La Docteure Blanche Krieguer a réalisé sa thèse au sein de l’Institut de Chimie Radicalaire (ICR) et de l’Institut Méditerranéen de Biodiversité et d’Écologie marine (IMBE) d’Aix-Marseille Université, en collaboration avec la société Sartorius. Les matériaux polymères utilisés dans les systèmes à usage unique occupent aujourd’hui une place centrale dans ce secteur, en raison de leur polyvalence, de leur stabilité et de leur capacité à être stérilisés sans perte de performance.

Dans le cadre de sa thèse, Blanche Krieguer a étudié des matériaux soumis à de fortes contraintes : ils doivent rester stables, ne pas interagir avec les solutions qu’ils contiennent et supporter des procédés de stérilisation exigeants. Cette problématique est au cœur des bioprocédés modernes, car la sécurité des produits conditionnés dépend directement du comportement des polymères en contact. Comme il était impossible d’examiner l’ensemble des matériaux utilisés dans l’industrie, elle a choisi de travailler sur un groupe restreint mais représentatif de polymères employés dans les systèmes de stockage et de transport de fluides biopharmaceutiques.

Au cours de sa thèse, elle a comparé l’impact de l’irradiation par rayons gamma, rayons X et faisceaux d’électrons sur différentes classes de matériaux polymères. L’objectif était de comprendre les modifications induites par l’irradiation dans ces matériaux. Pour mener à bien cette étude, une approche multi-échelle a été mise en œuvre, mobilisant des compétences allant de la chimie radicalaire à la physico-chimie des polymères, en passant par les analyses thermiques et mécaniques. Les données ont été générées et analysées à l’aide de méthodes chimiométriques, telles que l’analyse en composantes principales et les plans d’expériences, afin de mieux comprendre les changements à l’échelle moléculaire et macromoléculaire susceptibles d’affecter les propriétés des matériaux.

À l’échelle moléculaire, l’étude des espèces radicalaires (par RPE, HPLC et pH-métrie) a permis d’identifier leur formation, leur cinétique de décroissance et leur rôle dans l’oxydation d’une molécule modèle, la méthionine, choisie pour évaluer la compatibilité matériau-produit. Ces travaux ont montré que, pour chaque classe de polymères, des radicaux sont formés, et que leur nature, leur concentration et leur cinétique après irradiation sont équivalentes pour les trois technologies, pour des doses allant jusqu’à 100 kGy.

À l’échelle macromoléculaire, l’utilisation de la DMA, de la DSC et de la spectroscopie infrarouge a permis d’évaluer l’intégrité structurale des polymères après irradiation, montrant notamment la stabilité des polymères formulés, quelle que soit la technologie utilisée. L’irradiation peut provoquer l’oxydation, la réticulation ou la rupture de chaînes, mais aucune modification significative n’a été détectée pour les classes de polymères étudiées avec les trois technologies. Les données spectroscopiques ont également permis de modéliser la dose absorbée par le film multicouche et d’évaluer l’impact de l’irradiation.

À l’échelle du matériau, les propriétés mécaniques, l’aspect visuel et leur évolution dans le temps ont été étudiés. Les résultats montrent que les trois technologies d’irradiation à 50 kGy n’influencent pas les propriétés mécaniques du film. Le jaunissement après irradiation constitue un indicateur de modification du polymère. L’analyse colorimétrique de deux échantillons de polypropylène a montré qu’un matériau irradié par rayons X et gamma présentait un jaunissement plus prononcé que celui irradié par faisceau d’électrons, tandis que l’autre ne présentait pas de différence significative entre les trois technologies. Ce jaunissement est attribué à la dégradation des additifs présents dans les matériaux, et non à la chaîne polymère du polypropylène.

Dans ce travail, l’aspect collaboratif a joué un rôle essentiel. Cette thèse a été menée en partenariat avec plusieurs acteurs industriels : fabricants de systèmes à usage unique, centres internationaux spécialisés dans les irradiations gamma, X et faisceau d’électrons, ainsi que des laboratoires de recherche académiques. Cette collaboration a permis d’ancrer chaque étape du projet dans des problématiques concrètes de l’industrie de la santé et d’adapter les choix expérimentaux aux contraintes et aux attentes des utilisateurs finaux. L’ampleur et la richesse des travaux ont conduit à la publication de neuf articles dans des revues internationales.

L’étude des interactions entre les matériaux et les rayonnements apparaît comme un enjeu majeur pour optimiser et diversifier les procédés de stérilisation. Les résultats obtenus ont démontré l’équivalence des trois technologies d’irradiation sur un large éventail de matériaux. Ce travail a fourni aux industriels des données fiables pour accompagner une transition sûre vers des technologies alternatives, telles que les rayons X ou le faisceau d’électrons. La société Sartorius prévoit ainsi d’implémenter la stérilisation par rayons X en 2026.