Ce projet s’intéresse à la valorisation de deux résidus retrouvés dans les sites d’enfouissement: le polystyrène (PS) et le caoutchouc de pneus usés (SBR). En particulier, on propose de mélanger ces deux matières afin de produire un matériau de bonne qualité. Les procédés d’extrusion et d’injection ont été utilisés pour une large gamme de concentrations: entre 0 et 94% en poids de SBR. Afin d’améliorer la compatibilité entre les deux phases, un prétraitement par le PS en solution dans le toluène a été effectué sur les particules de caoutchouc. Pour évaluer l’efficacité du traitement, une caractérisation complète en termes de morphologie, densité, dureté et propriétés mécaniques (tension, flexion, torsion et impact) a été effectuée. De plus, deux types de matrice PS ont été comparées: un PS expansé (recyclé) et un PS cristal (vierge). Les résultats démontrent que le prétraitement permet d’améliorer les propriétés des mélanges. Par exemple, une augmentation de 20% du module de Young a été observée pour le PS expansé. Néanmoins, l’effet du traitement se fait surtout sentir pour des concentrations supérieures à 50% de SBR. / This project focuses on the revalorization of two residues found in landfills: polystyrene (PS) and waste tire rubber (SBR). In particular, it is proposed to mix both materials to produce a good quality compound. Extrusion and injection molding were used for a wide range of SBR concentration: between 0 and 94% by weight. To improve the compatibility between both phases, a pre-treatment with PS in solution (toluene) was carried out on the rubber particles. To assess the efficiency of the treatment, a complete characterization in terms of morphology, density, hardness, and mechanical properties (tension, bending, torsion, and impact) was performed. In addition, two types of PS (matrix) were compared: an expanded PS (recycled) and a crystal PS (virgin). The results show that pre-treatment improves the properties of the blends. For example, a 20% increase in Young's modulus was observed for expanded PS. However, the treatment was most effective for SBR concentrations above 50%.

Les pneus en fin de cycle de vie soulèvent de graves problèmes environnementaux. Ils doivent être éliminés ou recyclés. En raison de leur structure réticulée, les pneus ne fondent pas ni ne se dissolvent. Ils sont généralement broyés en poudre (caoutchouc de pneu broyé, abrévié GTR). Ensuite, ces poudres sont mélangées avec une matrice (asphalte ou polymère thermoplastique) pour réutilisation. L'industrie du recyclage se heurte à deux problèmes principaux. En premier lieu, le contrôle de technique qualité est difficile à cause du manque de solubilité de la poudre et de moyens limités pour ces petites industries. Il est nécessaire de trouver des méthodes rapides et à faible coût pour améliorer la caractérisation des GTR. Dans le présent travail, nous avons mis l'accent sur l'utilisation de ces deux techniques et sur la spectrométrie de fluorescence-X (XRF), comme il y a des rapports dans la littérature démontrant que ceux-ci peuvent être utilisés, respectivement, pour déterminer la densité de réticulation, la composition en monomères et la composition élémentaire. Un deuxième problème est la faible adhérence entre la plupart des polymères et les GTR. Ceci résulte en un manque de résistance mécanique et une tendance à l'effritement des pièces fabriquées. Certaines études se concentrent sur l'ajout de monomère et d'initiateur au GTR, afin de faire une polymérisation in-situ de chaînes greffées sur la surface. Cependant, le poids moléculaire des greffons est inconnu et il est impossible de vérifier si celui-ci est supérieur au poids moléculaire d'enchevêtrement des chaînes. Des réactions photochimiques ont été utilisées pour greffer des chaînes polymériques terminées par un groupement thiol de poids moléculaire connu en utilisant les liaisons doubles présentes à la surface de GTR. La spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (XPS) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) ont été utilisées pour détecter les changements de surface et vérifier si le greffage a bien eu lieu. Finalement, la mesure des propriétés mécaniques a été utilisée pour évaluer l’effet du greffage avec les échantillons de GTR greffé mélangés à du polystyrène commercial. / End of life tires raise severe environmental problems and must be disposed of or recycled. Due to their cross-linked structure, they do not melt or dissolve, and are usually ground into a powder (ground tire rubber or GTR) and mixed with a matrix (asphalt or a thermoplastic polymer) for reuse. The recycling industry encounters two main problems. First, quality control is difficult due to the lack of solubility of the powder and to the limited technical means of these small industries. Rapid and low-cost methods are needed to improve characterization of GTR. This work focused on the use of these two techniques and of X-ray fluorescence spectrometry (XRF), as there are reports in the literature showing than these may be used, respectively, to determine cross-link density, monomer and elemental composition. The second problem is the poor adhesion between most polymers and GTR, resulting in parts that lack mechanical strength and tend to crumble. Some studies focus on adding monomer and initiator to GTR and doing in-situ polymerization of graft chains onto the surface. However, molecular weight of grafts is unknown and it is not possible to verify if the molecular weight is above the chain entanglement molecular weight. Photochemical reactions were used to graft thiol-terminated polymer chains of known molecular weight by using free carbon double bonds that exist on the GTR surface. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to detect the surface changes and graft degree. Mechanical properties measurement was used to monitor the treated samples blends with polystyrene matrix.

Ce travail de doctorat est consacré à la production et à la caractérisation de composés polymères à base de matrices thermoplastiques en mélange avec des particules de caoutchoucs recyclés. Les principales applications visées sont: (A) la production d’élastomères thermoplastiques (TPE) à haute teneur (50% et plus) en poudrette de caoutchouc de pneus usés (GTR); et (B) l’amélioration de la résistance à l’impact des composites thermoplastiques avec de faibles concentrations en GTR. Dans la première partie de ce travail, du polyéthylène maléaté (MAPE) a été utilisé comme matrice pour produire des mélanges MAPE/GTR présentant d'excellentes caractéristiques en tant qu’élastomère thermoplastique. Puis, les effets de différents mécanismes de dégradation (humidité, chaleur et recyclage) sur les propriétés des composites MAPE/GTR ont été largement examinés afin d’évaluer le potentiel de ces matériaux après plusieurs cycles d’utilisation. Enfin, le renforcement des TPE/GTR par différentes particules solides (poudre de bois et talc) a été étudié pour des applications plus exigeantes (caractéristiques mécaniques). Dans la seconde partie de ce travail, une nouvelle approche est proposée pour la modification de la résistance aux chocs des composites à base de polypropylène renforcé par des charges organique (chanvre) et inorganiques (talc, verre). L’amélioration des propriétés à l'impact de ces composites a été réalisée par l’addition d’un mélange à base de polypropylène maléaté (MAPP) et de poudrette de caoutchouc (GTR et déchets d’EPDM) contenant des concentrations élevées (jusqu’à 70% en poids) de déchets caoutchoutiques. / This Ph.D. work is devoted to the production and characterization of polymer compounds based on thermoplastic matrix filled with waste rubber powder. The main applications include: (A) the production of thermoplastic elastomer (TPE) resins containing high ground tire rubber (GTR) contents (50% and higher), and (B) impact modification of thermoplastic composites using low concentrations of GTR. In the first part of the work, maleated polyethylene (MAPE) is proposed as a matrix to produce MAPE/GTR blends having excellent characteristics as thermoplastic elastomers. Then, the effects of different degradation mechanisms (weathering, thermal degradation and reprocessing) on the properties of MAPE/GTR compounds were extensively investigated to determine their potential for further recycling. Finally, the reinforcement of GTR filled TPE was investigated using different types of solid particles (wood flour and talc) for more demanding applications (mechanical characteristics). In the second part of the work, a new approach is proposed for impact modification of polypropylene based composites based on organic (hemp) and inorganic (talc and glass) reinforcements. The effective improvement of the impact properties of these composites is performed through the addition of a masterbatch based on maleated polypropylene (MAPP)/waste rubber powder (GTR or waste EPDM) containing high concentrations (70% by weight) of waste rubber.