Thèse d'exercice : Chirurgie dentaire : Université de Nantes : 2007. / Bibliogr.

Thèse doctorat : Aspects Moléculaires et cellulaires de la Biologie : Strasbourg 1 : 2006. / Thèse soutenue sur un ensemble de travaux. Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. 20 p.

Reproduction de : Thèse d'exercice : Chirurgie dentaire : Nantes : 2009. / Bibliogr.

Th.--Méd.--Nancy 1, 1984. N°: 261.

Th.--Méd.--Nancy 1, 1983. N°: 56.

Les polymères de grande masse molaire sont couramment utilisés comme viscosifiants par l’industrie pétrolière. Ils peuvent se présenter sous la forme d’une poudre qui doit être dissoute dans l’eau le plus rapidement possible avant d’être pompée dans le puits. Cette étude porte sur la compréhension des mécanismes qui entrent en jeu lors de la dissolution de la poudre d’un polyélectrolyte appelé GP. Bien qu’étant solubles dans l’eau, les grains de GP présentent un comportement hydrophobe lorsqu’ils sont mis en contact avec l’eau. Le mouillage est défavorable. Une couche de gel viscoélastique gonfle et bouche les pores entre les grains, provoquant la formation de grumeaux qui augmentent le temps de dissolution. Nous avons montré que c’est la cinétique de gonflement du gel qui contrôle la cinétique de dissolution du GP. Le gonflement du gel est un processus diffusif gouverné par la pression osmotique due à la présence des contre-ions du GP. La reptation ne joue aucun rôle dans le désenchevêtrement des chaines, qui survient uniquement lorsque la concentration en polymère dans le gel devient inférieure à la concentration critique de recouvrement c* du GP. La disparition du gel peut être accélérée en imposant une vitesse d’agitation ω dans le mélange eau/GP qui génère un cisaillement à l’interface gel/solution. La couche de gel est alors érodée lorsque la concentration en polymère dans le gel devient inférieure à la concentration critique d’érosion cer, supérieure à c* et qui augmente avec ω. Nous avons montré que la cinétique de dissolution du GP est alors contrôlée par l’érosion de la couche de gel et que le temps de dissolution varie comme ω à la puissance -1.2. / Polymers of large molar mass are often used as fluids viscosifiers in the Oil and Gas industry. Ideally, the polymer powder must mix with water and totally dissolve as fast as possible before being pumped in the well. This study focuses on the understanding of the mechanisms at stake during the dissolution of a polyelectrolyte called GP. Even if they are hydrosoluble, GP grains exhibit a hydrophobic behavior when they are put in contact with water, which is responsible for a poor wetting. A viscoelastic gel layer forms and clogs the pores between GP grains, leading to the formation of lumps which increases the dissolution time. We demonstrate that the GP dissolution kinetics is controlled by the gel swelling kinetics. Gel swelling is a diffusive process governed by GP counter-ions osmotic pressure. Gel dissolution is not controlled by a reptation process but occurs when the polymer concentration inside the gel reaches c*, the overlap concentration of the GP. Dissolution is accelerated by stirring the polymer/water mix. The shear at the gel/solvent interface is responsible for the gel erosion. Erosion occurs when the polymer concentration inside the gel reaches the critical erosion concentration cer > c*, which increases with the mixing velocity ω. We demonstrate that GP dissolution kinetics is thus controlled by the erosion of the gel layer and that the dissolution time varies as ω to the power -1.2.

Le polyéthylène à ultra haute masse molaire (UHMWPE) présente une viscosité si forte à l'état fondu que seuls des procédés de mise en forme de type frittage peuvent être employé. Ce procédé rarement utilisé pour les polymères reste peu étudié. En particulier les deux principaux mécanismes généralement mentionnés que sont le réenchevêtrement et la cocristallisation aux interfaces sont difficilement observables séparément. Le UHMWPE, grâce à sa très haute viscosité à l'état fondu et grâce à son plateau caoutchoutique extrêmement étendue en température, peut faire l'objet d'essais mécaniques à la fois à l'état semi-cristallin et à l'état fondu. Des poudres natives de UHMWPE de masses molaires comprises entre 0,6 et 10,5 Mg.mol-1 sont utilisées comme matériau de départ pour leur mise en oeuvre par frittage. La consolidation des interfaces par soudage des particules a été effectuée sous pression à différentes températures supérieures au point de fusion et pour différentes durées. Des expériences de traction effectuées soit à température ambiante soit au-dessus du point de fusion ont permis de distinguer le rôle de l'interdiffusion des chaînes au travers des interfaces de celle de la cocristallisation dans les mécanismes de soudage de particules. Il s'est avéré qu'un soudage efficace se produit dans une échelle de temps très courte. La très faible influence de la durée de frittage par rapport à celle de la température de frittage a prouvé que l'interdiffusion des chaînes n'est pas régie par un mécanisme de reptation. L'explosion à la fusion des cristaux " hors-équilibre " de la poudre native est suggérée être le mécanisme principal permettant un réenchevêtrement dans un laps de temps beaucoup plus court que celui de la reptation. La cocristallisation est un phénomène si efficace dans la consolidation de l'interface à l'état solide qu'elle masque significativement la cinétique de réenchevêtrement gouverné par la température, visible dans les tests mécaniques à l'état fondu.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Thèse numérisée par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Des travaux récents ont montré que des revêtements polymères étaient réalisables par procédé connu sous le nom de Cold-Spray. Ces travaux sont particulièrement importants pour le polyéthylène de très haute masse molaire (UHMWPE) qui ne peuvent pas être mis en forme par les méthodes conventionnelles. Mais les mécanismes d'obtention des dépôts n'avaient pas été analysés. Cette thèse présente une analyse expérimentale mécanique détaillée du comportement à l'impact de particules d'UHMWPE et des mécanismes de formation du revêtement polymère sur un substrat en aluminium (Al) sous l'effet de la pulvérisation à froid de ces particules. La formation du revêtement se décompose en deux étapes : (1) se rapporte à la formation de la première couche de particules (interaction polymère-substrat), (2) à la croissance (par ajout de couches successives) du revêtement polymère (interaction polymère-polymère). La première étape de la formation du revêtement a été étudiée grâce à une technique expérimentale développée dans le cadre de cette thèse et appelée "Méthode de dépôt de particules isolées" (IPD). Il s'agit de déposer des particules isolées de UHMWPE sur un substrat en Al, en utilisant la même machine Cold-Spray, tout en contrôlant de manière précise la température du gaz et la teneur en FNA. Grâce à l'utilisation d'une caméra rapide, il a été possible de déterminer la vitesse des particules d'UHMWPE et par le calcul d'évaluer leur température avant et pendant leur impact. L'efficacité augmente avec d'une part la température et d'autre part la fraction de FNA. Cette efficacité dépend de la compétition entre l'énergie cinétique stockée sous forme d'énergie élastique Eel et l'énergie d'adhésion Ead du polymère à la surface du substrat. Pour que le film polymère se forme, il faut que Ead > Eel. Par ailleurs, Ead dépend de l'interface entre polyéthylène et aluminium, et de la présence de FNA. Les liaisons H disponibles sur la surface des FNA contribuent à l'adhésion, ce qui augmente le domaine de température favorable à la réalisation du dépôt. Concernant la croissance du revêtement, il s'agit cette fois-ci de l'adhésion polyéthylène-polyéthylène, avec toujours l'effet des nanoparticules FNA. Les études microstructurales et mécanique ont montré qu'en frittage conventionnel du UHMWPE sous forte pression, l'ajout de FNA renforce la cohésion des matériaux obtenus, mais que l'effet inverse est observé pour un frittage incomplet (sous faible pression). Enfin, afin d'explorer l'effet de vitesse de sollicitation de l'UHMWPE comparable à celles observées pour le Cold-Spray, des expériences utilisant des barres dites de Split-Hopkinson (SHPB) ont été menées. Les courbes obtenues permettent de disposer d'une cartographie complète du comportement thermo-viscoélasto-plastique de ce polymère, pur ou additionné de FNA. / Recent developments showed polymer coatings to be feasible by cold spray (CS) technique on different surfaces. This is especially important for Ultra-High Molecular Weight Polyethylene (UHMWPE) which cannot be classically processed. But the mechanisms behind coating formation was not largely understood. The thesis presents a mechanistic understanding of high strain rate impact behavior of Ultra-High Molecular Weight Polyethylene and the mechanism of coating formation during CS. The coating formation is first broken down into two major categories: 1. Interaction of UHMWPE with Al substrate (impacting particle-substrate interaction) during a high-speed impact and interaction of UHMWPE with already deposited UHMWPE particles (impacting particle-deposited particles) leading to a buildup in the coating. First stage of coating formation was understood from a technique developed for this work called Isolated Particle Deposition (IPD). In the experimental IPD process, effects of gas temperature and FNA content were calibrated empirically by depositing UHMWPE particles in an isolated manner on an Al substrate. The Deposition efficiency increased with gas temperature and FNA content. The use of an ultrafast video-camera helped to determine the particle velocity, and theoretical calculations helped to evaluate the temperature of UHMWPE particles before and during the impact process. Mechanical response of UHMWPE at different temperatures were understood by calculating elastic strain energy of UHMWPE which decreased with increasing material temperature and increased with the strain rate. Rebound of UHMWPE particles on Al surface depended upon whether UHMWPE particles after impact furnished a contact area with an interfacial bond stronger than elastic strain energy of the particle. External contributions like H-bonds on the FNA surface provide sufficiently strong extra bonds at the contact surface to increase the window of deposition at higher temperatures, which was otherwise very low. Second stage of coating formation was understood from the mechanism of welding of UHMWPE grains at different interfacial loading conditions and at varying FNA contents. The morphological and mechanical characterization showed that when UHMWPE was processed under high loading conditions (using classical sintering technique), FNA particles reinforced the UHMWPE interface. On the contrary, when UHMWPE was processed under low loading conditions, FNA particles weakened the interface. Last to be discussed in the thesis is the strain rate effect of UHMWPE using Split-Hopkinson Pressure Bar (SHPB) experiments, in order to approach comparable conditions to what happens during particle impacts. This part of the study discussed in detail the effects a high strain-rate compression has on UHMWPE by analyzing its stress-strain curves, with and without FNA. Thus, the mechanical response data with the inclusion 0%, 4% and 10% FNA to UHMWPE is also presented and discussed.