Résumé : Le poly(acide lactique) ou PLA est une famille de polyester thermoplastique linéaire qui a connu un essor commercial important durant la dernière décennie. L'enthousiasme pour le PLA vient de sa nature biosourcée, de ses bonnes propriétés mécaniques comme un module élastique élevé et de la possibilité de le biodégrader. Toutefois, certaines carences comme une faible résistance thermique et une faible élasticité à l’état fondu limitent son champ d’application. Fait à noter, le monomère d’acide lactique possède deux stéréo-isomères (L et D). Il est possible de polymériser les isomères L ou D pour former respectivement le PLLA ou le PDLA mais de façon surprenante, le mélange de PLLA et de PDLA permet la formation d’une structure cristalline distincte appelée le stéréocomplexe. Cette forme cristalline a un point de fusion 50[degré]C plus élevé par rapport aux formes cristallines du PLLA ou de PDLA d’où un premier intérêt pour augmenter la résistance thermique du matériau. Dans ce travail, l’usage de petites quantités (0-5 % massique) de PDLA comme additif dans une phase majeure de PLLA sera analysé. L’effet du stéréocomplexe formé à haute température sur la nucléation du PLLA et sur les propriétés rhéologiques du mélange sera plus particulièrement étudié. La présente thèse comprend une revue de littérature sur la cristallisation des PLA suivie de quatre parties expérimentales, conclusions et recommandations. La revue de littérature a pour objectif de réinterpréter l’ensemble des données disponibles sur la cristallisation du PLA afin d’en tirer des conclusions claires. La première partie expérimentale porte sur la cinétique de formation du stéréocomplexe à l'état fondu. Il a été constaté que la formation du stéréocomplexe est lente aux températures usuelles de mise en forme du PLLA ( 180[degré]C). De plus, la coexistence d’une morphologie baptisée dans ce travail « structure en réseau » et d’une morphologie sphérulitique a été révélée pour la première fois. Il a été démontré que la structure de réseau a une température de fusion moins élevée que la structure sphérulitique. Dans la seconde partie du travail, la cinétique de stéréocomplexation a été améliorée significativement pour adapter celle-ci aux cycles de refroidissement courts typiques des méthodes de mise en forme à l’état fondu. Ceci a été réalisé en ajoutant des agents nucléants qui initient la cristallisation à plus haute température et des agents plastifiants qui viennent augmenter la mobilité des polymères. Cette stratégie a permis de réduire le temps de cristallisation d’un ordre de grandeur. Dans un troisième temps, l'effet du stéréocomplexe sur les propriétés rhéologiques d’un mélange PDLA/PLLA a été investigué. En raison de son point de fusion élevé, le stéréocomplexe peut être préservé dans une matrice PLLA fondue et ainsi changer significativement les propriétés rhéologiques. La présence du stéréocomplexe a mené à une augmentation significative de la viscosité et de l'élasticité du PLA expliqué par la formation de points de « réticulation physique » dans la matrice amorphe. Enfin, dans la dernière partie expérimentale, le stéréocomplexe a été utilisé pour améliorer le comportement en moussage du PLA. Des expériences de visualisation et de moussage en mode discontinu ont montré que la présence de stéréocomplexe augmente la densité de nucléation de bulles et améliore significativement la morphologie de la mousse finale grâce à un effet de nucléation et à l’augmentation de l’élasticité du fluide. La revue de littérature et les trois premières parties expérimentales sont présentées sous forme d’articles scientifiques. La dernière partie expérimentale est à titre prospectif pour la suite du projet et ne sera pas soumise pour publication. // Abstract : Poly(lactic acid), or PLA, is a family of linear thermoplastic polyesters that has experienced strong market growth over the past decade. The enthusiasm for PLA originates from its bio-based nature, its good properties and its biodegradability. However, some of PLA deficiencies such as low thermal resistance and low melt elasticity have limited the development of this polymer. It is noteworthy that the lactic acid monomer has two stereo-isomers (L and D) that can be polymerized respectively into PLLA and PDLA but surprisingly, blending of PLLA and PDLA can lead to the formation of a “stereocomplex” which has a distinct crystalline structure from that of the homopolymers. This crystalline form has a melting point 50 oC greater than the crystalline PDLA or PLLA forms, thus it has by itself an interest in terms of heat resistance. In this work, the use of small amounts of PDLA (0-5%) in a matrix of PLLA will be explored. Particular emphasis will be on the nucleating ability of the stereocomplex (formed at high temperature) on PLLA crystallization and on its effect on the blends rheological properties. The current thesis comprises a literature review on PLA crystallization followed by four experimental sections. The objective of the literature review was to reinterpret the large body of data available on PLA in order to draw clear conclusions on PLA crystallization. The first experimental part of the work focused on the kinetics and conditions of stereocomplex formation in the melt state. It was found that stereocomplex formation is slow in the melt processing temperature range of PLLA (180 oC). Co-existence of a so-called “network structure” with a spherulitic structure was revealed for the first time. It was shown that the network structure has a lower melting point than the spherulitic one. In the second part of the work, stereocomplexation kinetics was improved significantly to match it with the fast cooling cycles typical of melt processing techniques. This was achieved by adding nucleating agents that initiated crystallization at higher temperatures and plasticizers that enabled more polymer fluidity. This strategy enabled an order of magnitude decrease in crystallization time. The third part of the work was the investigation of rheological properties upon formation of the stereocomplex structure in 0-5% PDLA in PLLA blends. Due to its higher melting point, the stereocomplex can be preserved in molten PLLA and alter significantly the blend melt rheology. Stereocomplex formation was monitored through rheological measurements and compared to classical calorimetry data. The presence of the stereocomplex lead to a significant increase in viscosity and in melt elasticity explained through the presence of physical crosslink points in the amorphous matrix. Finally, in the last experimental part of the work, the stereocomplex was employed to enhance PLA foaming behavior. Foaming visualization experiments as well as batch foaming tests showed that the presence of the stereocomplex can increase bubble nucleation density and led to a finer and more uniform foam morphology due to its nucleating effect and to the increased melt elasticity. The literature review and the three first experimental sections are presented in Peer-reviewed journal format. The last experimental section is meant as an exploratory and prospective part for the project and will not be submitted for publication.

La thèse porte sur l’étude de la morphologie et des différentes propriétés thermiques, mécaniques et barrières à la vapeur d’eau des nanobiocomposites à base de poly acide lactique (pla). La première partie est consacrée au greffage de l’anhydride maléique (am) sur le poly acide lactique plagma et à la mise en oeuvre de nanobiocomposites pla/cloisites, plagma/cloisites et pla/plagma/cloisites en utilisant deux cloisites® différentes (c20a et c30b), préparés par voie fondue. Au travers des différentes techniques utilisées, les résultats révèlent que les nanobiocomposites pla/cloisites élaborés se caractérisent par une morphologie mixte intercalée-exfoliée. L’ensemble des échantillons élaborés indiquent une meilleure dispersion de la cloisite apolaire c20a en présence de l’anhydride maléique et la réagrégation de la cloisite polaire c30b et par conséquent, l’amélioration à la fois des propriétés mécaniques et barrières à la vapeur d’eau des nanobiocomposites à base de la c20a. La seconde partie traite l’influence des groupements fonctionnels d’oxyde de graphène synthetisé au laboratoire et de graphène fonctionnalisé époxy commercialisé et fournit par nanovia (france) sur la dispersion des nanofeuillets de graphène au sein de la matrice pla, en présence ou en absence du compatibilisant plagma. L’étude révèle que la présence du compatibilisant améliore la dispersion de deux nanocharges étudiées. Le maximum des performances rhéologiques indiquant la meilleure dispersion de la nanocharge est enregistré pour une faible quantité d’oxyde de graphène possédant plus de groupements fonctionnels contenant l’atome d’oxygène. Les propriétés thermiques et barrières ont été considérablement améliorées avec l’incorporation des deux nanocharges et en présence de l’agent compatibilisant plagma. L’étude montre aussi que les propriétés mécaniques en traction des nanobiocomposites à base de graphène fonctionnalisé époxy (gfe) ont été améliorées en présence du plagma. / The thesis focuses on the study of the morphology and thermal, mechanical and barrier properties of the nanobiocomposites based on poly lactic acid (pla). The first part is devoted to the grafting of maleic anhydride (ma) on the poly lactic acid plagma and the elaboration of the nanobiocomposites pla/cloisites, plagma/cloisites and pla/plagma/cloisitres using two different cloisites (c20a and c30b), prepared by melt intercalation and the characterization of the main properties. The results indicate that the pla/cloisites nanobiocomposites exhibit a mixed intercalated-exfoliated morphology. All the prepared samples showed an improvement in both thermal, mechanical and barrier properties in the presence of the nanofiller. All prepared samples show better dispersion of apolar cloisite (c20a) in the presence of maleic anhydride and reaggregation of the polar cloisite (c30b) and therefore, the improvement of both the mechanical and barrier properties of the nanobiocomposites based on c20a. The second section discusses the effect of the functional groups of graphene oxide synthetized in the laboratory and the graphene fonctionnalized epoxy marketed and supplied by nanovia (france) on the dispersion of the graphene nanofillers in the pla matrix. The study reveals that the presence of compatibilizer improves the dispersion of two studied nanofillers. Maximum rheological performance indicating better dispersion of the nanofiller is registered for a small amount of graphene oxide (og) with more functional groups containing oxygen atom. The thermal and barriers properties have been considerably improved with the incorporation of two nanofillers and in the presence of plagma compatibilizer. The study also shows that the tensile properties of the pla containing graphene functionalized epoxy (gfe) were improved in the presence of plagma.

Suite à un accident, les lésions du ligament croisé antérieur sont de plus en plus fréquentes devenant un problème de santé publique. En réponse à la demande de solutions alternatives aux traitements chirurgicaux actuels, nous avons développé un renfort ligamentaire en biomatériaux dégradables. Pour répondre à l'exigence de la régénération ligamentaire, ce dernier doit être suffisamment résistant pour répondre aux contraintes physiologiques du genou, et doit se dégrader tout en permettant la régénération d'un nouveau ligament. Nous avons synthétisé de nouveaux copolymères bloc à base de PLA et de poloxamère ou poloxamine qui ont été filés puis tricotés pour concevoir un textile tubulaire. Ce textile tubulaire possède des caractéristiques mécaniques intéressantes pour le remplacement d'un ligament. En parallèle, a été développée une matrice poreuse à trois dimensions en collagène et glycoaminoglycanes. Cette matrice permet de favoriser l'adhésion et la prolifération cellulaire. Le renfort tricoté associé à la matrice de collagène a été implanté in vivo durant 3 mois. A 3 mois, parfaitement intégrée, la structure composite permet la formation d'un néo-tissu tout en perdant progressivement ses propriétés mécaniques. / Following accidents, anterior cruciate ligament (ACL) damages are increasingly becoming a common public health problem. To comply with the demand for alternatives to current surgical treatments, we have developed ligament reinforcement with degradable biomaterials. To meet the requirement of ligament regeneration, ligament reinforcement must be strong enough to support knee physiological strains, and must degrade while allowing the new ligament regeneration. Novel block copolymers PLA- and poloxamer or poloxamine based have been synthesized which were then spun for designing a tubular knitted fabric. The tubular fabric has interesting mechanical characteristics for ligament replacement. In parallel, a collagen and glycosaminoglycans porous three-dimensional matrix has been developed. This matrix is able to promote cell adhesion and proliferation. The knitted reinforcement associated with the collagen matrix has been implanted in vivo for 3 months. Fully integrated, the composite structure allows néo-tissue formation while gradually losing its mechanical properties after 3 months.

Le poly(acide lactique), PLA, est un polymère biocompatible et biodégradable, qui peut être produit à partir de ressources renouvelables. En conséquence, il a soulevé une attention toute particulière en tant que remplacement éventuel des polymères à base de pétrole. C’est un polyester aliphatique ayant des propriétés telles que module élevé, haute résistance, biocompatibilité et est donc un matériau prometteur pour diverses applications telles que les implants, l’encapsulation de médicaments et l'emballage. A cause de sa faible température de transition vitreuse, le PLA a une faible résistance thermique et les applications sont donc limitées à celles qui ne sont pas associées à des températures élevées. En outre, ce polymère souffre d'un faible degré de cristallinité. L'augmentation du taux de cristallinité dans de nombreuses techniques de mise en forme, telles que le moulage par injection, est nécessaire. Il y a plusieurs façons d'augmenter le niveau de cristallinité du PLA. Ces procédés comprennent l'utilisation d'agents nucléants, de plastifiants, ou de combinaisons d'agents plastifiants et de nucléation. La cristallisation du PLA à l'état fondu se présente sous deux formes cristallines légèrement différentes connues sous les noms α et α'. Cette étude compare la capacité d'auto-nucléation de ces deux formes cristallines par auto-nucléation. Ceci est réalisé en comparant les températures de cristallisation lors du refroidissement des échantillons préalablement cristallisés à diverses températures, puis de nouveau chauffé à une température dans la plage de fusion partielle du PLA. Dans la deuxième étape, l'effet des paramètres cinétiques et le poids moléculaire du PLA sur l'efficacité de nucléation des PLA phases cristallines a été étudié. Cette partie de l’étude ouvre une nouvelle voie pour comprendre le rôle des modifications cristallines du PLA qui mènent aux conditions optimales pour la cristallisation du PLA. La mise en forme des polymères implique des contraintes de cisaillement et d’élongation, ce qui implique une cristallisation induite par l’écoulement et la solidification qui s’en suit. Les propriétés mécaniques des produits finals dépendent du degré de cristallisation et de la nature des cristaux formés. Par conséquent, l'optimisation du procédé nécessite une bonne compréhension de la façon dont l’écoulement influence la cristallisation. Le type d'écoulement peut jouer un rôle important sur la cristallisation. Par exemple, l'écoulement élongationnel provoque l’orientation et l’étirement des molécules dans le sens de l'extension, comme dans le cas de la mise en forme de fibres et le soufflage de film, en aidant le processus de cristallisation induite par l'écoulement. Une littérature abondante existe sur la ii cristallisation des thermoplastiques classiques induite par l'écoulement. Cela dit, moins d'attention a été accordée à l'effet de l'écoulement de cisaillement et d'allongement sur la cristallisation du PLA. Comme étudié dans la dernière partie de ce document, l'effet du poids moléculaire sur la cristallisation induite par cisaillement du PLA est rapporté. Pour cela, trois différents PLA à faible, moyen et haut poids moléculaire ont été préparés par réaction d'hydrolyse. Ensuite, en utilisant un rhéomètre oscillatoire, l’effet du cisaillement sur la cinétique de cristallisation du PLA a été examiné. / Abstract : Poly(lactic acid), PLA, is a biocompatible and biodegradable polymer that can be produced from renewable resources. As a result, it has raised particular attention as a potential replacement for petroleum-based polymers. It is an aliphatic polyester with properties such as high modulus, high strength, and biocompatibility and is thus a promising material for various applications such as implants, drug encapsulation, and packaging. In the wake of low glass transition temperature, PLA has a low heat resistance and its application is limited to those not associated with high temperatures. In addition, this polymer suffers from a low degree of crystalinity. Increasing the crystallization rate in many processing operations, such as injection molding, is required. So far, many routes have been found to improve the crystallinity of PLA. These methods include using nucleating agents, plasticizers, and combination of nucleating agents and plasticizers together. PLA crystallization in the melt state results in two slightly different crystalline forms known as α and α’forms. This thesis compares the self-nucleation ability of these two crystal forms by self-nucleation. This is achieved by comparing crystallization temperatures upon cooling for samples previously crystallized at various temperatures and then re-heated to a temperature in the partial melting range for PLA. In the second step, we study the effect of molecular weight of PLA on the nucleation efficiency of PLA crystalline phases. This part of the investigation opens a new pathway to understand the role of PLA crystalline phases on the optimal condition for its crystallization kinetics. Polymer processing operations involve mixed shear and elongational flows and cause polymer molecules to experience flow-induced crystallization during flow and subsequent solidification. The mechanical properties of the final products are significantly dependent upon the degree of crystallization and types of formed crystals. Therefore, optimization of any polymer process requires a good understanding of how flow influences crystallization. The type of flow can play a significant role in affecting crystallization. For example, elongational flow causes molecules to orient and stretch in the direction of extension, as in the case of fiber spinning and film blowing, helping the process of flow-induced crystallization. An extensive body of literature exists on flow-induced crystallization of conventional thermoplastics. Having said that, less attention has been paid to the effect of shear and elongational flow on the PLA crystallization kinetics. As investigated in the final part of this thesis, the effect of iv molecular weight on the shear-induced crystallization of PLA is reported. For this, low, medium and high molecular-weight PLAs were prepared from a high molecular weight one by a hydrolysis reaction. Next, by means of a simple rotational rheometry, effect of the shear flow was examined on the crystallization kinetics of these three PLAs.

Le psoriasis est une dermatose inflammatoire chronique affectant 2 à 3 % de la population européenne. Les cytokines pro-inflammatoires ont un rôle crucial dans la pathogénèse du psoriasis. Parmi les voies de signalisation cytokinique, l'étude de la voie JAK/STAT a conduit au développement de traitements systémiques efficaces. Cependant, les essais cliniques évaluant les inhibiteurs JAK/STAT impliquent en grande majorité des administrations orales, la voie topique restant marginale. Le développement de formulations innovantes pour application topique contenant des inhibiteurs JAK/STAT semble être une stratégie prometteuse dans le cadre du psoriasis. Les nanoparticules de poly(acide lactique) (NP PLA) développées au laboratoire ont été étudiées pour la délivrance topique de principes actifs. Ce sont des vecteurs efficaces, qui s'accumulent dans les follicules pileux. De plus, l'encapsulation d'actifs dans des NP PLA permet une libération spécifique au niveau du site d'action, et donc une réduction de la toxicité. L'objectif de ce travail est d'élaborer des formulations semi-solides de NP PLA contenant un inhibiteur JAK/STAT pour le traitement topique du psoriasis, tout en caractérisant un modèle in vivo de psoriasis induit par applications d'Imiquimod. Cette caractérisation des lésions psoriasiformes permettra l'évaluation in vivo des nanoformulations topiques contenant des inhibiteurs JAK/STAT. Cinq formulations ont été élaborées puis caractérisées afin de répondre aux attentes galéniques pour une application topique. L'intégrité des NP PLA a été vérifiée, et la pénétration/perméation de molécules modèles à travers de la peau de souris inflammée a été évaluée / Psoriasis is a chronic inflammatory skin disease, affecting 2 to 3 % of European population. Inflammatory cytokines play a crucial role in the pathogenesis of psoriasis. Among cytokines signaling pathways, JAK/STAT pathway has been widely investigated, leading to the development of efficient systemic agents. However, current clinical trials evaluating JAK/Sat inhibitors mainly involve oral administrations, with few investigations on topical route. Developing innovative drug delivery systems for topical application of JAK/STAT inhibitors seems a promising strategy for psoriasis treatment. Poly(lactic acid) nanoparticles (PLA NPs) developed in the laboratory have been widely investigated for topical drug delivery and are efficient carriers for local dermatotherapy, especially through hair follicles. Moreover, drug encapsulation in PLA NPs for topical delivery allows a specific delivery to the site of action, and thus a decreased toxicity.The aim of this work was to elaborate semi-solid formulations of PLA NPs containing JAK/STAT inhibitors for topical treatment of psoriasis, while characterizing an in vivo model of Imiquimod-induced psoriasis in mice. This characterization of psoriasis-like skin lesions in Imiquimod treated mice provided key tools for in vivo evaluation of topical nanoformulations containing JAK/STAT inhibitors. Five formulations have been developed and then characterized in order to meet galenic criteria for topical drug administration. PLA NPs integrity was assessed, and penetration/permeation profiles of model dugs through inflamed mice skin were determined

Les balles de céréales, à savoir l'enveloppe autour du grain, ont récemment retenu l'attention des scientifiques afin d'entrer dans la formulation de biocomposites. En effet, ces sous-produits de l'agriculture ont un coût négligeable, sont perpétuellement renouvelables et disponibles en volume important dans le Monde et leur fin de vie est assurée par leur biodégradabilité. Leurs compositions chimiques et leurs propriétés thermiques et mécaniques sont similaires à celles des fibres naturelles.Dans cette thèse, deux types de balles de riz et deux types de balles de Petit Epeautre ont été étudiées à travers leur microstructure, leur composition chimique, leurs propriétés mécaniques et thermiques. Les balles ont été incorporées dans une matrice bio-sourcée et biodégradable, à savoir le poly(acide lactique) (PLA) pour donner des biocomposites dont les propriétés d'usage ont été étudiées. Il apparaît que les balles céréalières peuvent devenir un candidat potentiel intéressant pour le renforcement du PLA moyennant une amélioration de l'adhésion à l'interface entre les balles et le PLA.Afin d'améliorer cette interface, les balles ont été traitées par une solution alcaline (NaOH) et par des agents de couplage de type organosilane (3-aminopropyltriéthoxysilane et 3- glycidoxypropyltrimethoxysilane). Le traitement alcalin a permis de retirer une grande partie des hémicelluloses, de la lignine, de la cire et de la silice présentes dans les balles. La dissolution de ces constituants a provoqué une plus forte hygroscopicité des balles et se traduit par de plus faibles propriétés mécaniques des biocomposites. Le couplage traitement alcalin/traitement silane semble apporter une amélioration des performances plus importantes que le traitement silane seul. Ce traitement de surface a davantage d'impact sur la balle de Petit Epeautre que sur la balle de riz.L'évolution des propriétés d'usage des biocomposites à base de balles de riz au cours de différents vieillissements (thermique, hydro-thermique, cyclages hygro-thermiques, UV) a été étudiée. Les résultats montrent que l'évolution microstructurale induite par les vieillissements influence significativement les propriétés des biocomposites. La dégradation des biocomposites se traduit par une diminution de la masse moléculaire moyenne du PLA. La réorganisation de ces macromolécules augmente sensiblement le taux de cristallinité du matériau. Ceci induit un changement de la couleur, de la stabilité dimensionnelle des pièces et des propriétés mécaniques du PLA et des biocomposites qui dépend essentiellement de la température de vieillissement par rapport à la température de transition vitreuse du PLA. Il apparaît que l'ajout de balles accélère la dégradation du PLA. Dans le cas d'un vieillissement hydro-thermique au-dessus de la température de transition vitreuse du PLA, une réduction de cette dégradation a été mise en évidence par l'utilisation de certains traitements de surface des balles. / The cereal husks, namely the envelope around the grain, have recently attracted the attention of scientists for biocomposites development, because they are low-cost, renewable, biodegradable, and available in abundant volume throughout the world. Their chemical composition and their thermal and mechanical properties are similar to the natural fibers.In this work, two types of rice husk and two types of Einkorn wheat husk were studied through their microstructure, chemical composition, mechanical and thermal properties. The husks have been incorporated into a bio-sourced and biodegradable matrix, namely poly (lactic acid) (PLA) to produce biocomposite which functional properties were studied. It appears that the husks can be good candidates for strengthening the PLA through improved adhesion at the interface between the husks and the PLA.To improve the husks/PLA interface, the husks were treated with an alkaline solution (NaOH) and organosilane coupling agents, such as 3-aminopropyltriethoxysilane and 3 - glycidoxypropyltrimethoxysilane. The alkaline treatment has removed much of hemicelluloses, lignin, wax and silica present in the husks. The dissolution of these components resulted in a higher hygroscopicity of husks and lower mechanical properties of biocomposites. The coupling between an alkaline treatment and a silane treatment seems to provide better properties than the silane treatment alone. This surface treatment has a greater impact on the Einkorn wheat husks than on rice husksThe variations of the functional properties of rice husks based biocomposites during different ageings (thermal ageing, hydro-thermal ageing, hygro-thermal cycled ageing, UV ageing) was studied. The results show that the microstructural changes induced by ageing significantly influence the properties of biocomposites. Biocomposites degradation results in a decrease of the average molecular weight of PLA. The reorganization of these macromolecules significantly increases the degree of crystallinity of the material. This causes a change in color, dimensional stability of devices and mechanical properties of PLA and biocomposites which essentially depends on the ageing temperature regards to the glass transition temperature of PLA. It appears that the addition of husks accelerates the degradation of PLA. In the case of a hydro-thermal ageing performed above the glass transition temperature of the PLA, a reduction of this degradation was demonstrated by the use of specific surface treatments of husks.

Ces travaux de recherche ont porté sur l'élaboration et la compatibilisation de mélanges de matériaux biosourcés à base d'amidon plastifié et de poly (acide lactique). La transformation de l'amidon natif en amidon plastifié est réalisable par extrusion en utilisant des plastifiants. Dans notre étude, les propriétés finales de l'amidon plastifié ont été contrôlées en faisant varier les conditions du procédé (température, temps de séjour, vitesse de rotation des vis) et du matériau (nature et teneur en plastifiant). La plastification de l'amidon par l'eau, le glycérol, le sorbitol et l'acide citrique a ainsi été étudiée. Les mélanges d'amidon plastifié et le poly (acide lactique)(PLA) ont été préparés et caractérisés dans la deuxième partie du travail. Afin d'améliorer la compatibilité de ces polymères, une voie consiste à incorporer un copolymère dans le mélange.Dans ce travail, le copolymère utilisé est un copolymère (Amylose-g-PLA) constitué d'une dorsale amylose et de greffons poly (acide lactique). Une polymérisation en trois étapes a été utilisée pour la synthèse du copolymère dans le but de contrôler la taille et le nombre de greffons de PLA. Deux types de copolymère ont été préparés : le type 1 contenant un nombre élevé de greffons de faible masse molaire et le type 2 contenant un nombre limité de greffons de haute masse molaire. L'efficacité de l'addition de ces copolymères Amylose-g-PLA dans les mélanges (PLA et amidon plastifié) est étudiée dans la dernière partie de ce travail. Une comparaison entre la morphologie et les propriétés mécaniques des mélanges préparées avec ces différents copolymères révèle l'efficacité plus élevée du copolymère de type 1 / This study dealt with the development and the compatibilization of the blends of plasticized starch and polylactic acid. The transformation of native to plasticized starch is possible by extrusion in the presence of plasticizers. In this work, the final properties of plasticized starch are controlled by changing process parameters (temperature, extrusion time, screw's rotation speed) and nature and quantity of plasticizers. Plasticization of starch by water, glycerol, sorbitol and citric acid is studied. The blends of plasticized starch and poly (lactic acid) (PLA) are prepared and characterized in the second part of this work. To improve the compatibility of the blend, one way is the addition of a copolymer to the mixture to stabilize the dispersed phase in the matrix. The copolymer used in this work (Amylose-g-PLA) is constituted of amylose backbone and poly (lactic acid) (PLA) grafts. The number and the size of the grafted chains of PLA have been controlled by a three step process polymerization. Two copolymer structures have been prepared: type1, containing high numbers of low molar weight PLA grafts and type 2, lower numbers of high molar weight PLA grafts. In the final part, efficiency of these copolymers (Amylose-g-PLA) in these blends is studied. The comparison between morphology and mechanical properties of blends prepared with these copolymers, demonstrate the higher efficiency of type1 copolymer

Dans ce travail de thèse, nous nous sommes intéressés au mélange de la farine de blé et du poly(acide lactique). La farine de blé, qui est composée principalement d'amidon, a été thermoplastifiée en extrudeur bivis par l'effet conjugué de la chaleur et du cisaillement en présence de plastifiants. Le poly(acide lactique) est, quant à lui, le polyester biodégradable le plus répandu à l'heure actuelle. Le mélange de ces deux phases est thermodynamiquement immiscible et peu compatible, différents leviers sont testés afin d'améliorer la qualité du mélange. Une première partie de ce travail repose sur la recherche de conditions optimales pour la transformation et le mélange des matières premières. L'extrusion bivis est utilisée à la fois pour plastifier l'amidon et pour assurer un bon mélange entre les phases. Le profil de vis et les différents équipements sont donc choisis en conséquence. Différents paramètres classiques de l'extrusion bivis sont étudiés : le profil de vis, le profil de température, le taux de remplissage… L'étude de la formulation, notamment des plastifiants utilisés pour la plastification de l'amidon mais également l'utilisation de compatibilisants pour améliorer l'interface amidon/PLA est traitée en deuxième partie. L'acide citrique est testé à la fois comme plastifiant et comme compatibilisant. Ces investigations nous ont permis de mettre au point différents grades intéressants répondant à des applications industrielles distinctes : injectabilité, souplesse, rigidité… / In this work, we have been interested in blending wheat flour and poly(lactic acid). Wheat flour, which is mainly constituted of starch, has been transformed with plasticizers in a twin-screw extruder with the effect of heat and shear. Poly(lactic acid) is the main biodegradable polyester in the world nowadays. These two phases are thermodynamically immiscible and not very compatible, different ways are tried to improve the blend quality. A first part of this work lies on the search of optimal conditions to transform and blend the raw materials. Twin-screw extrusion is used to pasticize starch and to ensure a good blending between the two phases. Screw design and different equipments have been chosen for this purpose. Classical twin-screw parameters have been studied: screw design, temperature profile, filling ratio… The study of the formulation, more particularly of plasticizers for starch plasticization but also of compatibilizers to improve starch/PLA interphase is tackled in a second part. Citric acid is tested as a plasticizer but also as a compatibilizer. These researches have allowed to develop interesting formulations for industrial applications: possibility of processing by injection-molding, flexibility, rigidity…

Les tanins condensés sont largement répandus et très abondants dans la nature. Au cours des dernières décennies, ces tanins ont été abondamment utilisés pour la production de formulations thermodurcissables (par exemple, les adhésifs pour le collage du bois, les matériaux en mousse) en raison de leur réactivité chimique. Cependant, ils présentent également un grand potentiel en tant que composants pour la conception de matériaux polymères innovants en raison de leurs propriétés physico-chimiques (p. ex. antioxydantes, antimicrobiennes et stabilisantes). Afin d’étendre les domaines d’utilisation des tanins aux matériaux polymères, le principal verrou scientifique et technique réside dans leur incompatibilité avec les polymères hydrophobes. À cette fin, trois voies de modification ont été mises au point pour améliorer la compatibilité des tanins avec les matrices PP ou PLA. Dans la première partie, les PP/ tanins ont été modifiés avec du glyoxal par vulcanisation dynamique. Après extrusion réactive, les tanins vulcanisés présentent une meilleure compatibilité avec la matrice PP et des propriétés anti-UV. La deuxième approche consiste en une modification par estérification à l'aide d'anhydride acétique. Avec cette méthode, des teneurs élevées en AT ont pu être incorporées au PLA, jusqu'à 30 % en poids et jusqu'à 20 % sans diminution notable des propriétés mécaniques ni impact sur la morphologie de surface. Ces composites PLA/AT sont imprimables en impression 3D par dépôt de matière fondue. Dans la troisième partie, une compatibilisation réactive a été réalisée avec succès pour améliorer l'adhésion interfaciale entre PLA et les tanins condensés en utilisant du 3-aminopropytriéthoxysilane, du diisocyanate de méthylène diphényle et du peroxyde de dicumyle (DCP). / Condensed tannins are widely distributed and highly abundant in nature. In the past decades, such tannins have played an important role in thermosetting systems (e.g. adhesives for wood bonding, foam material) because of their chemical reactivity. However, they also exhibit great potential as a component of polymeric materials because of their physicochemical properties (e.g. antioxidant, antimicrobial and stabilizing properties), which are promising for material preparation. In order to transform tannins from traditional application to a broaden application in polymeric materials, the main challenge facing tannins are their incompatibility with hydrophobic polymer. For this purpose, three modification pathways were developed to improve the compatibility of tannins with PP or PLA matrix. In the first part, PP/ tannins were modified with hexamine or glyoxal via dynamic vulcanization technique. After vulcanized extrusion, vulcanized tannins present better compatibility and UV protective performance in PP matrix. The second approach is CTs modified with acetic anhydride. With this method, up to 30 wt% acetylated tannin (AT) can be well incorporated with PLA while PLA containing up to 20 wt% AT did not deteriorate the mechanical property and surface morphology. This PLA/AT composites are printable via fused deposition modeling process. In the third part, the efficient reactive compatibilization have been successful used to improve the interfacial adhesion between PLA and CTs by using 3-aminopropytriethoxysilane, methylene diphenyl diisocyanate, and dicumyl peroxide (DCP).

L'utilisation de polymères issus de ressources renouvelables et la substitution de pièces massives par des produits alvéolaires constituent des approches intéressantes dans le contexte actuel de développement durable. Cette thèse porte donc sur le développement de polymères et composites alvéolaires bio-sourcés à base d'acide polylactique (PLA) et de fibres de cellulose obtenus par extrusion moussage en présence d'un agent d'expansion chimique endothermique (CFA). Les conditions d'extrusion moussage du PLA ont été optimisées selon des critères de réduction de densité. Un jeu optimal de paramètres en extrusion mono-vis (profil de température, vitesse de vis, conditions de refroidissement) a permis d'atteindre une fraction de vide de 47 % avec un taux de cellules ouvertes entre 10 et 26 %. Les paramètres matériaux (grade de PLA, nature et taux de CFA) montrent un effet notable sur la fraction de vide, la taille et la densité de cellules ainsi que sur les propriétés mécaniques. Une modification du PLA par irradiation g (à différentes doses et taux d'agent de réticulation TAIC) ou par incorporation d'un allongeur de chaine époxydé à des taux variables n'a pas permis d'augmenter la fraction de vide (44 % maximum) mais présente un effet significatif sur la taille des cellules (-39 %), la densité cellulaire (+60 %) et les propriétés mécaniques. L'incorporation de fibres de cellulose à différents taux et facteurs de forme (fibres courtes et microfibres) n'a pas amélioré la fraction de vide (10-25 %) mais a un effet sur la taille des cellules (-48 %) et le taux de cellules ouvertes (26-38 %). Le traitement des fibres par un aminosilane n'a pas induit de modification de propriétés.