Au cours des dernières décennies, l’utilisation de polymères biodégradables a connu un regain d’intérêt pour des applications agricoles. Dans cette étude, nous nous concentrons sur le développement de textiles biodégradables destinés à la protection anti-insecte des cultures. Actuellement, ces textiles doivent être collectés par des entreprises après la saison agricole et entraîne un coût non négligeable pour l’utilisateur. Une alternative serait d’avoir des agro-textiles qui pourraient être collectés par l’utilisateur et minéralisés après quelques mois. Les polymères biodégradables pourraient répondre à ces objectifs. Dans cette étude, nous nous sommes concentrés sur le poly(butylene succinate) un polymère biodégradable et biosourcé. Le PBS a été synthétisé sur un pilote de polycondensation. Néanmoins, le PBS issu de cette synthèse présente de faibles propriétés rhéologiques. La structure du PBS a donc été modifiée par l’incorporation de branchements ou d’allongeurs de chaines. Les propriétés mécaniques ont également été optimisées via la synthèse de systèmes PBS/PLA transréagits et de PBS nanocomposites. Ces PBS modifiés ont été testés au filage. Finalement un fil de PBS avec 0,5% de silice sphérique a été produit à plus grande échelle et un textile a été fabriqué. Le vieillissement de ces fils PBS a été étudié et la conservation des propriétés mécaniques durant l’utilisation du fil en extérieur a été validée. Enfin, une dernière approche plus exploratoire a été testée. Elle consiste en la modification du PBS par des interactions supramoléculaires réversibles en température. / In the last decade, biodegradable polymers have gained significant interest for agricultural applications. Here we focus on the development of biodegradable textiles for insect-proof nets. Currently these textiles must be collected by specialized companies after the growing season and generate disposal cost. An ideal agrotextile would be collected by the user at the end of the growing season, and undergo full mineralization within few months. These requirements can be achieved by using biodegradable polymers. In this study, poly(butylene succinate) (PBS), a biobased and biodegradable polymer was studied. PBS was synthesized by polycondensation on a pilot plant reactor. Because of low rheological properties of the synthesized polyester, the chemical structure of PBS was modified by several approaches like chain extension or branching. The mechanical properties were tuned with the synthesis of PBS/PLA transreacted systems and PBS nanocomposites. These modified PBS were tested upon fiber spinning. Finally a PBS yarn with 0,5% spherical silica was produced at higher scale and a textile was done. Ageing of the PBS yarns was also studied and the conservation of the mechanical properties during use of the textile was validated. Lastly a more exploratory approach was tested. It is synthesis of modified PBS by supramolecular interactions, which are reversible upon temperature.

Les travaux de recherche réalisés, dans le cadre de la préparation de cette thèse consiste à préparer une nouvelle famille de polyesters ionomères furanique incorporant dans leur structure d’une part des unités aromatiques sulfonées et d’autre part des unités pyridiniques. Ce Choix est justifié principalement par les trois considérations suivantes : (i) la présence d’unités sulfonées dans la structure du poly (téréphtalate d’éthylène) confère à ce genre de polymère des propriétés physico-chimiques spécifiques favorisant son utilisation dans divers secteurs industriels dont principalement celui du détergents et celui des textiles, (ii) la présence d’unité furanique pourrait conduire à la biodégradabilité des matériaux dont on envisage leur préparation, (iii) la présence d’unités pyridiniques confère à ce genre de polymère des propriétés optoélectroniques (conductivité électrique, photoconductivité et propriétés luminescentes) permettant son utilisation dans diverses applications dont principalement le secteur spatiale et aéronautique. / The research conducted for the preparation of this thesis is devoted to develop a new family of furanic copolyesters incorporating in their structure sulfonated and pyridinic units. This choice is justified mainly by the following three considerations: (i) the presence of sulfonated units in the poly(ethylene-terephthalate) structure gives to this kind of polymer a specific physicochemical properties favoring its use in various industrial sectors in a detergents and in textiles domains (ii) the presence of furanic unit could lead to the biodegradability of these materials (iii) Pyridinic units confer to these polymers an optoelectronic properties (electrical conductivity, photoconductivity and luminescent properties) favoring its use in various applications , in the space and aeronautics fields.

The large amount of non-degradable plastic waste has become a significant environmental concern, leading to an increased need for degradable plastics. Here in, to create degradable polymers, polyesters were produced through radical ring opening polymerization using cyclic ketene acetals. The cyclic ketene acetal monomer 5,6-benzo-2-methylene-1,3-dioxepane has been prepared for the synthesis of homo- and copolymers with methyl methacrylate, α-methylene-γ-valerolactone, α-methylene-γ-butyrolactone, cholesterol methacrylate and limonene acrylate. The polymerization was conducted using radical ring opening polymerization both in bulk and solution polymerization. The structural characteristics of the polymer were determined by different characterization methodologies, including TGA, DSC, SEC, FTIR and 1D 1H-NMR. The results obtained from 1H-NMR analysis showed the composition of the copolymers. TGA analysis revealed the thermal stability of the polymers and their degradation patterns. DSC analysis provided information about the glass transition temperatures (Tg’s) of the polymers. Moreover, the Tg indicated the presence and amounts of comonomers in the copolymers. Overall, the results showed the influence of different comonomers on the properties of the polymers by successfully incorporating the comonomers in the polymer. The thermal properties for polymers containing methyl methacrylate became more thermally stable. The Tg, analyzed with DSC, shifted from the Tg of homopolymers indicating the incorporation of both monomers. The polymers were successfully degraded via hydrolysis in alkaline conditions breaking them down into smaller pieces making them easier to recycle. To conclude, the results all indicate that the incorporation of BMDO and thereby possibly other CKA-monomers into the polymer chains of commonly used plastics could provide valuable tools in the recycling of said plastics.

For more than a century, plastics have become an increasingly important part of the human society. Thanks to the durability and the many varieties of plastic it has a wide range of applications, but unfortunately the traditional plastic made from fossil oil has its drawbacks. Neither the fact that fossil oil is used, nor that these plastics won’t degrade in nature, are in any way sustainable for the environment in the long run. But out of the shadow of these problems, new technologies for the manufacturing of bioplastics are born. This thesis aims towards mapping out properties of different plastics, fossil based as well as bio-based, and investigating the possibilities to manufacture plastic material from algae, so called blue plastics. Additionally, the thesis shed light on terms related to plastic production and bioplastics.  The result shows that there are multiple approaches to the manufacturing of blue plastics; several divergent polymers (e.g. starch, protein and alginate) can be extracted from algae for the production of plastic material, and there is a large number of algae strains and methods to use. Blue plastics are still not produced in large scale, and therefore suffer from high production costs, which makes it challenging to replace traditional plastics. Another obstacle is bad durability and mechanical properties of some algae-based materials. But the blue side of the spectrum of plastics is still a young field of study and new innovations are yet to be discovered. / I över ett sekel har plast blivit en allt viktigare del i det mänskliga samhället. Tack vare sin tålighet och mångsidighet har plast en mängd olika användningsområden, men tyvärr har den traditionella plasten även sina nackdelar. Varken det faktum att fossil olja används, eller det faktum att dessa plaster inte bryts ned i naturen, kan anses hållbart i längden. Men ur skuggan av dessa problem träder nya tekniker fram, som möjliggör tillverkning av bioplaster. Detta projekt syftar till att kartlägga egenskaperna hos olika plaster, fossilbaserade såväl som biobaserade, samt möjligheterna att tillverka plast med alger som råvara. Dessutom läggs fokus på att förklara vissa termer relaterade till plaster, bioplaster och dess livscykel.  Resultatet visar att det finns ett flertal tillvägagångssätt för tillverkningen av algbaserade plaster. Flera olika polymerer (t.ex. stärkelse, protein och alginat) kan extraheras från alger för vidare produktion av plastmaterial, och dessutom finns ett stort antal olika algarter och tillverkningsmetoder som kan användas. Idag produceras algplaster ännu inte i stor skala, något som innebär att produktionskostnaderna fortfarande är höga och att det således är svårt att konkurrera ekonomiskt med traditionella plaster. Ett annat hinder för algbaserade plaster är i vissa fall låg resistans och sämre mekaniska egenskaper jämfört med traditionella plaster. Men den algbaserade delen av plastspektrumet är fortfarande ung och outforskad, fortfarande finns nya upptäckter och möjligheter som väntar på att bli funna.

För att möjliggöra en hållbar utveckling skiftar många polymerforskares fokus just nu från att syntetisera polymerer från fossila resurser till att producera biobaserade polymerer från exempelvis träd. Av särskilt intresse är lignin, som utgör ungefär en tredjedel av allt växtmaterial men i nuläget oftast används som bränsle. Många forskare har undersökt de möjligheter som öppnas genom att bryta ner lignin och modifiera molekylerna som fås därigenom, såsom ferulsyra. Denna studie syftade till att modifiera ferulsyra till en styren-lik monomer med en karboxyl-substituent, och att testa vattenbaserad polymerisation av denna monomer.Det första steget i modifiering var dekarboxylering av ferulsyra. Detta utfördes genom upprepningar av tidigare studier där baskatalyserad dekarboxylering utfördes i polära aprotiska lösningsmedel. Efter flera försök hittades en fungerande metod, där trietylamin gav en dekarboxylering med högt utbyte efter tre timmar i dimetylformamid vid 100 °C. Att isolera produkten var också utmanande i början, men en trestegs-extraktion med H2O och Et2O som avslutades med en tvätt av saltvatten gav tillräcklig renhet. En ättiksyra-grupp adderades till fenolen med hjälp av en tvåstegsreaktion som hittades i litteraturen, men inte förrän ett dussin försök till nya metoder med kloroättiksyra gjorts utan framgång. I den fungerande metoden tillsattes en acetatgrupp med metylbromoacetat i återkokande aceton med kaliumkarbonat som bas, innan acetatet demetylerades av litiumhydroxid i en metanol/vattenblandning vid rumstemperatur.Den resulterande monomeren, 4-oxy-ättiksyra-3-methoxy-styren (OAMS), sampolymeriserades med styren, både i bulk- och emulsionspolymerisation. Bulksampolymeren hade en något högre molekylvikt och glastransitionstemperatur än homopolystyren, med en betydligt högre dispersitet. Emulsionspolymerisation var utmanande, eftersom OAMS inte är särskilt löslig i vare sig vatten eller styren, och i slutändan producerades inga tydliga resultat genom dessa försök.  Studiens huvudsakliga slutsats är att även om det är möjligt att syntetisera ren OAMS från ferulsyra, är användbarheten av denna molekyl som monomer i vattenbaserad polymerisering inte övertygande, eftersom den är så pass olöslig om inte bas tillsätts, vilket introducerar risken för hydrolys.Slutligen, även om studien ledde till få säkra slutsatser på grund av flera ofullständiga resultat, uppnåddes huvudsyftet att modifiera ferulsyra och testa polymerisation av den bildade monomeren. / To enable a sustainable development, scientific focus is shifting from synthesizing polymers from fossil-based resources to producing bio-based polymers from for example wood. Of particular interest is lignin, which makes up about a third of plant matter but is nowadays most commonly used as fuel. A great deal of research has explored the possibilities opened up by breaking down lignin and modifying its derived molecules, such as ferulic acid. This study aimed to modify ferulic acid into a styrenic monomer with an acidic substituent, and to investigate the aqueous polymerization of this monomer.The first step of modification was the decarboxylation of ferulic acid. This was attempted through recreations of previous studies where base-catalysed decarboxylation was carried out in aprotic polar solvents. After several trials, a successful procedure was found, where triethylamine gave a high-yield decarboxylation after three hours in dimethylformamide at 100 °C. Isolating the product was also initially challenging, but a three-step extraction with H2O and Et2O finished by a wash of brine gave sufficient purity.Adding an acetic acid-group to the phenol was achieved using a two-step procedure found in literature, but not before trying a dozen novel methods using chloroacetic acid without success. In the working procedure, an acetate group was added using methyl bromoacetate in refluxed acetone with potassium carbonate as base, before demethylating the acetate using lithium hydroxide in a methanol/water mix at room temperature. The resulting monomer, 4-oxy-acetic acid-3-methoxy-styrene (OAMS), was copolymerized with styrene, both in bulk and emulsion radical polymerization. The bulk copolymer displayed a slightly higher molecular weight and glass transition temperature than homopolystyrene, with a significantly higher dispersity. Emulsion polymerization was challenging, as OAMS is not very soluble in either water or styrene, and ultimately, no conclusive results were produced through this route.The study concluded that while it is possible to synthesize pure OAMS from ferulic acid, the degree of usability of this molecule as a monomer in aqueous polymerization is not certain, as it is hardly soluble without the addition of base, which introduces the risk of hydrolysis. Ultimately, although few solid conclusions could be drawn from this study due to several incomplete results, the core objective of modifying ferulic acid and testing polymerization of the resulting monomer was achieved.

Världens fokus på hållbar utveckling är större än någonsin tidigare, och konstruktionssektorn ansvarar för upp emot 25 till 40 procent av de globala koldioxid emissionerna. Ett av nyckelmaterialen för att öka en byggnads energieffektivitet är isoleringsmaterialen. Syftet med detta kandidatexamensarbete är att utvärdera GWP:n av hampafiberisolering jämfört med de två marknadsledande isoleringsmaterialen, mineralull och cellplast.  GWP:n av de tre isoleringsmaterialen beräknas efter att vardera isoleringsmaterial har blivit placerat i ett envåningshus med storleken 30 m2. Livscykelanalysen för byggnader används sedan som bakgrund för att beräkna GWP:n av de tre byggnaderna. De beräknade kategorierna för GWP:n av byggnaderna är: råmaterial, transport, produktion, konstruktion samt energianvändningen. Byggnaderna antas ha en inomhustemperatur på 20°C och har blivit konstruerade i Stockholm, Sverige.  Utan överraskning var hampafibern det isoleringsmaterial som hade lägst GWP i kategorierna; råmaterial, produktion och konstruktion. Däremot på grund av hampafiberns mindre optimala termiska konduktivitet jämfört med de andra isoleringsmaterialen var byggnaden med hampafiberisolering den minst energieffektiva.  Trots den lägre energieffektiviteten visade sig byggnaden med hampafiberisolering vara den med lägst GWP under en 30 årsperiod, förutsatt att förnyelsebara energikällor användes. Överraskande nog, var däremot källan från vart elektriciteten kom mycket viktig för att avgöra byggnadernas GWP. När den svenska elmixen från Boverkets klimatdatabas användes var skillnaden i GWP mellan de olika byggnaderna marginell. Användes istället förnyelsebara energikällor i form av vindkraft, var hampafiberisoleringen det mest fördelaktiga isoleringsmaterialet ur ett miljöperspektiv. / The world's focus on global warming has grown larger than ever before, and the construction sectorisresponsibleforupwardsof 25to40percentoftheglobalcarbonemissions.Oneof the key materials to increase the energy efficiency of buildings are insulation materials. The purpose of the thesis is to evaluate the global warming potential of insulation made out of hemp compared with the two leading insulation materials on the global market, Mineral wool insulation & EPS.  The global warming potential of the three insulation materials are calculated whilst each is placed in a 30 m2 one-story house. The life cycle assessment (LCA) of buildings is used as background to calculate the global warming potential of each of the three buildings. The calculated categories for the global warming potential are: raw materials, transportation, production, the construction phase, and energy usage in the building. The buildings are assumed to have an inside temperature of 20°C and have been constructed in Stockholm, Sweden.  To no surprise the hemp fibre insulation material had the lowest global warming potential out of the three materials during the raw material, production and construction phase. However due to the less optimal value of thermal conductivity for the hemp fiber insulation compared to the other materials, the energy efficiency in the building using hemp fibre insulation was comparatively the worst.  However, the building using hemp fibre insulation could be concluded as the one with the least global warming potential during a 30 year usage if the correct energy sources were used. Surprisingly enough it turned out that the source of electricity was vital for the global warming potential. When using the Swedish electricity mix found in Boverkets Climate database the difference between the buildings was marginal. If renewable sources in the form of wind power were used instead of the national mix for electricity the differences were more noticable and the building using hemp fiber as insulation was less impactful the lower the global warming potential of the energy source was per kWh.

This thesis examines the manufacturing process of a novel flax fibre polypropylene composite material, focusing on understanding the process and its influencing factors. The composite was manufactured using pre-impregnated twill-woven flax fibre sheets (AmpliTex 5040 – PP) as outer layers and two core layers of pre-impregnated polypropylene sheets reinforced with short, randomly oriented natural fibres (NfPP). The manufacturing process involved preheating the material to core temperatures of 180°C, 190°C, or 200°C, followed by compression moulding with tool gaps of 3.0 mm, 3.2 mm, and 3.4 mm. The study found that the core temperature after preheating did not significantly affect the composite's thickness or layer compaction. However, the tool gap exhibited a significant effect, with an increase in thickness with larger tool gaps. The lowest deviation from the tool gap size was observed at 3.2 mm. The compaction of the AmpliTex 5040 – PP layers demonstrated no dependency on the tool gap, while the NfPP layers exhibited the highest compaction at a gap size of 3.0 mm. Thermal degradation analysis indicated that flax fibre is the most critical component, with higher core temperatures reducing the ultimate tensile strength and fracture strain of the composite material. The maximum tensile properties were observed for materials preheated to 180°C during manufacturing. The manufacturing process demonstrated an improvement in reproducibility compared to previous methods, although substantial variance in thickness remained.

Le contexte énergétique international impose de nouvelles orientations au secteur du bâtiment neuf ou en rénovation. Toute nouvelle solution doit être techniquement efficace et respectueuse pour l’environnement. Il s'agit dans ce travail de thèse de réaliser une étude numérique et expérimentale de matériaux de construction biosourcés liés au contexte transfrontalier Lorrain (France-Belgique- Luxembourg). En effet, ce travail intègre une partie du projet européen « Ecotransfaire » mené pour le développement d'une filière durable propre aux éco-matériaux. La sélection des matériaux selon une liste de critères à la fois scientifiques, géographiques et environnementaux a permis de répondre à notre problématique en s'orientant vers l'intégration des matériaux biosourcés pour leurs aspects favorables à l'environnement et à l’efficacité énergétique du bâtiment. Intégrés au bâtiment, ces matériaux sont sujets à plusieurs phénomènes de transfert de chaleur et de masse. Dans un premier temps et pour mieux appréhender ces phénomènes, un modèle de transfert couplé de chaleur, d'air, d'humidité (HAM transfers) est utilisé pour simuler le comportement hygrothermique d’un matériau en bois massif à structure supposée homogène. Ce modèle, mis en œuvre et résolu par la méthode des éléments finis, a été validé par des résultats analytiques retenus dans la littérature. L'étude de sensibilité du modèle au couplage, aux dimensions dans l'espace, aux conditions aux limites et aux variabilités des paramètres d'entrée est également présentée. Une des difficultés de l’utilisation de ce modèle réside dans la prise en considération de l'aspect fortement hétérogène de certains matériaux. Ainsi, dans ce travail, nous proposons une approche de caractérisation d'un composite lignocellulosique hétérogène de structure poreuse. En effet ce matériau est composé de deux constituants bien connus dans le domaine de l’industrie de construction: Le bois et le ciment. Le bois est incorporé sous forme de granulats avec des formes et des tailles irrégulières et le ciment est utilisé comme un liant. Le travail réalisé permet de remonter aux propriétés intrinsèques équivalentes de ce matériau (conductivité thermique et perméabilité à la vapeur) à l’aide des techniques de micro-tomographie. La méthodologie suivie consiste à la détermination de la structure d'échantillon par une prise d'images à l'échelle microscopique. Une fois la structure de l’échantillon générée, une reconstruction de la représentation bidimensionnelle précède la génération de la structure tridimensionnelle à l'aide d’un outil numérique qui permet de déterminer les propriétés équivalentes des domaines reconstruits en 3D. La perméabilité et la conductivité thermique équivalentes sont les deux propriétés évaluées dans cette configuration. Ces deux propriétés dépendent fortement de la porosité et de la distribution des pores dans la phase continue (la phase solide). De plus la composition de ce matériau et les fractions volumiques de chacun de ses constituants influent sur la formation de sa microstructure et par conséquent sur ses propriétés de transferts thermiques et hydriques. L'ensemble des connaissances développées dans ce travail permet une piste sérieuse pour l'élaboration d'un éco-matériau à propriétés contrôlées pour des usages spécifiques dans la construction et la rénovation / International energy context requires a new orientation to the building sector as in construction or in renovation. Any new solution must be technically efficient and environmentally acceptable. In this thesis, the object is to achieve a numerical and experimental analysis of a building biobased materials. Some of these materials are included from the study of a transborder project to the Lorraine region (France, Belgium and Luxembourg). Indeed an Ecotransfaire project was included in this work. This project has been oriented to the development of a sustainable eco materials chain. A process of analysis has been established in order to select the materials candidates on the basis of scientific, geographical and environmental criteria. The answers are moving towards the integration of bio-based materials. These materials are subject of several heat and mass transfers phenomena. So understanding these mechanisms within a building material has been achieved firstly. This resulted on a coupled model of heat transfer, air, moisture experienced by the HAM model. This model is applied to a wooden building material whose its structure is assumed homogeneous. Then, this model was implemented and solved by the finite element method. Its numerical solution is validated by analytical results available in the literature. The study of sensitivity of the model coupling, dimensions in space, the boundary conditions and the variability of input parameters is also presented. One of the difficulties of using this model is the case of heterogeneous materials. Thus, in this work, we propose an approach of characterization of a heterogeneous lignocellulosic composite material with a porous structure. In fact, this material is composed of two components: Wood and cement. The wood is presented by a shapes aggregates with irregulars sizes and the cement is considered as the binder in the composition. The object was to predict its equivalent intrinsic properties (thermal conductivity and vapor permeability) by using the micro-tomography techniques.The methodology consists to determine the structure of the sample by taking images at the microscopic scale. Once the structure of the sample is generated, we will conduct from a reconstruction of the two-dimensional representation to a three dimensional structure by using a numerical tool which determines the equivalent properties of the 3D reconstructed domain. The permeability as well as the equivalent thermal conductivity are the two properties evaluated in this configuration. These two properties are strongly depend to the porosity and to pore distribution in the continuous phase (the solid one). Moreover the composition of the material and the volume fractions of each components influence the formation of microstructure and consequently the thermal and hydric transfers

L’objectif de ces travaux a été de développer des vernis acrylate photo-polymérisables à 100% d’extrait sec, destinés à protéger des pièces thermoplastiques en polycarbonate contre les endommagements mécaniques, en particulier contre la rayure. Les relations entre la composition, la structure et les propriétés de ces revêtements ont été explorées. Pour ce faire ont été étudiées la morphologie, les propriétés thermomécaniques ainsi que la résistance à la rayure des matériaux. Cette dernière a été évaluée par des tests de micro-scratch. La cinétique de formation des réseaux polymères a elle aussi été étudiée, par photo-DSC. Tous les matériaux étudiés présentent, en analyse thermomécanique dynamique, un module élevé à l’état caoutchoutique ainsi qu’une large relaxation mécanique. Un vernis pétro-sourcé à 100% d’extrait sec, qualifié de standard, a servi de point de départ à ces travaux. Il a tout d’abord été comparé à un vernis commercial solvanté photo-polymérisable, spécialement conçu pour la protection de pièces thermoplastiques. Celui-ci s’est avéré être plus efficace en termes de résistance à la rayure. Dans un deuxième temps, a été étudiée l’influence sur les propriétés du vernis standard pétro-sourcé d’un monomère multicyclique entrant dans sa composition. La modification de son pourcentage n’a permis d’apporter aucun bénéfice en termes de résistance à la rayure. Des nanoparticules de silice, d’alumine ou de zircone, disponibles sous forme de dispersion dans un monomère acrylate, ont ensuite été incorporées dans le vernis standard pétro-sourcé. Une organisation particulière de la nano-silice et de la nano-alumine au sein des matériaux étudiés a pu être observée par microscopie électronique en transmission. Il a été constaté que le taux de charge doit être élevé pour observer une augmentation du module élastique et une amélioration de la résistance à la rayure du vernis (≥15% massique dans le cas de la nano-silice). Par ailleurs, l’ajout de 5% massique de nano-silice dans le vernis n’a conduit à aucune modification de sa cinétique de photo-polymérisation. Enfin, une partie des composés acrylate pétro-sourcés du vernis standard a été substituée par des acrylates bio-sourcés disponibles industriellement. La cinétique de photo-polymérisation des deux types de vernis est similaire. Les conclusions de la comparaison entre les vernis bio-sourcés et le vernis standard pétro-sourcé en termes de résistance à la rayure dépendent de l’épaisseur des revêtements étudiés. L’ajout d’un composé monoacrylate bio-sourcé à la formulation des vernis tend à améliorer la recouvrance élastique des revêtements de faible épaisseur. L’acrylate d’isobornyle est en particulier intéressant, car il a aussi tendance à retarder l’apparition des craquelures au cours de la rayure. / The aim of this work was to develop 100% solids photo-polymerizable acrylate coatings, intended to protect thermoplastic pieces made of polycarbonate against mechanical damage, in particular scratches. The relationships between the composition, the structure and the properties of these coatings were examined. For this purpose the morphology, the thermomechanical properties and the scratch resistance of the materials, assessed by micro-scratch tests, were studied. The kinetics of the polymer network formation was also studied by photo-DSC experiments. All the materials feature a high elastic modulus and a broad mechanical relaxation in dynamic thermomechanical analysis. A 100% solids petro-based coating (standard) constituted the starting point of this work. First it was compared to a commercial photo-polymerizable coating containing solvents, specially designed to protect thermoplastic pieces. This commercial coating turned out to be more efficient against scratches. In a second time was studied the influence of the percentage of a multicyclic monomer, taking part in the composition of the standard petro-based coating, on the properties of the latter. The modification of its proportion does not bring any advantage concerning the scratch resistance. Silica, alumina and zirconia nanoparticles, dispersed in an acrylate monomer, were then incorporated in the standard petro-based coating. A particular organization of the silica or alumina nanoparticles in the materials could be observed by transmission electron microscopy. A high filler content is required to observe an increase in the elastic modulus and an enhancement of the scratch resistance of the coating (≥15% by weight for the nano-silica). Moreover, no change of the photo-polymerization kinetics was noticed through the addition of 5% by weight of nano-silica in the coating. Finally, some of the petro-based acrylate compounds of the standard coating were substituted by commercially available bio-based acrylate monomers. Both types of coatings feature similar polymerization kinetics. The conclusions concerning the comparison of the scratch resistance of the bio-based and standard petro-based coatings depend on their thickness. The incorporation of a bio-based monoacrylate compound in low thickness coatings tends to improve the elastic recovery. Isobornyl acrylate is particularly interesting since it also tends to delay the apparition of cracks along the scratch.

De par leurs bonnes propriétés mécaniques, leur faible densité, leur faible coût, et leur bel aspect de surface, les composites SMC (Sheet Molding Compound) sont des matériaux de choix pour réaliser des pièces automobiles semi-structurelles. Ces matériaux sont principalement constitués d’une résine polyester (UPR), d’un additif thermoplastique comme agent anti-retrait, de carbonate de calcium comme charge et de fibres de verre coupées comme renfort. Le contexte environnemental et socio-économique actuel encourage les constructeurs automobiles à utiliser des matériaux issus de ressources renouvelables afin de réduire l’utilisation des réserves pétrolières, et de trouver une alternative au styrène (COV, polluant atmosphérique dangereux et potentiellement cancérigène) qui est utilisé comme diluant réactif (DR) dans les UPR. L’objectif de ce travail est de développer une matrice organique biosourcée (UPR et agent anti-retrait) pour composite SMC moulable par le même procédé de mise en forme et présentant le même niveau de performance comparé à l’existant pétrosourcé. La première partie de ce travail est consacrée à l’évaluation de nouveaux diluants réactifs biosourcés (MMA, BDDMA, BDDVE, EDI, IBOMA et LMA) comme substituants du styrène sur la base des contraintes liées au procédé SMC. Les résines sélectionnées ont ensuite été polymérisées et les réseaux obtenus caractérisés. Le mécanisme de copolymérisation a été étudié et a permis de mettre en évidence l’influence de la nature chimique des insaturations et de la fonctionnalité du DR sur les propriétés finales du réseau. De par sa faible viscosité, sa faible volatilité et son point éclair élevé, le BDDMA est un bon candidat pour remplacer le styrène dans les UPR. La partie suivante est consacrée à la caractérisation d’un prépolymère polyester insaturé et de différents agents anti-retrait biosourcés. Des matrices organiques ont été formulées avec différents agents anti-retrait, puis polymérisées et caractérisées. L’influence de la nature et du taux d’agent anti-retrait sur le retrait de polymérisation et les propriétés mécaniques a été évaluée. Des essais sur composites SMC à l’échelle pilote ont été réalisés afin d’étudier les propriétés finales des composites biosourcés. La meilleure compensation du retrait est obtenue pour l’additif de plus faible Tg, c'est-à-dire le polyester saturé biosourcé. Le réseau à base de BDDMA étant très fragile, la suite de ce travail a consisté à réduire la densité de réticulation du réseau en introduisant un monométhacrylate biosourcé dans la formulation (MMA, IBOMA et LMA) afin d’améliorer les propriétés au choc du matériau. Enfin, un nouveau DR biosourcé, le lévulinate de vinyle, a été évalué comme substituant du styrène dans les UPR. Le mécanisme de copolymérisation a été mis en évidence et relié à la structure et aux propriétés finales du réseau. / Due to their good mechanical properties, low density, low cost and good surface properties, SMC composites (Sheet Molding Compound) are suitable for manufacturing half-structural automotive parts. These materials are mainly based on a unsaturated polyester resin (UPR), thermoplastics as low profile additives, calcium carbonate as filler and chopped glass fibers. Current environmental and socio-economic concerns motivate automotive manufacturers to use bio-based materials in order to reduce the use of crude oil reserves and to find an alternative to styrene (VOC, hazardous air pollutant, potential carcinogen) which is used as reactive diluents (RD) in UPR. The aim of this work was to develop a bio-based organic matrix (UPR and low profile additive) for SMC composites with a similar processability and same level of performances compared to petroleum-based analogs. The first part of this work describes the evaluation of new bio-based reactive diluents (MMA, BDDMA, BDDVE, EDI, IBOMA and LMA) as styrene substituents for UPR, taking into account SMC process requirements. Selected resins were polymerized and the obtained networks characterized. Copolymerization mechanism was studied and allowed to highlight the influence of the chemical nature of unsaturations and the functionality of reactive diluents on network properties. Due to its low viscosity, low volatility and high flashpoint, BDDMA is a good candidate to replace styrene in UPR. Next part was dedicated to the characterization of bio-based unsaturated polyester and low profile additives. Several organic matrices were formulated with different low profile additives, then polymerized and characterized. The influence of the low profile additive nature and content on the polymerization shrinkage and mechanical properties of the material was evaluated. SMC composites were manufactured at the pilot scale and characterized in order to study the final properties of bio-based composites. The best shrinkage control is obtained with low-Tg additive (bio-based saturated polyester). Nevertheless BDDMA-based network is very brittle, so a next step of our work was to introduce a monofunctional methacrylate (MMA, IBOMA and LMA) into the matrix in order to decrease the crosslink density of the network and improve its impact resistance. The influence of the methacrylate nature and content on the structure and mechanical properties of the polyester networks was highlighted. Finally, a new bio-based RD, vinyl levulinate, was evaluated to replace styrene in UPR. Its copolymerization mechanism with UP was studied and related to the structure and mechanical properties of the network.