymère est connu pour avoir une bonne biocompatibilité plus haute, par rapport à des autres polymères sensibles à la température. En plus, le poly (acide acrylique) (PAA) est un polymère qui présente la sensibilité au pH. Dans cette étape, on a étudié l'influence de quelques paramètres de synthèse sur les diamètres des particules, la distribution de la taille des particules et la sensibilité à la température des nanogels. La sensibilité au pH a été également évaluée en fonction de la concentration d'AA ajouté dans les synthèses. Ensuite, nous avons effectué l'étude de l'incorporation de nanoparticules magnétiques stabilisées par le dextran dans les nanogels de PNVCL réticulé en utilisant la technique de polymérisation en mini-émulsion inverse. Les nanogels magnétiques thermosensibles ont été caractérisés en termes de taille (DP), distribution de la taille des particules (DTP) en utilisant la diffusion de la lumière. Le caractère thermosensible des nanogels magnétiques a également été étudié en mesurant le diamètre hydrodynamique en fonction de la température. Les propriétés magnétiques (aimantation spécifique et la magnétisation) ont été examinées en utilisant un magnétomètre à échantillon vibrant (VSM). L'analyse par infrarouge (GTIR) et par diffraction des rayons X ont montré qualitativement l'incorporation des nanoparticules magnétiques dans la matrice polymère. L'efficacité d'encapsulation de nanoparticules d'oxyde de fer a été étudiée par l'analyse thermo-gravimétrique (TGA) et par les mesures d'aimantation. Les caractéristiques morphologique des nanogels magnétiques et stimulables ont été examinées par la microscopie électronique en transmission (TEM).

Les mini ou nanoémulsions sont des systèmes fréquemment rencontrés dans différents domaines : cosmétique, pharmaceutique, biomédical… Plusieurs procédés permettent la préparation de nanoémulsions. Cependant, ils présentent tous des limitations en termes de taille des gouttelettes, d’énergie de mélange, de rapport de viscosité entre les phases dispersées et continues, de gamme de pression à appliquer… Ce travail s’intéresse au développement d’un nouveau dispositif basé sur un écoulement élongationnel pour l’élaboration de miniémulsions de monomères. La démarche a consisté d’abord à étudier l’influence des paramètres liés au procédé proprement dit puis à la formulation du système sur la taille des gouttelettes. Cette étude a permis de comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la fragmentation des gouttes. Une analyse dimensionnelle a ensuite été développée afin de corréler les tailles obtenues aux paramètres étudiés, par l’utilisation des nombres adimensionnels appropriés. Finalement, des expériences de synthèse en miniémulsion ont été conduites pour tenter de combiner dans le même dispositif les fonctions d’émulsificateur et de réacteur de polymérisation, dans une perspective d’intensification du procédé. / Mini or nanoemulsions are widely used in different fields like cosmetic, pharmaceutic and biomedical… Different processes allow the preparation of nanoemulsions. However, they all present limitations in terms of droplet size, mixing energy, viscosity ratios, pressure ranges… This work focused on the development of a new process based on elongational flow for theelaboration of miniemulsions. The approach consisted in studying the influence of the process and formulation parameters on droplet sizes. This study allowed us to better understand the mechanisms of drop breakup. Then, a dimensional analysis was carried out in order to correlate the obtained droplet sizes to the studied parameters by the use of the appropriate dimensionless numbers. Finally, miniemulsion synthesis experiments were performed in order to try to combine, in the samedevice, both emulsification and polymerization, in the prospect of process intensification.

Les travaux de cette thèse présentent la synthèse par une polymérisation RAFT en miniémulsion de nanoparticules fluorescentes (NPFs) polymères à coeur BODIPY copolymérisé au styrène et à couronne hydrophile biocompatible et fonctionnalisable à base de poly(oxyde d'éthylène) et de poly(acide acrylique). Les propriétés de fluorescence de ces NPFs ont été étudiées par spectroscopie de fluorescence stationnaire et résolue en temps. L'élaboration de la synthèse de ce type de NPFs, et la mise au point d'un procédé "one-pot" sont présentés dans un premier temps. Ensuite, les propriétés spectroscopiques de ces NPFs sont étudiées, notamment l'influence de la concentration en monomères de BODIPY au coeur des NPFs pouvant mener à la formation d'agrégats peu ou pas fluorescents. Les propriétés spectroscopiques (longueur d'onde d'émission de fluorescence et rendement quantique) du coeur des NPFs ont été modulées. Cela est rendu possible en réalisant la synthèse de monomères de BODIPY portant des groupements aromatiques encombrés, ou présentant différentes fonctions polymérisables. La couronne hydrophile des NPFs a également été modifiée afin d'obtenir différentes répartitions des unités acide acrylique et oxyde d'éthylène dans les chaînes de copolymères en surface. Ces nouvelles NPFs sont également synthétisées par un procédé "one-pot". Enfin, des molécules à fonctions amine (fluorophores, protéines) ont été introduites dans la couronne hydrophile de ces diverses NPFs par une chimie de couplage peptidique sur les fonctions acides carboxyliques. Des nano-senseurs de pH ratiométriques ont ainsi pu être élaborés. / This PhD work presents the synthesis of fluorescent nanoparticles (FNP) via a RAFT miniemulsion polymerisation and the analysis of their fluorescence properties. The core of the FNPs is a copolymer of styrene and a BODIPY monomer, and the shell, which is biocompatible and functionnalisable, is made of poly(ethylene oxyde) and poly(acrylic acid). First of all, the synthesis' optimisation of those FNPs is presented, and to the development of a one-pot process. Then, the fluorescence properties of those FNPs are studied, especially the impact of the BODIPY monomer concentration on the formation of non or weakly fluorescent aggregates. In order to change the FNP's spectroscopics properties (fluorescent quantum yield and emission wavelength), novel fluorescent BODIPY monomers have been synthesized. Those monomers presents either some bulky aromatics substituants, either variable polymerisable functions. The FNPS's hydrophilic shell has also been modified to get different distributions of the acrylic acid and ethylene oxyde units in the polymer chains of the FNPs' surface. Those new FNPs are also synthesized via a one-pot process. At last, molecules bearing an amine function (fluorescent dyes, proteins) have been grafted onto the differents FNPs' shell via a peptid coupling reaction on the carboxylic acid functions. As such, some pH ratiometric nano-sensors have been developped.

L’objectif de cette thèse est de synthétiser des nanoparticules dans des microsystèmes en copolymère d’oléfine cyclique (COC), en vue du développement d’une nouvelle phase stationnaire de chromatographie présentant des performances améliorées. Dans un premier temps, la base théorique du projet est présentée. Les performances chromatographiques d’une colonne en fonction de la taille des particules qui la constituent sont présentées, en termes de résolution et d’efficacité, ainsi qu’en temps d’analyse. L’utilisation de nanoparticules s’avère optimale, mais l’état de l’art sur les différents types de colonnes et de modes de séparations en microsystèmes montre la difficulté technique de cet objectif. Les différentes voies de synthèse de nanoparticules par polymérisation radicalaire en micro et miniémulsion sont ensuite détaillées. Les essais préliminaires ont permis de définir la méthodologie d’approche : 1) la synthèse de nanoparticules par polymérisation radicalaire en miniémulsion et 2) la fonctionnalisation indispensable des supports COC. Dans un premier temps, la composition de la miniémulsion a été optimisée par plan d’expériences. La meilleure formulation permet la synthèse, après photopolymérisation, de nanoparticules monodisperses de diamètre moyen inférieur à 200 nm. Une étude d’ancrage des nanoparticules sur plaques COC est ensuite réalisée. L’optimisation du greffage d’un monomère polyéthylène glycol diacrylate (PEGDA) est réalisée par plan d’expériences. La synthèse photochimique des nanoparticules sur des surfaces COC fonctionnalisées PEGDA permet l’obtention de nanoparticules sphériques et monodisperses de taille inférieure à 200 nm répondant parfaitement au cahier des charges. Ce travail constitue une première étape dans la réalisation de phases stationnaires innovantes en chromatographie / The aim of this thesis is the synthesis of nanoparticles in cyclic olefin copolymer (COC) microchips in order to develop a new stationary phase. The bibliography review reveals the interest of this project in increasing column performance (efficiency and resolution) and reducing the analysis time. A general review on stationary phases and separation mode in microchips is presented. The synthesis of nanoparticles by radical polymerization of micro and miniemulsion is then detailed. The preliminary results helped defining the methodological approach: 1) Synthesis of nanoparticles via miniemulsion radical polymerization and 2) functionalization of COC surfaces. First, miniemulsion composition is optimized by an experimental design. The optimal miniemulsion led, after photopolymerization, to monodisperse nanoparticles with a diameter size inferior to 200 nm. The anchorage on COC surface is then investigated and shows that COC functionalization with a hydrophilic monomer is essential. Photografting of polyethylene glycol methacrylate (PEGDA) optimization is carried out by an experimental design. The UV synthesis of nanoparticles on COC surfaces functionalized by PEGDA is demonstrated. Monodisperse and spherical nanoparticles with a diameter size inferior to 200 nm are obtained. This work is considered as a first step in the development of a new stationary phase for chromatography

Les mini ou nanoémulsions sont des systèmes fréquemment rencontrés dans différents domaines : cosmétique, pharmaceutique, biomédical... Plusieurs procédés permettent la préparation de nanoémulsions. Cependant, ils présentent tous des limitations en termes de taille des gouttelettes, d'énergie de mélange, de rapport de viscosité entre les phases dispersées et continues, de gamme de pression à appliquer... Ce travail s'intéresse au développement d'un nouveau dispositif basé sur un écoulement élongationnel pour l'élaboration de miniémulsions de monomères. La démarche a consisté d'abord à étudier l'influence des paramètres liés au procédé proprement dit puis à la formulation du système sur la taille des gouttelettes. Cette étude a permis de comprendre les mécanismes mis en jeu lors de la fragmentation des gouttes. Une analyse dimensionnelle a ensuite été développée afin de corréler les tailles obtenues aux paramètres étudiés, par l'utilisation des nombres adimensionnels appropriés. Finalement, des expériences de synthèse en miniémulsion ont été conduites pour tenter de combiner dans le même dispositif les fonctions d'émulsificateur et de réacteur de polymérisation, dans une perspective d'intensification du procédé.