Dans cette thèse, les membranes perfluorosulfoniques (PFSA) et les polymères aromatiques sulfonés (SAP) sont étudiés en vue d'une meilleure compréhension de leurs propriétés thermodynamiques, d'hydratation, mècaniques et électriques.Concernant les PFSA: 1) Préparation de membranes Nafion ayant diverses morphologies et structures (amorphe, semi-cristalline, stratifiée) et relation avec les propriétés, comme la transition vitreuse, la fusion, la conductivité protonique. 2) Divers traitements de recuit ont été appliqués et analysés par une nouvelle méthode quantitative appelé INCA (Ionomère nc analyse), utilisant aussi des agents de recuit spéciaux. Concernant les SAP: 1) Synthèse in situ de polymères réticulés et clarification du mécanisme. 2) Optimisation du degré de reticulation en vue de la meilleure conductivité protonique. 3) Obtention d'ionomères conducteurs cationiques par échange de cations du SPEEK et détermination des propriétés de ces nouveaux ionomères. / In this thesis, perfluorosulfonic acid membranes (PFSA) and sulfonated aromatic polymers (SAP) are studied to better understandtheir thermodynamic, hydration, mechanical and electrical properties. The following main points were addressed:Regarding PFSA:1) Nafion membranes with various morphology and microstructure (amorphous, semi-crystalline, layered) were prepared and the relation to the properties, such as glass and melting transitions, and proton conductivity, was established.2) Various annealing treatments were performed and analyzed by the quantitative INCA (Ionomer nc Analysis) method using also special annealing agents. Regarding SAP:1) The in situ synthesis of cross-linked polymers was studied and the mechanism was clarified. 2) The degree of cross-linking was optimized for best proton conductivity.3) Cation-conducting ionomers were obtained by cation exchange of SPEEK and the properties of these new ionomers were determined.

Cette thèse présente une contribution originale à la compréhension et la maîtrise des mécanismes physico-chimiques qui contrôlent l’élaboration d’un nouveau matériau polymère biphasique de type Super-TPV (thermoplastique vulcanisé) contenant une phase réticulée par le procédé d’extrusion réactive. La phase caoutchoutique est constituée d’un Vinyl-PDMS de haute masse molaire qui est réticulé dynamiquement avec une matrice thermoplastique PA12 lors du procédé de mise en œuvre à l’état fondu (T≈200°C). Le premier des quatre chapitres de ce mémoire est consacré à une étude bibliographique des différents aspects fondamentaux de la réticulation radicalaire des silicones. Dans le chapitre 2, nous avons étudié le processus de réticulation radicalaire du PDMS en fonction de la température (T>160°C). Le peroxyde de dicumyle (DCP) a été utilisé comme amorceur de la réaction. Pour tenter de contrôler la réaction de réticulation à ces températures élevées, le tétraméthylpipéridyloxyde (TEMPO) a été utilisé. Nous avons ainsi montré que le temps à la transition sol-gel viscoélastique augmente en fonction de la concentration de l’inhibiteur. Des études en RMN, DSC et TGA-MS ont montré que le mécanisme à l’origine de ce temps d’inhibition est le greffage des radicaux nitroxyles sur la chaine polymère silicone. Dans le chapitre 3, un modèle original a été développé avec succès pour décrire la rhéocinétique de la réticulation radicalaire contrôlée du PDMS. Cette modélisation est basée sur le couplage de la cinétique des macro-radicaux PDMS recombinés [Rcc(t)] et la variation des modules complexes de cisaillement (G'(t) et de G"(t)). Finalement, dans le chapitre 4 ces études fondamentales ont été développées à l’élaboration d’un TPV basé sur la réticulation radicalaire de la gomme silicone dans une matrice PA12. Nous avons alors montré que l'addition du TEMPO permet d’élaborer par un procédé dynamique un nouveau Super-TPV ayant une structure et une morphologie contrôlée. / The control of macromolecular structure has recently become an important topic of polymer science from both an academic and an industrial point of view. Indeed, free-radical crosslinking of Polydimethyl-vinylmethyl-siloxane (vinyl-PDMS) rubber by organic peroxide suffers from premature crosslinking at high temperatures, which is called scorching. Consequently, the basic aim of the investigations described in this thesis is to widen and explore the network topology–crosslinking kinetics relationships and find a novel way to control free-radical crosslinking chemistry and topological parameters of final PDMS networks. The work is primarily focused on the extensive study of the crosslinking control of PDMS rubber at high temperatures. A novel composition using 2,2,6,6-tetramethylpiperidinyloxyl (TEMPO) and dicumyl peroxide (DCP) for scorch delay and control of the final network topology of the PDMS has been proposed. The work specified in this thesis is therefore directed to find a proper [TEMPO]/[DCP] ratio provided the development of a new biphasic material such as PA12/PDMS blend type TPV (Thermoplastic Vulcanizated). For this purpose a new method based on the relationship between the kinetics of the macro-radicals coupling [Rcc(t)] was derived from a fundamental kinetic model and the viscoelastic changes of the complex shear modulus (G’(t) and G”(t)). As a main result, the rheological modelling shows that this new method accurately predicts the time variation of complex shear modulus at any temperature and [TEMPO]/[DCP] ratio. Interestingly, addition of TEMPO to the TPV novel composition provided the PA12/PDMS blend compatibilization in the dynamic process and gives a new material having a controlled structure and morphology. A better insight in understanding the blend composition and the morphology development relationships is aimed at.

Les hydrogels sont des matériaux aux propriétés modulables dont la dégradation peut être contrôlée. Du fait de leur biocompatibilité, ils peuvent être utilisés afin de protéger les médicaments labiles et ainsi favoriser l’administration de traitements médicaux, d’où l’intérêt croissant de développer ces matériaux. Depuis quelques années, ils font l’objet de nombreuses recherches, que ce soit en ingénierie tissulaire, détection de mouvement, régénération de tissus ou pour le relargage de médicaments. Ce projet de thèse porte sur la formation d’hydrogels à base d’α-cyclodextrine et de polyéthylène glycol 20K ainsi que sur l’étude de leur capacité de relargage de principes actifs. Ces composés ont la capacité de former des complexes d’inclusion, créant ainsi un collier de perle, appelés pseudopolyrotaxane. Ensuite, ils seront modifiés pour créer des hydrogels de polyrotaxanes grâce à l’ajout de groupement bloquants. Finalement, nous formerons des hydrogels à point de réticulations glissant après avoir relié deux polyrotaxanes par leur macrocycle. À l’aide d’études rhéologiques, nous avons montré une amélioration des propriétés mécaniques des hydrogels proportionnelle à l’apport de liaisons chimique. Les groupements bloquants permettent d’éviter la désinclusion tandis que les réticulations apportent un effet poulie, les rendant exceptionnellement élastique. Ces hypothèses sont validées par les études structurales. Et nos hydrogels se sont révélés non toxiques pour les cellules humaines et ces résultats confirment leur biocompatibilité. Les hydrogels de pseudopolyrotaxanes sont les plus écologiques et les plus appropriés pour une application locale cutanée. Les hydrogels de polyrotaxanes, plus stables, peuvent être utilisés pour des applications locales prolongées ou par injection. Cependant, nos hydrogels de polyrotaxanes réticulés devront être modifiés afin de permettre un relargage contrôlé, car leur extrême stabilité pourrait entraver leur dégradation lors d'une injection sous-cutanée malgré leurs propriétés mécaniques exceptionnelles. / Hydrogels are materials with tunable properties whose degradation can be controlled. Because of their biocompatibility, they can be used to protect labile drugs and thus facilitate the administration of medical treatments, hence the growing interest in developing these materials. In recent years, they have been the subject of numerous studies, whether in tissue engineering, motion sensing, tissue regeneration or drug delivery. This project focuses on the formation of hydrogels based on α-cyclodextrin and polyethylene glycol 20K and the study of their drug release capacity. These compounds can form inclusion complexes, forming a pearl necklace called pseudopolyrotaxane. They will then be modified to form polyrotaxane hydrogels by adding blocking groups. Finally, we will form hydrogels with sliding cross-linking points after linking two polyrotaxanes through their macrocycle. Through rheological studies, we have demonstrated an improvement in the mechanical properties of the hydrogels proportional to the introduction of chemical bonds. Blocking groups prevent desorption, while cross-linking provides a pulley effect, making them exceptionally elastic. These hypotheses are supported by structural studies. Our hydrogels have been shown to be non-toxic to human cells, confirming their biocompatibility. Pseudopolyrotaxane hydrogels are the most environmentally friendly and suitable for local cutaneous application. Polyrotaxane hydrogels are more stable and can be used for prolonged local applications or by injection. However, our cross-linked polyrotaxane hydrogels will need to be modified to allow controlled release, as their extreme stability could hinder their degradation during subcutaneous injection, despite their exceptional mechanical properties.

Cette étude porte sur la réticulation du caoutchouc naturel époxydé (ENR) par les acides dicarboxyliques, via les sites époxy. La réaction de réticulation de ces élastomères fonctionnalisés, contenant 10 à 50 % en moles de sites époxy réactifs, a été suivie par rhéologie à 180°C. Les matériaux obtenus ont été caractérisés par des expériences de traction, par analyse mécanique dynamique et pas DSC. L'étude de mélanges binaires d'ENR et d'acide dodécanedioïque a montré que les propriétés mécaniques sont optimales pour un certain ratio d'agent réticulant, mais qu'elles sont limitées par le long traitement thermique nécessaire pour réticuler le matériau (3 heures). L'ajout de 1,2-diméthylimidazole (DMI) a permis d'augmenter considérablement l'efficacité de la réaction (plateau atteint en seulement 20 minutes). Une quantité équimolaire d'accélérateur et de fonctions carboxyliques est nécessaire pour optimiser la cinétique et les propriétés des matériaux à la rupture. Ceci est associé à la formation d'un dicarboxylate d'imidazolium, soluble dans la matrice élastomère. Le rôle de cet intermédiaire a été mis en valeur par des expériences de RMN du solide, couplées à de la RMN en solution sur un polyisoprène liquide époxydé. Ces expériences de RMN ont également confirmé que les ponts du réseau étaient des liaisons esters, et ont permis d'établir la régiosélectivité de la réaction. L'ajout de charges et d'antioxydants a permis de développer un matériau industriel. Des expériences de fatigue et de vieillissement sur ces systèmes chargés montrent que les performances des réseaux ester se comparent favorablement à celles des réseaux obtenus par vulcanisation classique au soufre ou au peroxyde.

Le byssus est un amas de fibres que les moules produisent afin de s’ancrer aux surfaces immergées sous l’eau. Ces fibres sont pourvues de propriétés mécaniques impressionnantes combinant rigidité, élasticité et ténacité élevées. De plus, elles possèdent un comportement d’auto-guérison de leurs propriétés mécaniques en fonction du temps lorsque la contrainte initialement appliquée est retirée. Les propriétés mécaniques de ces fibres sont le résultat de l’agencement hiérarchique de protéines de type copolymère blocs riches en collagène et de la présence de métaux formant des liens sacrificiels réversibles avec certains acides aminés comme les DOPA et les histidines. Bien que cette fibre soit très intéressante pour la production de matériaux grâce à son contenu élevé en collagène potentiellement biocompatible, cette ressource naturelle est traitée comme un déchet par les mytiliculteurs. L’objectif de cette thèse était de valoriser cette fibre en extrayant les protéines pour générer une nouvelle classe de matériaux biomimétiques. Un hydrolysat de protéines de byssus (BPH) riche en acides aminés chargés, i.e. ~30 % mol, et permettant de former des films a pu être généré. Lorsque solubilisé à pH 10.5, le BPH forme un hydrogel contenant des structures en triple hélice de collagène et des feuillets β anti-parallèles intra- et inter-moléculaires. Suite à l’évaporation de l’eau, le film de BPH résultant est insoluble en milieu aqueux à cause des structures secondaires très stables agissant comme points de réticulation effectifs. Les propriétés mécaniques des films de BPH sont modulables en fonction du pH. Au point isoélectrique (pI = 4.5), les interactions électrostatiques entre les charges opposées agissent comme points de réticulation et augmentent la rigidité des films et leur contrainte à la rupture sans affecter la déformation à la rupture. À pH plus élevé ou plus bas que le pI, les performances mécaniques des films sont plus faibles à cause de la répulsion entre les groupements fonctionnels de même charge qui interagissent plutôt avec les molécules d’eau et causent le gonflement de la matrice protéique des films. Le BPH contenant un nombre élevé d’acides aminés chargés et réactifs, nous avons pu réticuler les films de manière covalente à l’aide d’EDC ou de glutaraldéhyde. Les propriétés mécaniques des films sont modulables en fonction de la concentration d’EDC utilisée lors de la réticulation ou en employant du glutaraldéhyde comme agent réticulant. Les films sont à la fois plus rigides et plus forts avec un degré de réticulation élevé, mais perdent leur extensibilité à mesure que les segments libres de s’étirer lors d’une traction deviennent entravés par les points de réticulation. La réticulation augmente également la résistance à la dégradation enzymatique par la collagénase, les films les plus fortement réticulés lui étant pratiquement insensibles. La spectroscopie infrarouge montre enfin que la réticulation entraîne une transition de feuillets β anti-parallèles inter-moléculaires vers des structures de type hélices de collagène/PPII hydratées. Des liens sacrificiels ont été formés dans les films de BPH par traitement au pI et/ou avec différents métaux, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, afin de moduler les propriétés mécaniques statiques et d’évaluer le rôle de ces traitements sur le comportement d’auto-guérison lors de tests mécaniques cycliques avec différents temps de repos. Plus la valence des ions métalliques ajoutés augmente, plus les propriétés mécaniques statiques affichent un module, une contrainte à la rupture et une ténacité élevés sans toutefois affecter la déformation à la rupture, confirmant la formation de liens sacrificiels. Les tests mécaniques cycliques montrent que les traitements au pI ou avec Ca2+ créent des liens sacrificiels ioniques réversibles qui mènent à un processus d’auto-guérison des performances mécaniques dépendant du pH. L’ajout de Fe3+ à différentes concentrations module les performances mécaniques sur un plus large intervalle et la nature plus covalente de son interaction avec les acides aminés permet d’atteindre des valeurs nettement plus élevées que les autres traitements étudiés. Le Fe3+ permet aussi la formation de liens sacrificiels réversibles menant à l’auto-guérison des propriétés mécaniques. Les spectroscopies Raman et infrarouge confirment que le fer crée des liaisons avec plusieurs acides aminés, dont les histidines et les DOPA. Les résultats dans leur ensemble démontrent que les films de BPH sont des hydrogels biomimétiques du byssus qui peuvent être traités ou réticulés de différentes façons afin de moduler leurs performances mécaniques. Ils pourraient ainsi servir de matrices pour des applications potentielles dans le domaine pharmaceutique ou en ingénierie tissulaire. / The byssus is a set of protein-based anchoring threads produced by marine mussels to tether to water immersed surfaces. These fibers have impressive mechanical properties combining stiffness, elasticity and toughness, as well as a self-healing behavior of their mechanical performance upon rest following removal of stress. These properties are the result of collagen-rich block copolymer-like proteins hierarchically assembled and of the presence of organo-metallic reversible sacrificial bonds. Even though these fibers have outstanding mechanical properties and a high content of potentially biocompatible collagen, the mussel farming industry still treats them as a waste. The main objective of this thesis was to use byssus as a sustainable biological feedstock to produce a new family of biomimetic protein-based materials. We developed a method to produce a byssus protein hydrolyzate (BPH) rich in charged amino acids (~30 % mol) and with good film-forming capabilities. A hydrogel rich in inter- and intra-molecular anti-parallel β-sheets and in collagen triple helical structures forms following the BPH solubilization at pH 10.5. After evaporation of water, the resulting film is insoluble in aqueous media as a result of the BPH self-assembly into stable secondary structures. The mechanical properties of the films are pH-responsive owing to their high electrostatic charges content that act like effective crosslinking points at the isoelectric point (pI = 4.5), but causes swelling of the protein matrix and loss of mechanical performance at pH higher or lower than the pI. The strain at fracture remains constant, which increases the toughness of the materials when moving toward the pI. The high content in charged and reactive amino acids was used to covalently crosslink the BPH films using either EDC or glutaraldehyde. Increasing the crosslinking degree gives rise to stiffer and stronger films but leads to a loss of extensibility as a consequence of protein chains being trapped by the crosslinking points. The crosslinked films become resistant to collagenase degradation even though infrared spectroscopy shows the conversion of aggregated strands to hydrated collagen/PPII related structures following the crosslinking reaction. Thus, the crosslinked collagen-related structural elements hinder the collagenase action on the BPH films. Sacrificial bonds were formed in the BPH films by treatments at their pI and/or with various metallic ions, i.e. Na+, Ca2+, Fe3+, in order to tune the mechanical properties and to evaluate the role of sacrificial bonds on the self-healing behavior during cyclic mechanical testing. Using metallic ions of higher valence to treat the films results in an increase of the modulus, strength and toughness without reducing the strain at fracture, confirming the formation of organo-metallic sacrificial bonds. Cyclic mechanical testing shows that pI and Ca2+ treatments create reversible ionic sacrificial bonds that induce a pH-dependent self-healing behavior. Fe3+ addition at various concentrations enables tuning the mechanical performances over a larger interval and to reach higher values than other treatments. This behavior is attributed to the more covalent nature of the iron-amino acids bonding and to the affinity of iron with numerous amino acids, including histidines and DOPA, as detected using Raman and infrared spectroscopy. Iron addition also leads to the formation of reversible sacrificial bonds that procure a self-healing behavior of the mechanical properties to BPH films. Altogether, our results show that the BPH films are byssus biomimetic hydrogels whose mechanical properties can be tuned by using various treatments or crosslinking reactions. The materials could thus find a niche as protein matrix in domains such as the pharmaceutical industry or soft tissue engineering.

Les nouvelles technologies sont de plus en plus demandeuses de sources de forte densité d’énergie respectueuses de l’environnement. Les accumulateurs lithium-ion semblent être la meilleure solution pour les applications mobiles et pour le domaine de l’automobile. Afin de répondre aux besoins en énergie de plus en plus importants, de nouveaux matériaux d’électrode négative sont nécessaires pour remplacer le carbone qui a désormais atteint son stade de maturité. En particulier, les composites silicium/carbone (Si/C) semblent être prometteurs pour augmenter la densité d’énergie des accumulateurs mais présentent de faibles rétentions de capacité au cours du cyclage. L’amélioration de la cyclabilité des composites Si/C fait l’objet de ce travail de thèse. La synthèse des composites par atomisation avec de l’alcool polyvinylique comme précurseur carboné suivie d’une pyrolyse est présentée. Les performances électrochimiques des matériaux résultants sont comparées à celles obtenues par d’autres composites, élaborés par lyophilisation et par broyage. Les propriétés intrinsèques des composites ont été modifiées par deux voies différentes afin d’améliorer leur cyclabilité. Dans un premiers temps, les effets de la réticulation de l’alcool polyvinylique ont été étudiés, puis ceux liés à l’ajout d’un catalyseur favorisant la graphitisation du carbone. La cyclabilité des composites Si/C peut également être améliorée en modifiant la nature du liant utilisé lors de la préparation des électrodes. L’intérêt bénéfique de l’emploi de l’acide polyacrylique en remplacement du fluorure de polyvinylidène couramment utilisé dans des électrodes à base de composites Si/C est démontré. / New technologies require more and more environment friendly sources of high energy density. Lithium-ion batteries seem to be the best solution for mobile and automotive applications. In order to meet the future energy requirements, new negative electrode materials are needed to replace carbon which has now reached a mature stage. Especially, silicon/carbon composites (Si/C) appear to be promising candidates to increase the energy density of batteries, but they still present poor capacity retention upon cycling. The improvement of Si/C composites cyclability is the subject of this thesis. The synthesis of Si/C composites by spray drying with polyvinyl alcohol as carbon precursor, followed by pyrolysis, is presented. The electrochemical performances are compared with those obtained for other composites, prepared by freeze drying and ball-milling. The intrinsic properties of the composites were modified in two different ways to improve their cyclability. First, we studied the effects of polyvinyl alcohol crosslinking, and then those related to the graphitization of carbon contained in these composites. The cyclability of Si/C composites can also be improved by changing the nature of the binder used during the electrodes preparation. The beneficial interest of using polyacrylic acid in replacement of polyvinylidene fluoride binder commonly used in Si/C based electrodes is shown.

Les glioblastomes sont des tumeurs cérébrales très agressives présentant une médiane de survie de 15 mois malgré l’usage du traitement de référence. Parmi les stratégies innovantes anti-glioblastome, les microARNs (miARN) constituent de nouvelles cibles et des outils thérapeutiques à fort potentiel. En outre, pour atteindre les cellules tumorales notamment au niveau loco-régional, les miARNs nécessitent d’être administrés grâce à des vecteurs sûrs et efficaces. L’objectif de ce travail a été de développer un système nanoparticulaire original de polyamidoamine réticulé (PAA) capable de véhiculer des miARNs au niveau cellulaire et tissulaire. Dans un premier temps, un test basé sur l’expression de la luciférase a été mis au point afin d’étudier la cytotoxicité et l’efficacité de nanoparticules des miARNs. Dans un second temps,des nanoparticules PAA-miARN ont été développées. Différentes conditions de formulation ont été testées afin d’optimiser la complexation entre miARNs et polymères. En l’absence d’efficacité cellulaire significative des premiers objets obtenus, des modifications du procédé de formulation ont été apportées, permettant une plus grande stabilité et une meilleure efficacité. Une fonctionnalisation par greffage de groupements biotine à des complexes PAA thio-réticulés a amélioré l’efficacité des internalisations. En conclusion, ce travail a permis le développement d’une méthode simple et rapide pour l’évaluation de l’efficacité et de la cytotoxicité de nanoparticules de miARN. La stabilité des nanoparticules a été augmentée par réticulation de thiolet leur internalisation a été améliorée par le greffage,adapté et modulable, d’un ligand cellulaire. / Glioblastoma are aggressive brain tumours with a median survival of 15 months even with the best currently available treatment options. microRNAs (miRNA) are ~23 nucleotide natural silencing RNAs that have great potentials to improve cancer treatment outcomes. Lack of a safe, stable and efficient delivery system has, however, hindered the use of miRNAs inclinical applications. The aim is therefore to develop amiRNA delivery system adapted to glioblastoma using linear chain cationic polyamidoamine (PAA) polymers.The first part involved the development of luciferase assay that combined the measurement of gene-knockdown efficiency and cytotoxicity of miRNA nanoparticles. The simple two-step procedure was more effective and sensitive compared to the conventional protein-based normalization method. The second part was focused on the development of miRNA nanoparticles. In the initial phase, conditions required for maximum miRNA-polymer binding was achieved, however, the newly developed miRNA-PAA nanoparticlesdid not produce significant functional gene-knockdown after cell treatment. The second stage was focused on the optimization of nanoparticle formulation as a function of stability in physiologicalionic concentration. Stable PAA-nanoparticles displaying moderate cellular uptake and gene-knockdown were obtained. The final stage of development was focused on PAA-nanoparticle tagging with biotin, which improved their cellular uptake. This work developed simple and informative luciferase assay ; the stability of miRNA-PAA-nanoparticles was improved by thiol-crosslinking and the functional performance was strongly enhanced by a simple butsmart method of ligand tagging.

Dans cette thèse, une solution de caoutchouc de styrène-butadiène (SBR) réticulé avec du peroxyde organique, a été transformé en un gel autodégradable par l’ajout d’hydropéroxyde comme agent de dégradation. La formulation a été caractérisée en rhéologie dynamique. Les spectres de temps de relaxation ont été calculés à partir des modules dynamiques de cisaillement, par une nouvelle méthode développée dans ces travaux présentée avec une revue complète de méthodes pour le calcul des spectres de relaxation à partir de données de rhéométrie de cisaillement. Des expériences in-situ et ex-situ ont été réalisées afin d’évaluer l’évolution de les réactions de réticulation et dégradation. Les changements de la structure du réseau polymérique sont mises en évidence dans les spectres de temps de relaxation. La cinétique de la dégradation de la solution de SBR a été étudiée dans des conditions anaérobies et caractérisée par diffusion de la lumière multi-angles couplée à la chromatographie d’exclusion stérique (SEC-MALS). En utilisant des équations de bilan de populations, nous avons pu calculer les constantes cinétiques de dégradation thermique et thermo-oxydative. Différentes formulations de ces gels auto-dégradables à base d’huile ont été évaluées en tant que potentiels agents de dérivation pour des opérations de traitement de puits. Le comportement rhéologique de ces gels a été mesuré en fonction du temps, pour vérifier la réticulation du polymère, la force de gel, et la dégradation ; ces variables peuvent être ajustées aux nécessités de l’opération de traitement en jouant sur la formulation. Des tests d’écoulement dans carotte simples ont été réalisés pour évaluer la résistance à la pression en fonction de la force du gel et de sa dégradation. Des tests d’écoulement dans carottes parallèles ont également été menés, afin d’évaluer l’efficacité de la dérivation et la restauration de mobilité. / In this work, a solution of peroxide crosslinked styrene-butadiene rubber (SBR) has been transformed to a self-degradable gel system by adding hydroperoxide as a degradation agent to the formulation. Dynamic rheometry was employed to calculate the relaxation time with a new method presented along with a full review of methods for calculation of the relaxation time spectrum from oscillatory rheometry. In-situ and ex-situ experiments were performed to evaluate the evolution of crosslinking and degradation reactions. Structural changes in the polymer network were visible within the relaxation time spectra. The degradation kinetics of styrene butadiene rubber (SBR) in solution was studied in anaerobic conditions and the characterization was performed by multiangle light scattering coupled to size exclusion chromatography (SEC-MALS). Using population balance equations, it was possible to calculate the kinetic constants for thermal and thermooxidative degradation. Different formulations of these oil-based self-degradable gels have been evaluated as possible diverting agents during oil wells operations. The time dependent rheological behavior of the gels was measured to verify polymer crosslinking, maximum gel strength and gel degradation, all of which can be adjusted by varying formulation depending on operation needs. Single core tests were performed to evaluate pressure resistance as a function of gel strength and gel degradation. Parallel cores tests were also carried out to validate diversion efficiency and mobility restoration.

L’hydrosilylation d’alcènes est une réaction clé pour la synthèse d’huiles silicones fonctionnelles et d’élastomères silicones nécessite un catalyseur. Industriellement, le platine est utilisé or le coût important de ce métal motive la recherche de catalyseurs alternatifs plus compétitifs, notamment à base de métaux non précieux. Les travaux ont débuté sur des systèmes développés précédemment au laboratoire à base de cobalt et de nickel à haut degré d’oxydation et de ligands dicétones. Les cinétiques de réticulation ont été également suivies aussi bien par des mesures qualitatives d’arrêt d’agitation que par des mesures de rhéologie ou de chaleur de réaction par DSC. Ces catalyseurs sont actifs et robustes pour la réticulation. A la suite, des catalyseurs à base de cobalt portant en particulier des ligands amidures ont été étudiés. Associés à un ligand bidentate (P,N), les systèmes catalytiques sont compétitifs au platine de Karstedt pour l’hydrosilylation sélective d’alcènes. Ces catalyseurs réalisent également la réticulation d’huiles silicones à relativement basse température (20 min à 90°C). Un homologue au fer s’est également montré actif pour la réticulation d’huiles silicones démontrant la faisabilité d’une voie catalytique d’hydrosilylation à partir de complexes de fer non toxiques et robustes / Alkene hydrosilylation is a major tool for the synthesis of functionalized silicone oils and silicone elastomers and is catalyzed by transition metal complexes. Industrially, Platinum complexes are used. However, high and volatile cost and rarity of precious metals lead to the development of competitive alternative systems, especially catalysts based on non-precious transition metals. First, Nickel and Cobalt high-oxidation-state complexes bearing diketone ligands were studied. Those systems had been previously developed in the laboratory and the study has been completed. Crosslinking kinetics were followed by qualitative measures of “stop-stirring” time and by rheology and thermal analysis (DSC). Those catalysts are active over oxygen and stable for silicone-oil crosslinking. Then, Cobalt Catalysts bearing amido-based ligands were studied. When associated with a ligand (phosphino pyridine P,N), those systems are competitive with the Karstedt catalyst (Pt) for selective alkene hydrosilylation. They also allow for silicone-oil crosslinking at relatively low temperature (20 min at 90 °C). Finally, a homologous complex based on Iron was synthesized and showed activity for silicones’ crosslinking evidencing the feasibility of a catalytic hydrosilylation pathway from non-toxic and robust iron complexes.

La digestion enzymatique des protéines est une méthode de base pour les études protéomiques ainsi que pour le séquençage en mode « bottom-up ». Les enzymes sont ajoutées soit en solution (phase homogène), soit directement sur le gel polyacrylamide selon la méthode déjà utilisée pour l’isolation de la protéine. Les enzymes protéolytiques immobilisées, c’est-à-dire insolubles, offrent plusieurs avantages tels que la réutilisation de l’enzyme, un rapport élevé d’enzyme-sur-substrat, et une intégration facile avec les systèmes fluidiques. Dans cette étude, la chymotrypsine (CT) a été immobilisée par réticulation avec le glutaraldehyde (GA), ce qui crée des particules insolubles. L’efficacité d’immobilisation, déterminée par spectrophotométrie d’absorbance, était de 96% de la masse totale de la CT ajouté. Plusieurs différentes conditions d’immobilisation (i.e., réticulation) tels que la composition/pH du tampon et la masse de CT durant la réticulation ainsi que les différentes conditions d’entreposage tels que la température, durée et humidité pour les particules GA-CT ont été évaluées par comparaison des cartes peptidiques en électrophorèse capillaire (CE) des protéines standards digérées par les particules. Les particules de GA-CT ont été utilisés pour digérer la BSA comme exemple d’une protéine repliée large qui requit une dénaturation préalable à la digestion, et pour digérer la caséine marquée avec de l’isothiocyanate de fluorescéine (FITC) comme exemple d’un substrat dérivé afin de vérifier l’activité enzymatique du GA-CT dans la présence des groupements fluorescents liés au substrat. La cartographie peptidique des digestions par les particules GA-CT a été réalisée par CE avec la détection par absorbance ultraviolet (UV) ou fluorescence induite par laser. La caséine-FITC a été, en effet, digérée par GA-CT au même degré que par la CT libre (i.e., soluble). Un microréacteur enzymatique (IMER) a été fabriqué par immobilisation de la CT dans un capillaire de silice fondu du diamètre interne de 250 µm prétraité avec du 3-aminopropyltriéthoxysilane afin de fonctionnaliser la paroi interne avec les groupements amines. Le GA a été réagit avec les groupements amine puis la CT a été immobilisée par réticulation avec le GA. Les IMERs à base de GA-CT étaient préparé à l’aide d’un système CE automatisé puis utilisé pour digérer la BSA, la myoglobine, un peptide ayant 9 résidus et un dipeptide comme exemples des substrats ayant taille large, moyenne et petite, respectivement. La comparaison des cartes peptidiques des digestats obtenues par CE-UV ou CE-spectrométrie de masse nous permettent d’étudier les conditions d’immobilisation en fonction de la composition et le pH du tampon et le temps de réaction de la réticulation. Une étude par microscopie de fluorescence, un outil utilisé pour examiner l’étendue et les endroits d’immobilisation GA-CT dans l’IMER, ont montré que l’immobilisation a eu lieu majoritairement sur la paroi et que la réticulation ne s’est étendue pas si loin au centre du capillaire qu’anticipée. / Digesting proteins using proteolytic enzymes is a standard method in proteomic studies and bottom-up protein sequencing. Enzymes can be added in solution or gel phase depending on how the protein has been isolated. Immobilized, i.e., insoluble, proteolytic enzymes offer several advantages such as reusability of enzyme, high enzyme-to-substrate ratio, and integration with fluidic systems. In this study, we prepared glutaraldehyde-crosslinked chymotrypsin (GA-CT), which creates insoluble particles. The immobilization efficiency was determined by absorbance spectrophotometry and found to be 96% of the total amount of chymotrypsin added. Different immobilization (i.e., crosslinking) conditions such as buffer composition/pH and initial mass of CT during crosslinking as well as different storage conditions such as temperature, time and humidity for the GA-CT particles were evaluated by comparing capillary electrophoretic (CE) peptide maps of protein standards digested with the particles. The GA-CT particles were used to digest BSA as an example of a large folded protein that needs denaturation prior to digestion, and casein-fluorescein isothiocyanate (FITC) as an example of a small, labeled substrate to test enzyme activity in the presence of substrate-bound fluorescent groups. Peptide mapping of digests from GA-CT particles was achieved by CE with ultraviolet (UV) absorbance or laser induced fluorescence (LIF) detection. FITC-labeled casein was digested by GA-CT to the same extent as with free (i.e., soluble) CT. An immobilized enzyme microreactor (IMER) was fabricated by immobilizing CT inside a 250 µm i.d. fused-silica capillary tube pre-treated with 3-aminopropyltriethoxysilane to functionalize the inner walls with amine groups. Glutaraldehyde was reacted with the amine groups and then CT was immobilized by crosslinking to the GA. IMERs based on GA-CT were fabricated using an automated CE system and used to digest BSA, myoglobin, a 9-residue peptide and a dipeptide as examples of large, medium and small substrates. Digests were studied by comparing peptide maps obtained by CE coupled to either UV or mass spectrometric (MS) detection in order to evaluate immobilization conditions as a function of buffer composition/pH and reaction times. A separate study, which used fluorescence microscopy to investigate the extent and location of GA-CT immobilization in the IMER, showed that immobilization only takes place primarily near the capillary walls and that crosslinking does not extend as far into the center of the IMER as had been expected.