Thèse soutenue

Adhésion en Milieu Aqueux entre Adhésifs et Surfaces Modèles à Base d'Hydrogels Biopolymères
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Auteur / Autrice : Zuxiang Xu
Direction : Yvette TranDominique HourdetCostantino Creton
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Physique et chimie des matériaux
Date : Soutenance le 26/09/2022
Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Physique et chimie des matériaux (Paris)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences et ingénierie de la matière molle (Paris ; 1997-....) - Sciences et Ingénierie de la Matière Molle (UMR 7615)
établissement opérateur d'inscription : Ecole supérieure de physique et de chimie industrielles de la Ville de Paris (1882-....)
Jury : Président / Présidente : Laurent Corté
Examinateurs / Examinatrices : Yvette Tran, Dominique Hourdet, Costantino Creton, Fouzia Boulmedais, Florence Agnely, Guillaume Sudre
Rapporteurs / Rapporteuses : Fouzia Boulmedais, Florence Agnely

Résumé

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Alors que l'adhésion entre matériaux synthétiques a été plutôt bien étudiée expérimentalement et théoriquement, les mécanismes de bioadhésion sont encore très peu compris. Une manière de les aborder serait d’utiliser des systèmes biopolymères qui pourraient imiter biosurfaces, biotissus et bioadhésifs. Cependant, cette idée est confrontée à la difficulté de concevoir une structure modèle et de contrôler les propriétés physico-chimiques des matériaux fabriqués à partir de biopolymères. Les mécanismes de bioadhésion peuvent être mieux compris en étudiant l'adhésion en milieu immergé entre adhésifs hydrogels et substrats solides modifiés par des films minces d'hydrogel. Cela permet de séparer la contribution interfaciale avec des interactions spécifiques moléculaires et de la contribution du volume avec les propriétés viscoélastiques à l'adhésion. Dans un premier temps, nous avons conçu un système modèle avec de la gélatine et noua avons étudié l'adhésion en milieu immergé favorisée par des interactions électrostatiques. D'une part, des films stables de gélatine attachés en surface d’épaisseur et de gonflement finement ajustables ont été réalisés en utilisant la stratégie Cross-Linking and Grafting (CLAG). D'autre part, des adhésifs hydrogels de gélatine à double réticulation ont été synthétisés en ajoutant des réticulations chimiques aux réseaux de gélatine physiques. La structure microscopique des réticulations physique et chimique a été bien contrôlée, avec la détermination de la longueur de chaîne entre les réticulations à partir du module de cisaillement et du modèle de réseau fantôme. L'adhésion en milieu immergé mesurée par des tests de probe-tack a montré que les hydrogels de gélatine à double réticulation ont les mêmes propriétés adhésives quelle que soit la température, même si leur résistance diminue avec le chauffage. Nous avons également été en mesure de séparer les effets des réseaux physiques et chimiques sur l'adhésion. Dans un deuxième temps, nous avons étudié l'adhésion en milieu immergé entre des réseaux doubles contenant du carraghénane et des substrats solides modifiés par des micro-motifs d’hydrogels. Il a été démontré que plus les micro-motifs sont petits, plus l'énergie d'adhésion est élevée. Ce travail a fourni un aperçu des paramètres physico-chimiques et physiques qui contrôlent l'adhésion en milieu immergé des systèmes biopolymères tels que les propriétés viscoélastiques en volume, la charge et la topographie de la surface. Il aidera à mieux comprendre la bioadhésion et à concevoir des adhésifs efficaces en milieux aqueux.