L'objet de cette étude est l'élaboration de matériaux polymères nanocomposites transparents à matrice polycarbonate, pour des applications dans des domaines tels que la lunetterie ou le vitrage automobile. L'incorporation de nanoparticules au sein du polycarbonate a été envisagée afin de lui conférer certaines propriétés mécaniques telles qu'une plus grande rigidité, une meilleure stabilité dimensionnelle, une résistance à la rayure plus importante, tout en conservant sa transparence. Le maintien de la transparence du matériau passe d'une part par l'utilisation de particules nanométriques présentant un indice de réfraction proche de celui de la matrice et d'autre part par une trés bonne dispersion de ces particules au sein de la matrice polymère. Ainsi différents types de nanoparticules minérales ont d'abord été sélectionnés puis incorporés dans la matrice polycarbonate. L'évaluation des performances de ces nanocomposites en termes de transparence et de propriétés mécaniques a non seulement permis d'affiner la sélection des charges, mais aussi mis en évidence la difficulté de limiter la dégradation de la matrice polycarbonate en présence des nanocharges. Afin d'optimiser les performances des matériaux considérés, une étude approfondie des mécanismes de dégradation de la matrice polycarbonate a été réalisée, et des modifications du procédé d'élaboration ont été envisagées afin de limiter la dégradation de la matrice au cours de l'élaboration des nanocomposites. Enfin, dans le cadre d'une réflexion plus générale sur les mécanismes de renforcement des nanocomposites, une étude a mis en évidence les relations structure/propriétés existant au sein des matériaux élaborés, soulignant l'influence des nanoparticules sur la mobilité moléculaire de la matrice polycarbonate. / This study deals with the preparation of transparent polycarbonate nanocomposites for industrial applications such as optical lenses or automotive glazing. Incorporating nanoparticles to polycarbonate matrix aimed to improve some of its properties such as stiffness, dimensional stability, or scratch resistance, while maintaining intrinsic properties such as its transparency. Polycarbonate nanocomposites transparency depends on one hand on mineral partic/es diameter and refractive index, and on the other hand on the good dispersion of particles in polymer matrix. Therefore, different types of mineral fillers were selected and incorporated in polycarbonate matrix. The evaluation of mechanical and optical properties of these nanocomposites permitted not only to refine particles selection, but also to highlight polycarbonate degradation during compounding with nanofillers. ln order to optimize materials performances, a thorough study of degradation mechanisms was carried out, and the nanocomposites preparation process was modified so as to Iimit polycarbonate degradation in presence of mineral fillers. Lastly, in a more general framework, the reinforcement mechanisms involved in nanocomposite materials were investigated, and showed the existence of correlations between materials structure and properties, and the effect of mineral fi/lers on polycarbonate molecular dynamics.

Un emballage de transport et de stockage de matières radioactives comporte un polymère vinylester chargé assurant le blindage neutronique. Ce rôle de blindage repose sur la teneur en atomes d'hydrogène et de bore de ce matériau. En effet, les atomes d'hydrogène ralentissent les neutrons, ces derniers sont ensuite captés majoritairement par les atomes de bore. Pendant sa mise en service, ce matériau est soumis à trois types de vieillissement : le vieillissement hygrothermique, la thermo-oxydation ainsi que l'irradiation aux neutrons. Le but de ce travail est d'étudier les effets de ces vieillissements sur les propriétés et la composition chimique d'un matériau composite à base de matrice vinylester et de charges minérales. Les essais accélérés de vieillissement hygrothermique sont réalisés à des températures comprises entre 80°C et 140°C dans un milieu saturé en humidité. L'étude physico-chimique montre essentiellement l'extraction de prépolymère, durcisseur et oligomères non réagis ainsi que la poursuite de la réticulation. La résistance à l'hydrolyse bien connue des matrices vinylester a été confirmée. A 120°C et 140°C, la principale conséquence est la chute initiale importante des propriétés mécaniques induite par le déchaussement des charges minérales. Les essais accélérés de thermo-oxydation sont effectués à 120°C, 140°C et 160°C à la pression atmosphérique ou à une pression de 2 bars d'oxygène. Ce vieillissement induit une perte de masse et la formation d'une couche oxydée superficielle. Un modèle cinétique fondé sur le couplage réaction d'oxydation/diffusion d'oxygène a permis de calculer à long terme, le profil de concentration des produits d'oxydation, la perte de masse et la perte en atomes d'hydrogène. Quelques essais d'irradiation aux neutrons n'indiquent pas d'effet significatif sur l'état physico-chimique et le comportement mécanique du blindage neutronique.

Dans un contexte de développement durable, des matériaux thermoplastiques multiphasés biosourcés issus de dimères d’acides gras ont été élaborés pour développer une « eco-membrane » durable pour le bâtiment. Différentes formulations intégrant des polymères thermoplastiques biosourcés, polyuréthane thermoplastique (TPU) et polyamide (DAPA), des micro-charges minérales et des renforts cellulosiques ont été élaborées et analysées. Les relations « structures-propriétés » de ces systèmes multiphasés ont été étudiées. Les architectures macromoléculaires proches ont permis d’obtenir un certain degré de compatibilité entre les polymères. Les viscosités à l’état fondu du TPU et DAPA sont comparables, ce qui permet une bonne dispersion des phases du mélange lors de la mise en œuvre. Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des mélanges sont améliorées par ajout de micro-charges minérales. L’impact du facteur de forme des charges sur le module d’Young a été analysé et modélisé avec un modèle micro-mécanique. Des essais du type charge-décharge ont également été menés afin d’étudier le comportement à la fatigue des biocomposites. Enfin, les interactions et les affinités entre les renforts et polymères ont été approchées. Des modifications chimiques ont été développées à la surface des fibres afin de diminuer leurs caractères hydrophiles et d’améliorer la compatibilisation avec la matrice. L’impact de ces modifications sur l’interface fibres-matrice a ensuite été analysé. Les différentes études réalisées ont permis de sélectionner pas à pas les différents constituants de l’éco-membrane pour réaliser in fine un prototype prometteur. / In the context of sustainable development, renewable multiphase systems from thermoplastics based on dimers of fatty acids were prepared to develop a renewable waterproofing material for building applications. Formulations based on thermoplastics, i.e. thermoplastic polyurethane (TPU) and polyamide (DAPA), mineral micro-fillers and cellulosic fibers were prepared with a special focus on the morphology-property relationships of the multiphase systems obtained thereof. The close macromolecular architectures promote a certain degree of compatibility between the polymers. Comparable viscosities in the melt state ensure a good dispersion of the matrices within each other during processing. The mechanical properties and dimensional stability were improved with micro-fillers. The effect of the aspect ratio of the fillers on the elastic properties was investigated and micro-mechanical modelling of the Young’s Modulus was performed. The fatigue behavior of the biocomposites was also examined through loading and unloading tests. Finally, interactions and affinities between the fibers and polymers were characterized. Chemical modifications were carried out on the surface of the fibers to decrease their hydrophilic nature and improve the fiber-matrix adhesion. The effect of the chemical modification was then investigated. Step-by-step, the studies carried out ensured the selection of the optimal components for a renewable waterproofing material enabling the production of a promising prototype.