Définition des paramètres de référence

En s’appuyant sur les résultats obtenus en faisant varier les paramètres ajustables de l’Instron, nous avons défini une série de paramètres de référence que nous utiliserons dans la suite du travail de thèse, sauf mention contraire.Ces paramètres sont les suivants (Tableau 2.14) :

Vitesse d’enfoncement ve 10 µm .s-1

Force de compression F - 0,3 N

Temps de contact tc 2 min

Vitesse de décollement vd 100 µm.s-1

Tableau 2.14 Paramètres de mesure de référence pour les tests de Probe-Tack entre un hydrogel et une surface modèle.

Nous avons réalisé un test d’adhésion dans ces conditions entre un PDMA_P10-R2_eq à et une

brosse de PAAc, immergés dans un milieu aqueux à pH = 2 et à T = 21 °C. Les courbes Force-Temps et Force-Déplacement sont présentées en Figures 2.37 et 2.38.

La réponse maximale en force du PDMA_P10-R2_eq est de 0,14 N pour une surface de brosse

de 63,5 mm². L’enfoncement de la brosse dans le gel gonflé à l’équilibre est de 38 µm au contact. L’énergie d’adhésion correspondant à la mesure est 39 mJ.m-2. Pour rappel, la concentration en polymère du PDMA_P10-R2 gonflé à l’équilibre est de 7,3 wt%.

Figure 2.37 Courbe Force-Temps du PDMA_ P10-R2_eq dans l’air à 21°C pour les paramètres de référence.

Figure 2.38 Courbe Force-Déplacement du PDMA_P10-R2_eq dans l’air à 21°C pour les paramètres de référence.

Cette mesure et le résultat d’adhésion obtenu constituent la référence pour le matériau PDMA à l’équilibre de gonflement.

102

3. Conclusion

Dans ce chapitre, nous avons décrit en détail l’élaboration des systèmes utilisés pour les tests d’adhésion. D’une part, les brosses et les films minces de PAAc constituent la surface modèle présentant des fonctions chimiques susceptibles de pouvoir interagir par associations macromoléculaires spécifiques avec un hydrogel. D’autre part, l’hydrogel est synthétisé par voie polymérisation radicalaire conventionnelle à partir de monomères. Les deux composantes du système, surfaces modifiées modèles et hydrogels, gonflent lorsqu’elles sont immergées en solution aqueuse. Dans le cas des gels macroscopiques, le gonflement est très différent selon la nature de l’échantillon, neutre ou ionique. Si les gels neutres gonflent peu avec leurs propriétés élastiques faiblement impactées par ce changement de volume, le comportement des gels ioniques en solution dépend du taux de charges présentes dans le réseau tridimensionnel. Ainsi à fort taux de charges, le gonflement, de l’ordre de 400 %, s’accompagne d’une augmentation du module de cisaillement. Les mesures d’AFM ont montré que la surface des gels pouvait être considérée comme plane. Compte-tenu de la force de compression définie dans les paramètres de référence du test d’adhésion, une éventuelle rugosité est dans tous les cas aplanie lors du contact. Parallèlement des améliorations ont été apportées au dispositif de mesure initial pour que le test puisse être adapté à différent types d’hydrogels. Le nouveau système de maintien de l’échantillon nous permet d’effectuer la mesure d’adhésion sur des gels présentant des compositions initiales en polymères et en réticulants différentes. Les gels peuvent ainsi gonfler in situ, sans risque de

créer des contraintes internes telles que l’échantillon ne soit plus correctement maintenu au cours de la mesure. La détermination du temps nécessaire à la mise en contact totale entre les deux surfaces dans l’air en fonction du module élastique du matériau testé est un paramètre clé pour la reproductibilité des mesures et constituera dans la suite de ce travail un critère de référence. Le système complet à présent clairement défini, il est légitime de s’interroger sur les conséquences du gonflement des hydrogels sur leurs propriétés d’adhésion.

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CHAPITRE 3

D

E L’ÉTAT DE PRÉPARATION À L’ÉQUILIBRE DE

GONFLEMENT

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Introduction ... 107 1. Adhésion et gonflement ... 108 1.1. Principe de test d’adhésion ... 108 1.2. Résultats et Discussion ... 109 2. Suivi cinétique d’adhésion de PDMA_P10-R2 ... 112 2.1. Principe du test cinétique ... 112 2.2. Résultats ... 112 2.3. Discussion ... 116 2.3.1. Conséquences du maintien par plaque ... 116 2.3.2. Concentration et perte d’adhésion... 119 2.4. Conclusion ... 121 3. Adhésion et réversibilité ... 122 4. Comparaison à d’autres hydrogels neutres ... 124 5. Adhésion en conditions physiologiques ... 126 5.1. Propriétés de gonflement ... 126 5.2. Principe de test d’adhésion ... 128 5.3. Résultats et Discussion ... 128 6. Conclusion ... 134 Bibliographie ... 135

107

Introduction

Il est fait état dans la littérature de la diminution des propriétés d’adhésion des gels lorsque ceux-ci sont gonflés à l’équilibre [1-4].Souvent observé, ce phénomène n’est que rarement étudié en détail, l’objectif des recherches n’étant généralement pas la compréhension fondamentale du système mais la synthèse de matériaux novateurs répondant à des besoins spécifiques. Pour cette raison, la plupart des essais d’adhésion sont effectués dans l’air et sur des gels en conditions de préparation. Dans ce chapitre, nous nous proposons de mettre en évidence et de quantifier le phénomène de diminution d’adhésion d’un hydrogel au cours de son gonflement. Le PDMA et la brosse de PAAc constitueront respectivement l’hydrogel et la surface modèle du système de référence. L’objectif est d’étudier l’adhésion du matériau à l’état de préparation et à l’état de gonflement à l’équilibre puis d’établir par suivi cinétique l’évolution de l’énergie d’adhésion entre ces deux états.

Dans une première partie, l’existence de la différence d’adhésion entre les deux états de gonflement (hors équilibre (1) et équilibre (2)) sera étudiée de façon systématique pour le système de référence modèle [PDMA_P10-R2/Brosse de PAAc ; 𝑝𝐻 = 2 ; 𝑇 = 21°C], dont la composition est bien maitrisée. L’idée est de montrer dans le cas d’un système modèle simplifié et parfaitement caractérisé, la perte d’adhésion de l’hydrogel avec la dilution du polymère.

Le suivi cinétique d’adhésion au cours du temps d’immersion sera ensuite décrit pour le système de référence. L’influence du gonflement de l’échantillon, les conséquences du maintien par plaque du gel ainsi que la réversibilité du phénomène observé seront également discutées. Nous nous interrogerons sur une généralisation possible du phénomène observé en nous intéressant au comportement adhésif d’autres types d’hydrogels neutres.

Pour finir, en application du dispositif à des systèmes plus naturels, nous présenterons dans une dernière partie, les résultats d’adhésion obtenus entre un gel de PDMA et une peau animale réhydratée par un test de Probe-Tack effectué en conditions physiologiques.

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