Récemment, les polymères obtenus à partir de ressources renouvelables ont connus un véritable engouement pour le remplacement de matériaux obtenus à partir de ressources pétrolières. L'objectif de notre étude a été de développer de nouveaux systèmes bio-sourcés réactifs, plus précisément des systèmes époxy, pour des applications dans le domaine des matériaux composites. Le monomère le plus souvent utilisé pour formuler des réseaux époxy est le diglycidyl éther de bisphenol A, DGEBA, obtenu à partir du bisphenol A et de l’épichlorhydrine. L’intérêt pour le remplacement du bisphénol A par un précurseur bio-sourcé est accentué par la toxicité de ce dernier. Dans cette étude, nous avons étudié différents systèmes obtenus à partir de prépolymères époxy bio-sourcés et les avons comparés à un système classique à base de DGEBA en utilisant l'isophorone diamine (IPD) comme agent durcisseur. Parmi les différents prépolymères époxy bio-sourcés étudiés, certains ont été obtenus à partir de dérivés polysaccharides tels que le sorbitol et l'isosorbide. Le sorbitol polyglycidyl éther est disponible commercialement, tandis que le diglycidyl éther d'isosorbide a été synthétisé soit par une voie classique faisant intervenir l’épichlorhydrine soit par l'intermédiaire du diallyle isosorbide. Un autre prépolymère époxy dérivé du cardanol a été étudié et est aussi un produit commercial. Les structures chimiques de ces prépolymères époxy bio-sourcés ont été analysées. Les phénomènes de gélification et de réticulation des systèmes obtenus à partir de ces prépolymères et de l’IPD ont été étudiés. L’influence de la structure du prépolymère bio-sourcé et de l'agent de réticulation (classique ou dérivé de ressources renouvelables) sur les propriétés des réseaux ainsi que l'absorption d'eau par ces réseaux ont également été discutés. / In recent years, bio-based polymers derived from renewable resources have become increasingly important as sustainable and eco-efficient products which can replace the products based on petrochemical-derived stocks. The objective of our work was to develop novel bio-based reactive systems suitable for high performance composite materials especially epoxy systems. The most commonly used starting monomer to formulate epoxy networks is the diglycidyl ether of bisphenol A, DGEBA, derived from bisphenol A and epichlorohydrin. Bio-based epichlorohydrin is commercially available. So the challenge to obtain a fully bio-based epoxy prepolymer is to replace bisphenol A by a bio-based precursor. Another interest for replacing bisphenol A by a bio-based precursor is that bisphenol A has been known to have estrogenic properties. In this study, we studied different bio-based epoxy systems and compared them to a classical DGEBA based system using, in a first step, isophorone diamine (IPD) as conventional curing agent. Bio-based epoxy prepolymers were derived from natural sugars, sorbitol and isosorbide respectively. Sorbitol polyglycidyl ether is available commercially, while isosorbide diglycidyl ether was synthesized either via conventional epoxidation (i.e. using epichlorohydrin) or via the diallyl isosorbide intermediate. Another bio-based epoxy prepolymer was derived from cardanol and is also a commercial product. Chemical structure of the bio-based epoxy prepolymers were analyzed by different analytical methods, gelation and crosslinking reactions were studied using rheological measurements and differential scanning calorimetry, respectively. Properties of the cured networks were evaluated using dynamic mechanical analysis and thermo gravimetric analysis. Influence of the bio-based epoxy prepolymer structure on the system properties as well as the influence of the crosslinking agent structure (either derived from renewable resources or bio-based ones) was discussed. Water absorption of the bio-based networks was also studied.

Cette thèse porte sur la préparation de matériaux hybrides organique-inorganique nanostructurés à partir de macro-précurseurs de silice. Notre approche a consisté à synthétiser des copolymères à blocs portant des groupements trialcoxysilane pendants susceptibles d’être hydrolysés-condensés pour former un réseau inorganique Si-O-Si. La synthèse des copolymères a été réalisée par polymérisation radicalaire contrôlée par les nitroxydes (NMRP). Ensuite, ces copolymères ont été auto-assemblés en solution et en masse en des morphologies diverses (micelles, lamelles, cylindres). Enfin, des objets hybrides nanostructurés ont été obtenus par hydrolyse-condensation, en milieu acide, des domaines contenant les groupements trialcoxysilane. / This dissertation deals with the preparation of nanostructured organic-inorganic hybrid materials using silica macro-precursors. Our approach was to synthesize block copolymers bearing trialcoxysilane groups able to be hydrolyzed and condensed into a Si-O-Si network.Block copolymers were first synthesized using Nitroxide-Mediated Radical Polymerization (NMRP). They were then self-assembled in solution and bulk into various nanoscale morphologies (micelles, lamellas, cylinders). Finally, nanostructured hybrid objects were obtained by hydrolysis-condensation, in acidic medium, of domains containing gelable groups.

Depuis quelques années, la microplasturgie est un secteur en plein développement. Cependant, le comportement rhéologique des matériaux polymères dans des géométries très minces (dimension inférieure à 100 µm) n’est pas bien caractérisé. Peu de travaux ont été entrepris à ce sujet, en particulier en ce qui concerne les écoulements de Poiseuille qui sont pourtant les plus représentatifs des conditions de mise en œuvre usuelles. Ainsi, ce travail a pour but la mise au point d’une méthode expérimentale permettant d’obtenir des données pertinentes afin de caractériser de façon approfondie le comportement des matériaux polymères en écoulement de Poiseuille dans des géométries micrométriques. Afin de décrire au mieux la physique de tels écoulements, nous avons également cherché à les simuler numériquement, soit en utilisant des lois de comportement classiques, soit à l’aide de modèles se référant à la dynamique moléculaire. Pour atteindre ces objectifs, une filière à fente plate instrumentée avec des capteurs de pression et température, d’entrefer variant entre 50 et 200µm, a été conçue afin d’effectuer des mesures à l’aide d’un rhéomètre capillaire. Ce dispositif a été validé en confrontant les mesures à celles obtenues par d’autres méthodes (rhéométrie capillaire en filière classique et rhéométrie dynamique). Le glissement à la paroi a également été étudié, selon la méthode de Mooney. La simulation numérique de l’écoulement a d’abord été réalisée à l’aide de POLYFLOW®. L’effet de la pression sur la géométrie ainsi que sur le matériau polymère a été étudié. Puis, l’écoulement a également été simulé sous MATLAB® en utilisant des lois constitutives de type moléculaire basées sur le modèle du tube de Doï-Edwards ainsi que sur le concept de « Molecular Stress Function » introduit par Wagner pour rendre compte des effets d’orientation des molécules (variation du diamètre du tube) dans le champ de contraintes. L’écart constaté entre ces calculs et les résultats expérimentaux est expliqué et discuté à la lumière des simulations sous POLYFLOW®. Il modifie les perspectives d’étude de ce type d’écoulements. / The rheological behavior of polymer melts in microscale geometries is not really understood yet. In such processes which involve gaps thinner than 100µm (e.g. micro-injection molding), the material behaves differently compared to macroscopic flows. Besides, most polymer processing techniques involve pressure flows and only very few studies can be found about pressure flows in such thin geometries. The aim of this study was, first, to develop an experimental method which can provide relevant data about the rheological behavior of polymer melts in pressure flow taking place in microscale geometries. In order to get better descriptions of the physics involved in such flows, numerical simulation with commercial and home-made softwares was also implemented, especially with molecular dynamics constitutive models. Thus, a modular rheometrical slit die equipped with pressure and temperature transducers was designed to be adapted to a capillary rheometer, with different gap dimensions available, between 50µm and 200µm. The device was assessed by comparing to usual rheological ones, and wall slip was investigated according to Mooney’s method. Then, simulation of the flow was performed with POLYFLOW®. The pressure effect on the geometry and on the polymer material was investigated. Besides, simulation was also conducted with MATLAB® by implementing the Doi-Edwards’ tube model (reptation theory) and the Molecular Stress Function concept of Wagner to take into account the enhanced orientation of the molecules due to the very close vicinity of the die walls. Experimental results were compared to calculations, and the discussion of the discrepancies was supported by POLYFLOW® simulations. The conclusions somewhat modify the prospects for future studies of such flows.

Ce projet de thèse consistait à synthétiser de nouveaux bio-conjugués Lipide-Polymère fluorescents émettant dans le rouge lointain, composés d’une chaîne polymère portant à la fois de nombreux chromophores en position latérale et un lipide en extrémité de chaîne. La structure de ces bio-conjugués est basée sur des copolymères poly(N-acryloylmorpholine-co-N-acryloxysuccinimide), hydrophiles, réactifs, modulables et d’architecture contrôlée obtenus par le procédé RAFT. Les copolymères réactifs ont ensuite été utilisés pour le couplage, en position latérale, de chromophores émettant dans le rouge lointain. La stratégie utilisée pour la synthèse des bio-conjugués se divise en trois étapes : la synthèse d’Agents de Transfert de Chaîne (ATC) fonctionnalisés avec un lipide suivant un protocole déjà décrit suite à des travaux de notre équipe, et dont les étapes de purification ont été améliorées afin d’obtenir des ATC les plus purs possible (90% de pureté molaire) ; l’utilisation de ces ATC fonctionnels pour la synthèse de polymères α fonctionnels, et enfin, le couplage covalent, rapide et efficace, de chromophores en position latérale. Il a été mis en évidence que les ATC lipidiques permettent un très bon contrôle de la copolymérisation des monomères NAM et NAS. L’utilisation de la composition azéotropique pour ce couple de monomère permet également d’obtenir des chaînes polymère de microstructure très contrôlée et présentant des valeurs de Mn comprises entre 5 900 et 33 200 g.mol-1. Les propriétés optiques des bio-conjugués ont été déterminées, ce qui a permis de mettre en évidence que ces propriétés, et notamment le rendement quantique de fluorescence, sont très sensibles à la structure des bio-conjugués synthétisés. Tous les bio-conjugués présentent des brillances améliorées (jusqu’à 13 000 M-1.cm-1 dans l’eau et 50 0000 M-1.cm-1 dans CHCl3) par rapport à celle du chromophore. La capacité des bio-conjugués à interagir avec les bicouches lipidiques a été mise en évidence à travers l’utilisation de systèmes modèles (SUVs, LUVs et GUVs). Enfin, les évaluations biologiques réalisées ont montré à la fois une absence de cytotoxicité des bio-conjugués et une capacité de ces derniers à être internalisés rapidement (< 10 min) au sein de différentes lignées de cellules vivantes. / The aim of this study is to synthesize new far-red emitting fluorescent Lipid-Polymer conjugates, consisting of a polymer chain bearing both multiple fluorophores in lateral position and a lipid at one chain-end. These conjugates are based on an hydrophilic, reactive, flexible and controlled poly(N-acryloylmorpholine-co-N-acryloxysuccinimide) copolymer synthesized by the RAFT process. Multiple far-red emitting fluorophores were bound on the reactive copolymer in lateral position. The strategy used in this study consists of three different steps: Chain Transfer Agents (CTA) functionalized with a lipid were synthesized following a protocol already described in our team, the purity of these CTA was improved (90% molar purity); the use of these CTA for the synthesis of α functional polymers, and finally, the very efficient covalent binding of fluorophores in lateral position. We showed that the lipid-CTA enable a very good control of the NAM/NAS copolymerization. The azeotropic composition enables the synthesis of polymer chains with a controlled composition and with Mn values varying from 5 900 to 33 200 g.mol-1. The optical properties of the bio-conjugates were determined, and we showed that these properties (the fluorescence quantum yield especially) are structure sensitive. All of them show an improved brightness (13 000 M-1.cm-1 in water and 50 000 M-1.cm-1 in CHCl3) compared to the brightness of the free fluorophore. The ability of the bio-conjugates to interact with lipid bilayers was proved using model systems (SUVs, LUVs and GUVs). Finally, biological evaluations showed both an absence of cytotoxicity and an ability of the conjugates to be quickly internalized in leaving cells (< 10 min).

A l’heure actuelle, les piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) les plus avancées, qu’elles soient disponibles commercialement ou intégrées dans des démonstrateurs, sont réalisées avec des électrolytes polymères perfluorosulfonés de types Nafion®. En effet, ce type de polymère est celui qui présente à la fois les meilleures performances et la plus grande durée de vie sans pour autant qu’elles soient suffisantes, et ce, quelles que soient les applications (portable, stationnaire, transport). En effet ce polymère présente toutefois trois inconvénients majeurs : son prix, sa perméation au méthanol et sa perte de performance (et surtout de conductivité) dès 80-85 °C. Selon les projections avec les technologies actuelles (source DOE), le prix de vente du Nafion® serait de 80 $/m2 pour une production de 1 Mm2. Il existe un réel besoin de développer de nouveaux matériaux pour membranes échangeuses de protons présentant d’excellentes performances (propriétés mécaniques, imperméabilité maximale au méthanol et H2, conduction protonique..) sur une large gamme de températures, typiquement entre 25 et 150°C (selon l’application visée), mais présentant également un coût de fabrication réduit. Or aujourd’hui, ces différentes fonctions sont assurées par un seul polymère perfluorosulfoné ce qui est le problème principal. Ainsi, l’intérêt du projet est de combiner les avantages d’un matériau hybride obtenu par génération in situ de la phase inorganique (Sol-Gel) nanométrique avec l’utilisation d’un procédé en continu de mise en œuvre par extrusion (voie fondu), exempt de tout solvant et facilement transférable industriellement. La conduction protonique sera assurée par des fonctions sulfoniques générées grâce à l'oxydation des sites fonctionnels apportés par le précurseur fonctionnel. / Fuel cells technologies are electrochemical energy conversion devices and have a real potential to revolutionize the way to produce energy, offering cleaner, more-efficient alternatives to combustion of gasoline and other fossil fuels. In that way, the Proton Exchange Membrane Fuel Cells (PEMFC) are probably the most studied. Those fuel cells are mainly based on perfluorosulfonic acid membranes, such as Nafion®. However, Nafion® membranes, present some limitations such as dehydration at high temperatures or at low relative humidity rate leading to a decrease of proton conductivity and thus poor PEMFC performance. Consequently, PEMFC require significant improvements prior to be largely used in the automobile field. Research efforts have been oriented on the development of new materials for the PEMFC membrane as it is the main limitative component for high temperature fuel cell. In the present contribution, we wish to report the validation of a new concept of hybrid materials for the realization of proton exchange membranes. The originality of this hybrid concept is based on the contribution of both phases’ specific properties. We investigated the preparation of hybrid materials based on an inert polymer matrix (low cost) providing the mechanical stability embedding inorganic phase providing the necessary properties of proton-conduction and water retention. Hybrid nanocomposite membranes were synthesized using evaporation and recasting technique from solution containing dispersion of inorganic particles in the adequate polymer. Scanning electron microscopy (SEM) images for membrane morphology and proton conductivity results using impedance measurements from hybrid membranes will be presented. The performance of the membrane-electrode assembly (MEA) using the hybrid membrane was also evaluated by a fuel cell test. Finally, we wish to present a promising way of research based on Sol-Gel approach to generate a proton-conducting inorganic phase into the polymer matrix.

Afin d’améliorer le recyclage des thermoplastiques, de nouveaux mélanges sont étudiés pour élargir les débouchés offerts à ces matériaux. Ils visent à combiner efficacement les contributions de deux dispersions de polyéthylène (PE) et de polyamide (PA) pour renforcer les propriétés d’une matrice polypropylène (PP). Des stratégies de compatibilisation spécifiques à chaque phase minoritaire sont mises en place. Elles permettent d’élaborer en une seule étape d’extrusion réactive un mélange de deux dispersions nodulaires submicroniques et indépendantes. Grâce aux interphases de copolymères polyoléfines entourant le PE, ces particules facilitent l’écoulement plastique des macromolécules de PP avoisinantes à la place de la fissuration de la matrice. Entre le PP et le PA, deux compatibilisations différentes sont appliquées. Celle utilisant le polypropylène greffé d’anhydride maléique (PPgMA) forme une interface rigide et cohésive. Le module et la tenue en température supérieure du polyamide se répercutent alors sur les propriétés du mélange sans pour autant provoquer de fragilisation du matériau à température ambiante grâce à l’effet toujours efficace des particules de PE permettant de dissiper les contraintes concentrées autour du PA. Une compatibilisation alternative à base de poly(styrène-bloc-(éthylène-co-butylène)-bloc-styrène) greffé d’anhydride maléique (SEBSgMA) forme une interphase souple autour des particules de PA. Au lieu d’augmenter le module des mélanges, cette dispersion se comporte alors elle aussi comme un modifiant choc souple et augmente la déformabilité du mélange. Il est possible de tirer profit de la morphologie hétérogène du matériau pour localiser préférentiellement des particules de talc dans la phase PA des mélanges ternaires et ainsi minimiser le contact entre la charge et la matrice. Ainsi, les cavités formées par décohésion de l’interface charge/polymère restent confinées au sein d’une phase dispersée ce qui minimise leur impact sur la déformabilité du mélange. Le module d’Young de la phase PA est par contre augmenté ce qui se fait sentir sur le composite dans son ensemble. Une telle démarche permet de combiner rigidité et ténacité dans un mélange hétérogène de polymères. / In order to increase thermoplastic polymer recycling, new blends are studied to open-up new prospects for such materials. The objective is to efficiently combined the effects of two minor phases of polyethylene (PE) and polyamide (PA) to tune the properties of a polypropylene matrix (PP). Specific compatibilisation strategies adapted to each minor phase are established. They allow the self-arrangement in only one step of reactive-extrusion of a controlled morphology with two nodular and independent particle populations finely dispersed in the PP based blend. Thanks to the polyolefin copolymer interphases around PE, these particles promote PP shear yielding instead of matrix crazing. Two different compatibilisation routes are applied at PP/PA interface. The one using maleic anhydride grafted polypropylene (PPgMA) forms strong bonds between the two homopolymers and a stiff interface. In this case, the higher PA Young’s modulus strengthens the entire blend without inducing brittleness at room temperature thanks to the presence of the PE particles acting as stress dissipater around PA nodules. The alternative compatibilisation based on maleic anhydride grafted styrene-ethylene-buthylene-styrene bloc copolymer (SEBSgMA) creates a soft interphase around PA particles. Instead of heighten the blend modulus, this compatibilizer makes the PA particles appear very flexible and act as an impact modifier, and therefore increases the deformation capability of the blend. It is possible to take advantage of the heterogeneous morphology of the ternary polymer blend to design particular composites. Inorganic particles such as talc can be preferentially localized in the PA particles of the blend, minimizing contacts between the filler and the PP matrix. Thus, the cavities due to polymer/filler interface debonding stay confined within a dispersed phase which prevent their growth and the apparition of a catastrophic fracture. On the other hand, talc increases the Young’s modulus of PA particles and consequently the modulus of the entire composite. The design of such a heterogeneous material allows the increase of both strength and toughness simultaneously.

Ce travail est consacré à la synthèse de nouveaux polymères donneurs de liaison Hydrogène et à leur utilisation comme partenaire dans la construction de nouveaux films multicouches préparés par le procédé d’élaboration en couche-par-couche (LbL). Plus particulièrement, une nouvelle réaction impliquant des mercaptoalcools non protégés et le poly(2,3,4,5,6-pentafluorostyrène) (PPFS) a été développé et appliquée à la synthèse de nouveaux polymères donneurs de liaisons H. Ce couplage régiosélectif et chimiosélectif de type « click » avec un thiol hétérofonctionnel peut être utilisée pour préparer une bibliothèque de polymères qui diffèrent de par leur degré de substitution (DS) et/ou leur fonctionnalité en groupements associatifs. Le contrôle de ces paramètres structuraux permet de moduler leur force d’interactions avec des partenaires accepteurs de liaison H variés, comme la poly(4-vinyl pyridine) (P4VP), le poly(acrylate de n-butyle) (PBA) et le poly(oxyde d'éthylène) (PEO), de telle façon que tous les types de mélanges binaires (mélange non miscible, partiellement ou totalement miscible, ou complexe interpolymère) peuvent être obtenus. Ensuite, les dérivés de PPFS donneurs de liaisons H ont été utilisés en partenariat avec le P4VP pour élaborer avec succès de nouveaux films multicouche dont la force motrice est l’établissement de liaisons H. L'influence de nombreux paramètres relatifs à la structure des polymères donneurs (DS, structure chimique du groupement associatif), au type de modification chimique subie par le substrat sur lequel est élaboré le film multicouche (monocouche auto-assemblée vs. polymère greffée en conformation de type brosse) ou encore des paramètres expérimentaux liés aux conditions de dépôt (concentration des solutions de dépôt, nature du partenaire adsorbé en premier) a été étudiée. Plus particulièrement, le mécanisme de croissance ainsi que les caractéristiques de surface du film ont été évalués. / This work deals with the design of novel hydrogen-bond donor polymers and their use as partner in new tailor-made multilayered films prepared by the layer-by-layer (LbL) process. In this context, a novel regioselective and chemoselective “click-type” reaction of unprotected mercaptoalcohols onto poly(2,3,4,5,6-pentafluoro-styrene) (PPFS) has been developed, and applied to the synthesis of new hydroxylated H-bond donor polymers. This coupling with heterofunctional thiol is used to prepare a library of polymers differing in the degree of substitution (DS) and/or functionality. The fine control of these parameters makes it possible to tune their interaction ability with various acceptor polymers such as poly(4-vinyl pyridine) (P4VP), poly(n-butyl acrylate) (PBA) and poly(ethylene oxide) (PEO), such that all possible scenarios (immiscible blend, partially or totally miscible blend or interpolymer complex) can be achieved. Subsequently, the resulting H-bond donor polymers (PPFS derivatives) were used to successfully build-up multilayered films with using P4VP as partner via layer-by-layer (LbL) through the dip deposition process. The influence of various parameters related to structure of the partners (DS, nature of the PPFS derivatives), the chemical structure of the surface onto which the film is built-up (self-assembled monolayer vs. polymer brush) and the deposition process (concentration of deposition solutions, nature of the first deposited partner) was in-depth evaluated, on both the growth mechanism and on the surface features of the multilayered films.

Lors de cette étude, il a été étudié l'influence de l'ajout de microparticules de polymère réticulé (CPM) dans des formulations d'époxy-amine, sur la cinétique, la morphologie et les propriétés thermo-mécaniques des réseaux finaux obtenus. Tout d'abord, un protocole simple, robuste et bien contrôlé a été développé afin d’ obtenir une large gamme de taille de CPM, de Tg et de fonctionnalité amine. Ce protocole de polymérisation par précipitation, basé sur les phénomènes de séparation de phases, a également été appliqué à différentes compositions chimiques et différents monomères époxy hydrosolubles, ceci montrant les grandes possibilités de cette méthode. Une bonne interface entre les CPMs et la matrice a été recherchée en synthétisant les CPMs en excès de groupes amines. La quantification de ces groupes amines réactifs sur les CPMS était d'un grand intérêt et a donc été étudiée en profondeur. Le titrage des amines de surface a été réalisé en mettant au point un nouveau protocole qui a permis la quantification des amines primaires et secondaires sur les CPMs. Il a ensuite été mis en évidence que, bien que ces microparticules réticulées ne soient pas poreuses, des fonctions amines sont disponibles au cœur des particules et peuvent réagir avec d'autres molécules qui sont capables de diffuser dans la CPM. Il a été montré que lorsque les CPM ont été dispersées dans des mélanges d'époxy- amine, la diffusion des monomères dans le cœur de la CPM s'est produite mais différemment selon le procédé de dispersion. En effet, en utilisant le tétrahydrofurane comme solvant pour aider à la dispersion, la diffusion de la DGEBA est amplifiée et modifie les propriétés thermo-mécaniques du réseau final en modifiant le rapport stœchiométrique de la matrice. Le même phénomène a été observé mais moins amplifié lorsque les microparticules sont uniquement dispersées mécaniquement. En dispersant les CPMs dans l'amine qui est l'agent réticulant, on observe l'absorption complète de l'amine au coeur des CPMs, conduisant ainsi à la désorption de celle-ci dans une deuxième étape, permettant de créer le réseau. Ainsi, un comportement très complexe des CPM a été mis en évidence en présence des monomères et/ou solvant : le gonflement et les phénomènes de diffusion qui dépendent d'un certain nombre de paramètres tels que la température, la densité de réticulation des CPM, les paramètres de solubilité, etc. L'intensité du phénomène de diffusion conduit à une variété de comportements lorsque les CPMs sont ajoutées dans une formulation d'époxy-amine tels que: (a) une légère diminution du temps de gélification et l'augmentation de la conversion, (b) la modification de la température de transition vitreuse de la matrice. / Throughout this work, the influence of the addition of cross-linked polymer microparticles (CPMs) in epoxy-amine formulations on the kinetics, morphology and thermo-mechanical properties of the final networks have been investigated. First, an easy, robust and well-controlled protocol was developed to obtain a large range of CPM size, Tg and amine functionality. This protocol based on reaction induced phase separation via precipitation polymerization was also applied to different chemistries and water soluble epoxy pre-polymers showing the large possibilities of this method. The capacity of obtaining a good compatibility between the CPMs and the matrix was ensure by synthesizing the CPMs in excess of amino groups. The study of the remaining reactive amino groups on the CPMS was of great interest and therefore deeply investigated. The titration of the surface amine was performed by developing a new protocol that enabled the quantification of primary and secondary amines on CPMs. It was then highlighted that even though these cross-linked microparticles were not porous, amino groups are available into the core and can react with other molecules that are able to diffuse into the CPM core. It was shown that when CPMs were dispersed into epoxy-amine blends, the diffusion of monomers into the CPM core occurred but differently depending on the dispersion process. Indeed, using tetrahydrofuran as solvent to help for the dispersion increased the diffusion of DGEBA into the CPM core and changed the thermo-mechanical properties of the final network by modifying the stoichiometric ratio of the matrix. Same phenomenon was observed but less amplified when CPMs were mechanically dispersed in DGEBA. Regarding the dispersion of CPMs in the amine cross-linker, IPD, its complete absorption could be observed into the CPMs, leading then to the desorption of IPD to create the network. Thus, a very complex behavior of CPMs was highlighted in presence of monomers or/and solvent: swelling and diffusion phenomena that are dependent on a number of parameters such as temperature, CPM cross-link density, solubility parameters, etc. The intensity of those phenomena leads to a variety of behaviors when CPMs are added into an epoxy-amine formulation: (a) slight decrease of gel times and increase of conversion, (b) modification of glass transition temperature of the matrix.

Ce travail est consacré à l’exploitation de la stéréocomplexation issue du mélange d’oligolactate de chiralité opposée (OLLA et ODLA) afin de construire des films multicouches à travers la technique de dépôt en couche par couche (LbL). Dans la littérature, cette interaction basée sur un phénomène de co-cristallisation, a été utilisée pour préparer des assemblages supramoléculaires (micelles, gels) en milieu solvant, à travers notamment la synthèse de copolymères greffés ou séquencés contenant des segments d’OLA. Dans ce contexte, des copolymères greffés constitués de chaîne principale hydrophile (guar ou alcool polyvinylique (PVOH)) porteur de segments d’OLA optiquement purs et de chiralité opposée (guar-g-OLA ou PVOH-g-OLA) ont été synthétisés. Ces dérivés ont été obtenus par un couplage de type « Grafting onto » basé sur une réaction d’estérification entre i) le polymère hydrophile et ii) des oligolactates L ou D, de masse contrôlée et porteurs de fonctions acide carboxylique en extrémité. Dans le cas des copolymères à base de guar, la synthèse s’est avérée laborieuse et n’a permis que d’obtenir des copolymères dont le pourcentage massique en OLA varie de 2 à 18 %. Concernant les copolymères à base de PVOH et à travers la variation des paramètres expérimentaux, des copolymères optiquement purs présentant des degrés de substitution (DS) en OLA variés (de 2 à 8 %), soit un pourcentage massique en OLA variant de 40 à 80 %, ont été obtenus. L’aptitude de ces derniers copolymères énantiomère à stéréocomplexer en masse et milieu solvant (DMSO) a été étudiée en détail par des techniques expérimentales complémentaires telles que la DSC, la DRX, la RMN 1H et la FTIR. Il s’avère que le greffage covalent des OLA sur la chaîne de PVOH ne limite en rien la stéréocomplexation. De plus, en milieu solvant, la cinétique de stéréocomplexation s’avère très rapide, ce qui est un pré-requis essentiel pour élaborer des films multicouches par la technique dite du LbL. Des analyses en AFM, de mouillabilité et de spectroscopie FTIR en mode ATR ont montré la faisabilité de construire des films multicouches LbL par stéréocomplexation. De plus, l’influence du degré de substitution de ces copolymères ainsi que l’impact du procédé de dépôt (« dip-coating » versus « spin-coating » de solutions de copolymères énantiomère seuls, ou de solutions de complexes préalablement formés) ont été étudiés. / This work is devoted to the exploitation of the mixture of stéréocomplexation oligolactate of opposite chirality (OLLA and ODLA) to construct multilayer films through deposition technique layer by layer (LbL). In the literature, this interaction based on the phenomenon of co-crystallization, was used to prepare supramolecular assemblies (micelles, gels) in a solvent medium, in particular through the synthesis of graft or block copolymers containing segments OLA. In this context, graft copolymers of hydrophilic main chain (guar or polyvinyl alcohol (PVOH)) bearing optically pure OLA segments of opposite chirality (guar-g-OLA or PVOH-g-OLA) were synthesized. These derivatives were obtained by a coupling type "grafting onto" based on an esterification reaction between i) the hydrophilic polymer and ii) oligolactates L- or D- with controlled mass and bearing carboxylic acid functions in end. In the case of guar-based copolymers, the synthesis has proved laborious and has allowed to obtain copolymers which the percentage by mass OLA varies from 2 to 18%. Regarding copolymers based PVOH and through the variation of experimental parameters, optically pure copolymers having different degrees of substitution (DS) of OLA (2 to 8%), a percentage by mass OLA ranging from 40 to 80 %, were obtained. The ability of these latter copolymers enantiomer to stereocomplexation in mass and in solvents (DMSO) was studied in detail by complementary experimental techniques such as DSC, XRD, 1 H NMR and FTIR. It turns out that the covalent grafting of OLA on the PVOH chain does not limit the stéréocomplexation. Moreover, in a solvent medium, the stéréocomplexation kinetics is very fast, which is an essential prerequisite for the development of multilayer films by the LbL technique called. Analyzes AFM, wettability and FTIR spectroscopy in ATR mode showed the feasibility of building LbL multilayer films by stéréocomplexation. In addition, the influence of degree of substitution of these copolymers as well as the impact of the deposition process ("dip coating" versus "spin coating" of copolymer solutions enantiomer alone, or complex solutions previously formed) have been studied.

Une interphase fibre de carbone/matrice époxy thermiquement auto-réparable a été construite sur la base de liaisons covalentes Diels-Alder (D-A) thermiquement réversibles. L’interphase modifiée par D-A a été formée en greffant des groupes maléimide sur la surface de la fibre de carbone et en introduisant des groupes furane dans le réseau polyépoxy. La capacité d’auto-réparation interfaciale a été caractérisée par le test de déchaussement de la micro-goutte. La surface de la fibre de carbone a subi un traitement en trois étapes : (i) oxydation par l’acide nitrique, (ii) amination par la tétraéthylènepentamine (TEPA) et (iii) greffage de bismaléimide (BMI). Après chaque étape de traitement, les modifications physico-chimiques de surfaces de la fibre ont été caractérisées par microscopies (MEB et AFM) et par spectroscopies (XPS, et ATR-FTIR). La modification de la matrice a été effectuée en copolymérisant le furfuryl glycidyl éther (FGE) au réseau époxy/amine et les propriétés de la matrice ont été évaluées par TGA, DSC, ATR-FTIR, et traction uniaxiale. Le caractère réversible des liaisons Diels-Alder a été également vérifié par DSC, TGA et RMN. Pour caractériser les capacités d'auto-réparation de l’interphase modifiée par D-A, les propriétés mécaniques et les capacités d'auto-réparation de l'interphase construite en combinant la matrice DGEBA-FGE/amine avec une série de fibres de carbone greffés par BMI ont été mesurées en fonction du temps d’oxydation préalable au greffage (gouvernant la réactivité de la fibre de carbone). Enfin, car le FGE joue un double rôle dans le système interfacial modifié par D-A, à la fois dans l’architecture en intervenant comme allongeur de chaîne entre nœuds de réticulation du réseau époxyde et au niveau de l’interphase en contribuant dans la formation des liaisons réversibles, l'influence de la concentration de FGE dans la matrice a été étudiée sur les propriétés mécaniques de l'interphase et également sur les propriétés mécaniques de la matrice. Par conséquent, ce travail a permis d’aboutir à la procédure optimale pour construire une interphase fibre de carbone/époxy thermiquement auto-réparable basée sur des liaisons covalentes Diels-Alder (thermo réversibles). L'interphase ainsi formée possède non seulement des capacités d’auto-réparations multiples, mais également des propriétés mécaniques compatibles avec une approche ‘matériau composite’. En effet, les propriétés mécaniques globales des matériaux composites, comme attendu, sont dépendantes des caractéristiques de cette interphase mais ne seront pas réduites par la présence de celle-ci notamment pour assurer la durabilité du matériau composite. / A thermally self-healable carbon/epoxy interphase was designed based on Diels-Alder (D-A) thermally reversible covalent bonds. The D-A modified interphase was formed between maleimide groups grafted on carbon fiber surface and furan groups introduced into epoxy network. The self-healing ability was characterized by a micromechanical approach using the micro-droplet debonding test. In this work, carbon fiber surface underwent a three-step treatment to graft maleimide groups, including HNO3 oxidization, tetraethylenepentamine (TEPA) amination, and bismaleimide (BMI) grafting. The fiber surface physico-chemical modifications after each treatment step were characterized by microscopies (SEM, and AFM) and spectroscopies (XPS, and ATR-FTIR). The matrix modification was carried on mixing furfuryl glycidyl ether (FGE) into epoxy/amine network and the properties of modified matrix were studied by TGA, DSC, ATR-FTIR, and tensile tests. The reversible character of Diels-Alder bond was also followed by DSC, TGA, and NMR. The interfacial mechanical properties and the self-healing abilities of the D-A modified interphases, built by combining DGEBA-FGE/amine matrix with a serial of BMI-grafted carbon fibers tuned as a function of the oxidization time were investigated. At last, since FGE plays a double-role in D-A modified interfacial system, i.e. chain extender in epoxy network and self-healing agent in the interphase, the influences of FGE content in matrix on the mechanical properties of interphase and also on the mechanical properties of cured matrix were evaluated. As a consequence, this study allowed to achieve the best process to build a thermally self-healable carbon/epoxy interphase based on thermally reversible Diels-Alder covalent bonds. The formed interphase has not only the successive self-healable abilities but also the required mechanical properties. Additionally, the overall mechanical properties of the composite material based on this interphase will not be weakened significantly after the interfacial modifications.