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Catégorie : Soutenances de thèse et de HDR

Mardi 17 décembre 2019 : Soutenance de thèse de Charles ROUX-PERTUS : Investigation de la Pulvérisation Électrohydrodynamique du chitosan

Charles ROUX-PERTUS, doctorant au sein de l'équipe "Nano-bio-matériaux pour la vie" de l'Institut Jean Lamour, soutient sa thèse intitulée :

"Investigation de la Pulvérisation Électrohydrodynamique du chitosan"

 

Date et lieu :
Mardi 17 décembre 2019 à 13h30
Ecole des Mines
Campus Artem
Salle A201

 

Composition du jury :

Directeur de thèse :

- M. Franck CLEYMAND
Maître de conférences HdR, Institut Jean Lamour CNRS/Université de Lorraine

Co-Directrice de thèse :

- Mme  Solenne FLEUTOT
Maître de conférences, Institut Jean Lamour, CNRS/Université de Lorraine

Rapporteurs :

- Mme Christine VAUTHIER
Directrice de recherche, Institut Galien CNRS/Université Paris Sud

- M. Jean-Pascal BORRA
Directeur de recherche, LPGP CNRS/Université Paris Sud

Examinateurs :

- Mme  Andreea PASC
Professeur des Universités, L2CM CNRS/Université de Lorraine

- M. Fabien SALAÜN
Professeur des Universités, GEMTEX Université de Lille

 


Résumé :
Les méthodes électrohydrodynamiques (EHD) permettent avec un dispositif peu coûteux de mettre en forme un polymère sous forme de film ou de particules par pulvérisation électrohydrodynamique (P-EHD) ou encore sous forme de fibres par électrofilage. Les structures obtenues peuvent être très régulières et avoir des dimensions micrométriques ou submicrométriques.

En raison de ces avantages, ces méthodes sont étudiées pour la mise en forme du chitosan. Ce polymère biosourcé présente de nombreuses qualités telles que la biocompatibilité, la biodégradabilité, l’activité antibactérienne ou encore la muco-adhésion.

Cette thèse aborde les méthodes EHD et principalement la P-EHD du chitosan, un sujet attractif dont les applications étudiées sont vastes : on peut notamment compter le médical (ingénierie tissulaire, vectorisation), l’alimentaire (additifs et films alimentaires), le traitement des effluents ou encore le textile.

Cependant cette méthode possède certaines limitations. Tout d’abord, le procédé présente une grande variabilité selon le chitosan utilisé, la préparation des solutions et la configuration utilisée. Ensuite les particules obtenues dans la littérature sont inhomogènes en taille, ce qui limite leur application, notamment en vectorisation. La question est alors de savoir comment obtenir des particules de chitosan de tailles contrôlées et homogènes. Pour répondre à cette question, une analyse critique de la littérature a permis de préparer une démarche expérimentale menée en quatre étapes : (1) caractérisation des chitosans employés, (2) mesure des propriétés physiques des différentes solutions, (3) étude de la stabilité du procédé, (4) détermination de la morphologie et de la distribution en taille des particules obtenues. Cette étude a permis de mettre en avant des paramètres permettant une P-EHD stable, le contrôle de la taille et de l’homogénéité des particules.

Enfin, dans une démarche biomimétique la mise en forme du chitosan a été étudiée pour tenter de reproduire les structures qui confèrent des propriétés remarquables comme l’hygrochromie ou l’hydrophobicité pour des insectes tels que les scarabées et les cigales.

 


Abstract :
Electrohydrodynamic (EHD) methods enable to produce with one low cost set-up polymeric films/particles by electrospray or polymeric fibres by electrospinning. Particles or fibres produced by these methods can be very uniform in size.

Therefore, electospray and electrospinning of chitosan are appealing topics of research. Chitosan is a bio-based material possessing numerous qualities such as biocompatibility, biodegradability, antibacterial activity and muco-adhesion.

This thesis deals with EHD methods with a focus on chitosan electrospray whose applications are abundant in health (tissue engineering, drug delivery), food (nutrients encapsulation, cling film), wastewater treatment and textiles.

However electrospray has several limitations. First, effective electrospray depends of the grade of the chitosan, of the preparation of the solution and of used set-up. Second, particle-size distribution reported in literature are broad whereas applications such as drug delivery require monodisperse particle-size distributions. Then, the question is to know  how to produce chitosan particles of monodisperse controlled size. To answer this question, a critical analysis of literature led to an experimental approach divided in four steps : (1) characterization of chitosan, (2) measurement of chitosan solution properties, (3) study of stability of electrospray process, (4) assessment of deposit morphology and particle-size distribution.

Finally, as part of a biomimetic approach, imitation with chitosan of natural shapes has been studied. These shapes are part of structures that confer striking properties such as hygrochromic behavior and hydrophobicity to insects.