La formulation des principes actifs (PA) pharmaceutiques à l'état amorphe est une préoccupation majeure actuelle du génie pharmaceutique car elle permet d'améliorer la solubilité des (PA) peu solubles. Son optimisation requiert une parfaite connaissance de la courbe de solubilité du (PA) dans le polymère, de manière à définir le taux maximum de (PA) pouvant être chargé dans le polymère sans risque de recristallisation ultérieure. La détermination de cette courbe de solubilité est cependant extrêmement difficile en raison de la forte viscosité des polymères qui rend les états saturés très difficiles à atteindre. Dans cette thèse, nous présentons une méthode efficace de détermination des courbes de solubilité qui permet de s'affranchir des limitations cinétiques liées à la viscosité. L'idée générale est d'utiliser des dispersions moléculaires et cristallines (DMC) dans lesquelles le (PA) est dispersé dans le polymère, en partie au niveau moléculaire et en partie sous la forme de minuscules cristallites. Cette microstructure particulière augmente considérablement la vitesse de dissolution des cristallites puisque : (1) La dispersion moléculaire a un effet plastifiant qui augmente considérablement la mobilité moléculaire dans la matrice amorphe. (2) La fine dispersion des cristallites réduit fortement les distances sur lesquelles les molécules de PA doivent diffuser pour envahir le polymère. La méthode a été mise au point et testée sur deux (PA) (le sulindac et le paracétamol) et un polymère (le polyvinylpyrrolidon). L'étude des courbes de solubilité nous a par ailleurs permis de préciser le polymorphisme du sulindac et du paracétamol, et en particulier les relations de stabilité des polymorphes étudiés. / The formulation of pharmaceutical active principles (PA) in the amorphous state is a major current concern of pharmaceutical engineering because it improves the solubility of poorly soluble (PA). Its optimization requires a perfect knowledge of the solubility curve of (PA) in the polymer, so as to define the maximum level of (PA) that can be loaded into the polymer without the risk of subsequent recrystallization. The determination of this solubility curve is, however, extremely difficult because of the high viscosity of the polymers which makes the saturated states very difficult to achieve. In this thesis, we present an efficient method for determining solubility curves that allows us to overcome the kinetic limitations related to viscosity. The general idea is to use molecular and crystalline dispersions (MCDs) in which (PA) is dispersed in the polymer, partly at the molecular level and partly in the form of tiny crystallites. This particular microstructure greatly increases the dissolution rate of the crystallites since: (1) Molecular dispersion has a plasticizing effect which greatly increases the molecular mobility in the amorphous matrix. (2) The fine crystallite dispersion strongly reduces the distances over which the API molecules must diffuse to invade the polymer. The method was developed and tested on two (PA) (sulindac and paracetamol) and a polymer (polyvinylpyrrolidon). The study of solubility curves also allowed us to specify the polymorphism of sulindac and paracetamol, and in particular the stability relationships of the polymorphs studied.

L’iode 129 est un déchet radioactif de moyenne activité à vie longue actuellement géré par dilution isotopique. Dans l’optique d’une gestion alternative par stockage en couche géologique, nos travaux portent sur le développement d’une matrice de conditionnement basée sur des verres de phosphates du système AgI-Ag2O-P2O5-Al2O3 élaborés à basse température et sans volatilisation d’iode. L’alumine est introduite pour induire la réticulation du réseau phosphate et ainsi améliorer les propriétés thermiques et chimiques. Afin de définir une composition vitreuse répondant au cahier des charges, nous avons fait varier le taux d’iode, le rapport Ag2O/P2O5 et la teneur en alumine. Pour 1 g.cm-3 d’iode, les observations MEB-EDS indiquent que l’alumine présente une solubilité limitée à 0,5 % mol., indépendante du rapport Ag2O/P2O5. L’étude structurale par RMN-MAS de 31P, 27Al et 109Ag montre que l’aluminium adopte majoritairement une conformation octaédrique qui contribue de manière effective à la réticulation du réseau vitreux et que l’iode est incorporé sans agrégat. La mesure des corrélations RMN 31P-27Al confirment la présence d’un réseau aluminophosphate, et les corrélations 31P-31P indiquent que l’iode ne modifie pas la connectivité du réseau vitreux. Le verre de composition 28,8AgI-44,2Ag2O-26,5P2O5-0,5Al2O3 présente le meilleur compromis entre le taux d’incorporation en iode et la durabilité chimique, possède une température de transition vitreuse de 123°C et une vitesse initiale d’altération en eau pure à 50°C de 6 g.m-2.j-1. Le comportement à long terme de ce verre est piloté par une structure post-altération à base de pyrophosphate qui retient près de 80% de l’iode initial. / Iodine 129 is a long-lived intermediate level radioactive waste, which is currently managed by isotopic dilution. In view of an alternative management by geological disposal, we aimed at developing phosphate glasses of the AgI-Ag2O-P2O5-Al2O3 system, elaborated at low temperature and without iodine volatilization. Alumina is expected to induce crosslinking of the phosphate network and thus to improve the thermal and chemical properties. To define a glass composition that meets the specifications, we varied the level of iodine, the Ag2O/P2O5 ratio and alumina content. For 1 g.cm-3 of iodine, SEM-EDS observations indicate that alumina solubility is limited to 0.5% mol., independently of Ag2O/P2O5 ratio. The structural study by 31P 27Al and 109Ag MAS NMR, shows that aluminum adopts an octahedral coordination that effectively contributes to the crosslinking of the glassy network and iodine is incorporated without clustering. 31P-27Al NMR correlations confirmed the presence of an aluminophosphate network, and 31P-31P correlations indicate that iodine does not change the connectivity of the glass network. The glass composition 28,8AgI-44,2Ag2O-26,5P2O5-0,5Al2O3 presents the best compromise between the level of incorporation of iodine and the chemical durability, has a glass transition temperature of 123 ° C and an initial alteration rate in pure water at 50 ° C of 6 gm-2.d-1. The long-term behavior of this glass is controlled by a post-alteration structure based on pyrophosphate, which holds nearly 80% of the initial iodine.

Reproduction de : Thèse de doctorat : physique : Le Mans : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 184-185.

Depuis la nuit des temps, la matière est connue sous trois états, soient l'état solide, l'état liquide et l'état gazeux. Depuis, de nouveaux états ont été découverts. Les études au sein des laboratoires des professeurs Soldera et Lebel se concentrent sur ces états particuliers. Ils travaillent surtout sur les transitions de phases menant à ces états. Lorsqu'on parle de solide, on fait généralement référence à l'état cristallin, qui est un réseau bien structuré où les interactions à longue portée sont importantes et bien définies. Il existe toutefois une autre forme de solide où le désordre semble régner. Les interactions à longue portée ne sont pas prépondérantes. Il s'agit de l'état vitreux. Le passage de l'état liquide à l'état vitreux est appelé la transition vitreuse, et est caractérisé par une température, T[indice inférieur g] . Les principaux composés menant à l'état vitreux sont les polymères et les verres inorganique [i.e. inorganiques] tels que l'oxyde de silice, très répendus [i.e. répandus] et grandement étudiés. Les verres organiques sont une autre famille de composés qui présentent une phase amorphe stable. Le développement des technologies de pointe a suscité un intérêt pour les verres moléculaires dû à leurs propriétés intéressantes telles que leur structure bien définie et une bonne stabilité thermique. La T[indice inférieur g] détermine le domaine de températures où il peut être utilisé selon l'application recherchée. Les verres moléculaires ont beaucoup de potentiel en industrie, mais ils constituent une famille de matériaux fonctionnels méconnus. S'il reste beaucoup à apprendre sur les polymères, tout reste à apprendre sur les verres moléculaires. Il y a moins d'une vingtaine d'années que la triazine a commencé à être étudiée comme précurseur de verres moléculaires. La synthèse de verres efficaces peut être fastidieuse et ne procure pas nécessairement les propriétés recherchées. C'est pour cette raison que cette étude a été entreprise. L'idée de base de ce travail vise à trouver des moyens de prédire la T[indice inférieur g] , la première propriété recherchée, et ce, en se basant seulement sur la structure moléculaire. Pour relever ce défi, la voie considérée est la simulation atomistique faisant appel à un modèle tout-atome. Cette méthode a déjà fait ses preuves dans l'étude de la T[indice inférieur g] de polymères vinyliques, par les travaux du groupe du professeur Soldera. Bien que le principe de base soit resté le même, il [a] fallu apporter de légères modifications quant à son application aux systèmes étudiés. Suite à la paramétrisation du champ de forces utilisé, pcff, la simulation d'une quinzaine de molécules dont la T[indice inférieur g] expérimentale est connue a pu être conduite. Les résultats obtenus ont permis de révéler une linéarité entre les valeurs obtenues par simulation et les données expérimentales. Il est important de noter que la méthode a permis de distinguer les différents verres moléculaires étudiés bien que la seule différence entre les composés soit le groupement fonctionnel. Cet accord a permis d'effectuer diverses analyses au niveau moléculaire afin de mieux comprendre les facteurs qui influencent les valeurs de T[indice inférieur g] , et donc in fine d'apporter des indices pour une meilleure compréhension de cette transition fort complexe. Les fonctions de distribution radiale ainsi que la rotation des différentes fonctionnalités par rapport au noyau commun triazine, ont ainsi été regardées.

Des élastomères chargés sont préparés par polymérisation radicalaire. Les colloïdes employés sont monodisperses et sphériques, leur surface est fonctionnalisée par des silanes créant soit de liaisons covalentes soit n'engageant aucune liaison avec le réseau 3D de polymère. Nous avons montré que l'état de dispersion obtenu était identique pour les deux types d'interaction par diffusion neutronique aux petits angles et imagerie cryo-TEM. Les réseaux ainsi formés ont été étudiés par RMN 1H, mesure du gonflement à l'équilibre pour déterminer le type et la force des interactions. Nous avons ainsi montré l'existence de liaisons covalentes ou hydrogène en fonction du système. La RMN nous a permis de montrer également l'existence de polymère vitreux même au-delà de la transition vitreuse du polymère. Ce polymère vitreux se situe autour des particules de silice. Il montre un caractère fortement dépendant de l'interaction polymère/matrice et de la distance entre particule. Les propriétés viscoélastiques de ces élastomères renforcés aux petites déformations sont fortement dépendantes de l'existence et de la taille de cette couche vitreuse en surface. Nous montrons également un comportement étonnant en fréquence des systèmes non covalent qui nous est maintenant demandé de résoudre. Aux grandes déformations nous montrons qu'il existe deux types de non linéarité, la première associée à la couche vitreuse et la deuxième associée à une rupture de liaisons faible en surface.

Thèse doctorat : Génie des Matériaux :Villeurbanne, INSA : 2002. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 135-142.

Thèse de doctorat : Physique : Strasbourg 1 : 2007. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 177-192.

Thèse doctorat : Chimie-Physique : Strasbourg 1 : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p8 .

Les verres moléculaires sont passionnants puisqu'ils soulèvent plusieurs interrogations quant à la nature même de leur existence. Comment expliquer l'émergence de la phase vitreuse au sein de petites molécules organiques d'une cinquantaine d'atomes? Existe-t-il une explication moléculaire permettant de comprendre ce phénomène ou s'agit-il d'une propriété d'ordre supérieur régie par ses propres lois où une interprétation au niveau moléculaire ne suffit pas à expliquer la formation d'un matériau vitreux? Est-il possible d'obtenir un modèle permettant de bien représenter la phase solide amorphe des verres moléculaires et prédire ses différentes propriétés physico-chimiques et mécaniques? C'est ce que la recherche présentée dans ce mémoire tente de résoudre en apportant quelques éclaircissements. Dans un premier temps, le lecteur sera plongé dans l'importance du projet avec un contexte littéraire actuel, un bref état de l'art de la recherche sur les verres moléculaires, ainsi qu'une brève présentation du chemin de pensée qui a mené à la création de ce projet de recherche sur les verres moléculaires. Dans un deuxième temps, il se verra montrer les différents concepts théoriques des techniques utilisées, que sont la spectroscopie par résonance magnétique nucléaire dynamique et l'analyse de ses bandes, ainsi que la simulation par calculs quantiques et par dynamique moléculaire, pour répondre aux questions précédentes. Dans un troisième et dernier temps, le lecteur se verra expliquer les différents résultats et leurs conséquences quant à la résolution du mystère des verres moléculaires, ainsi que les travaux qui demeurent à effectuer sur le projet pour parvenir à obtenir un bon modèle de prédiction pour les propriétés désirées. Les résultats obtenus au fil des travaux de recherche effectués et présentés en détail dans ce mémoire sont d'une grande importance pour la compréhension du phénomène de la phase vitreuse qui existe au sein des verres moléculaires. Entre autres, la quantification des énergies d'activation a permis de comprendre qu'en milieu solvaté, il faut avoir une énergie d'activation minimale d'environ 20kJ/mol pour une rotation d'angle dièdre pour qu'une phase vitreuse soit observée dans le matériau. De plus, les mesures ont montré que le modèle de simulation qui était utilisé avant le début de ces travaux de recherche n'était pas idéal pour bien représenter les mouvements au sein des verres moléculaires. Les mouvements en question incluent les oscillations des longueurs de liaisons, les oscillations des angles de valence et les rotations d'un angle dièdre autour d'une liaison. De nouveaux paramètres ont été obtenus par calculs quantiques et ils ont confirmé que les paramètres du champ de forces qui était utilisé n'étaient pas bons pour la simulation de verres moléculaires. Entre autres, les valeurs d'équilibre d'oscillations des longueurs de liaisons et des angles de valence n'étaient pas du tout les mêmes que celles définies dans le champ de forces utilisé. Les concepts associés aux travaux réalisés ainsi que les résultats obtenus ont été présentés dans plusieurs congrès, entre autres, au « Canadian Society for Chemistry » en 2015 et en 2016, respectivement à Ottawa (ON, Canada) et à Halifax (NS, Canada), sous forme d'affiches. Ils ont aussi été présentés aux congrès du centre québécois sur les matériaux fonctionnels en 2015, sous forme d'affiche, et en 2016, en présentation à l'oral.

Nous nous sommes intéressés à la description de la dynamique d'un liquide surfondu en étudiant un modèle qui repose sur un ingrédient simple. En partant d'un système de Lennard-Jones monodisperse dans le plan euclidien, nous avons ajouté de la frustration en courbant le plan de sorte à former une sphère de rayon arbitraire. A l'aide d'un algorithme de dynamique moléculaire sphérique, nous avons montré que ce système présentait bien une dynamique vitreuse d'équilibre, caractérisée par la fonction de diffusion intermédiaire incohérente $F_s(k,t)$, qui ralentit fortement et change de comportement à basse température, pour une faible variation de la statique. Le système se comporte comme un verre fort pour les courbures les plus grandes, mais sa fragilité augmente lorsque la courbure diminue. L'allure de $F_s(k,t)$ est également modifiée quand la courbure diminue, ce que nous avons essayé d'expliquer par l'étude de la théorie de couplages de modes (MCT) sur la sphère. Nous avons dérivé l'équation dynamique de MCT sphérique puis étudié la limite aux temps longs de sa solution. On obtient une transition dynamique qui est similaire à celle de la MCT euclidienne, ce qui ne permet pas d'expliquer l'effet de courbure sur $F_s(k,t)$, bien que celle-ci ait une influence sur la valeur de la température de transition. Enfin, nous nous sommes intéressés au rôle des "défauts", dont un nombre minimal de $12$ est imposé par la topologie. A basse température, les défauts tendent à se réunir en structures linéaires, ce qui est prévu théoriquement et observé dans certaines expériences. Les défauts ont une contribution importante à la relaxation, sans pour autant que l'influence des autres particules ne soit négligeable. / We are interested in the description of the dynamics of a supercooled liquid through the study of a model which relies on a simple geometrical ingredient. Starting from a monodisperse Lennard-Jones system on the euclidean plane, we add frustration by curving the space to form a sphere of arbitrary radius. Using a molecular dynamics algorithm, we showed that this system indeed behaves like a glassy liquid at equilibrium. The dynamics, caracterized by the self-intermediate scattering function $F_s(k,t)$, slows down strongly and changes shape at low temperature, for a small variation of the statics. The system behaves like a strong glass for high curvatures, but its fragility increases when the curvature decreases. The shape of $F_s(k,t)$ is also modified when the curvature decreases, which we tried to explain theoretically through the study of the mode coupling theory (MCT) on the sphere. We derived the dynamical equation of spherical MCT and studied the long time limit of its solution. We predict a dynamic transition similar to the one predicted by euclidean MCT, which does not allow us to explain the effect of curvature on $F_s(k,t)$, though the curvature has an influence on the value of the transition temperature. Finally, we studied the role of "defects", among which a minimal number of $12$ is imposed by topology. At low temperature, the defects tend to form linear structures, as predicted theoretically and observed in some experiments. The defects have a strong contribution in the relaxation; however, the role of other particles is not negligible.