Cette thèse propose l'étude de matériaux composites industriels simplifiés constitués de caoutchouc non réticulé (copolymère styrène-butadiène « SBR ») renforcés par des charges nanométriques de silice hautement dispersible. Afin d'identifier les mécanismes physico-chimiques responsables de ce renforcement et être capable de l'optimiser, nous devons comprendre les corrélations existantes entre les propriétés macroscopiques du matériau et la structure des charges à différentes échelles.Pour cela, une large campagne d'expériences de diffusion de rayons-X aux petits angles (DXPA) ainsi que de nombreux clichés de microscopie électronique ont été réalisés. En couplant ces données avec des simulations Monte-Carlo, il a été notamment possible de mettre en avant la présence d'une organisation à trois niveaux en partant de billes élémentaires d'une dizaine de nanomètres formant des agrégats eux-mêmes arrangés selon un réseau tridimensionnel branché existant à travers tout l'échantillon.L'analyse du renforcement dans les nanocomposites a été effectuée par rhéométrie et analyse dynamique mécanique. D'autres techniques telles que la spectroscopie diélectrique, la résonance magnétique nucléaire, l'analyse thermogravimétrique ou la spectrométrie infrarouge ont également contribué à une caractérisation complète de ces matériaux, en particulier pour sonder la dynamique des chaînes de SBR à l'interface avec la charge.Afin de déceler les corrélations existantes entre structure et propriétés, nous nous sommes attachés à décrire systématiquement l'influence de paramètres-clés tels que la fraction volumique en silice, le type de polymère employé (greffable sur la silice ou pas) ou leur masse molaire sur la morphologie des charges (taille des agrégats, ...) ainsi que sur le comportement mécanique (module d'élasticité, ...) des composites. Ce travail a permis d'identifier la densité de greffage des chaines comme le paramètre définissant la structure des composites et impactant significativement le renforcement.Cette thèse, résolument tournée vers la compréhension fondamentale, s'inscrit, à terme, dans la recherche d'une loi de comportement décrivant l'effet de la structure des charges sur les performances des pneumatiques. Cette dernière doit permettre de répondre à des problématiques rencontrées en ingénierie telles que la résistance à l'usure, l'adhérence, ou la résistance au roulement.De plus, dans le but d'atteindre des informations supplémentaires quant aux interactions entre le caoutchouc et la silice, nous avons mis au point un protocole expérimental permettant de formuler des échantillons dits « modèles » renforcés avec une silice colloïdale. Cette dernière étant beaucoup mieux définie d'un point de vue géométrique, son analyse structurale est grandement facilitée rendant possible l'étude des potentiels mis en jeu pendant la production des nanocomposites. / In this thesis, we study nanocomposite materials made of non vulcanized rubber (styrene-butadien copolymer “SBR”) reinforced by highly dispersible silica nanofillers. In order to identify physico-chemical mechanisms responsible for such a reinforcement and being able to optimize it, we must understand existing correlations between the material macroscopic properties and the multi-scale structure of the filler.For this purpose, a wide campaign of small angle X-ray scattering (SAXS) and electronic microscopy experiments have been performed. Coupling this data with Monte-Carlo simulations led to the emergence of a concept describing the silica morphology: A branched tridimensional network built up from aggregates (radius  50 nm) made of nanoparticles (radius  10 nm) spreading accross the whole sample.The analysis of the reinforcement in nanocomposites is based on rheometry and dynamic mechanical analysis. Other techniques like dielectric spectroscopy, nuclear magnetic resonance, thermogravimetric analysis or infra-red spectrometry contributed as well to fully characterize these materials, particularly to probe the SBR chains dynamic at the interface with the filler.In order to reveal the correlations between structure and properties, we systematically described the impact of key parameters such as filler fraction, polymer grafting or the chain molar mass on the silica morphology (aggregates size, …) as well as on the mechanical behavior (elastic modulous, …) of the composites. This work allowed identifying the polymer grafting density as the parameter defining the filler structure and playing a significant role on the reinforcement.This thesis, firmly focused on fundamental comprehension, contributes to the development of a general law describing the effect of the filler structure on the performance of tires. The latter must provide answers to engineering issues concerning wear resistance, wet grip or rolling resistance.Moreover, in order to obtain additional information regarding the rubber-silica interactions, we developed an experimental process allowing the production of “model” systems reinforced with colloidal silica. The use of such filler, very well defined in terms of size and shape, makes much easier the structural analysis giving the opportunity to investigate deeper the effective potential between the two phases during the composite production.

Cette thèse porte sur l’élaboration de nanocomposites anisotropes à base de nanofils de cobalt/polymères pour la fabrication d’aimants permanents qui ne contiennent pas de terres rares et l’optimisation des propriétés magnétiques de ces matériaux composites. La préparation de nanofils de cobalt mono-domaines (R~6-10 nm et L~250-350 nm) a été réalisée par voie thermique conventionnelle et par voie micro-onde. Des films de composites Co/polymère alignés ont été élaborés avec de très bonnes propriétés magnétiques (μ0Hc=0.75T, Mr/Ms=0.92). Le (BH)max est de 160 kJ/m3 qui est dans la gamme des aimants SmCo (BHmax~ 120-200 kJ/m3). Les techniques de diffusion de neutrons et de rayons-X aux petits angles (DNPA et DXPA) ont été utilisées pour la caractérisation des dispersions et des systèmes anisotropes. Les fils dans le chloroforme sont mieux dispersés par rapport aux autres solvants et forment des agrégats moins gros. Pour les films de composites, l’agrégation des nanofils est relativement plus dense dans le polystyrène que dans le poly(vinyl pyrrolidone). La qualité de l’alignement est proportionnelle à l’amplitude du champ appliqué même pour des champs très élevés. Cependant, un meilleur alignement ne conduit pas automatiquement à une meilleure coercivité. Les interactions entre des nanofils ont été caractérisées par Henkel plots. Les valeurs de ΔM sont faibles (ΔM<-0.2). En outre, la DNPA polarisée a permis de suivre le renversement magnétique à l’échelle nanométrique. Le champ coercitif Hc est défini par le renversement global de gros paquets de fils. Au-delà de Hc, il n’y a plus que des processus de retournements de fils individuels. Afin d’optimiser le Hc, l’optimisation de la microstructure (organisation des fils) est plus importante que l’optimisation des propriétés des fils individuels. / This thesis focuses on the development of nanocomposites made from anisotropic cobalt nanowires / polymer for the manufacture of permanent magnets which do not contain any rare earth and the optimization of the magnetic properties of these composite materials.The preparation of single-domain cobalt nanowires (R ~ 6-10 nm and L ~ 250-350 nm) was performed by conventional thermal route and by microwave route. The films of composite aligned Co nanowires/polymer have been elaborated with very good magnetic properties (μ0Hc = 0.75T, Mr / Ms = 0.92). The (BH)max is 160 kJ/m3 which is in the range of SmCo magnets (~ 120-200 BHmax kJ/m3). The techniques of small angles neutron and X-ray small angle scattering (SANS and SAXS) were used for the characterization of anisotropic systems and dispersions. The wires in chloroform are better dispersed compared to other solvents and form aggregates smaller. For the films of composite, the aggregation of the nanowires is relatively denser in polystyrene than in poly (vinyl pyrrolidone). The quality of alignment is proportional to the amplitude of the applied field, even for very high fields. However, a better alignment does not automatically lead to a better coercivity. The interactions between nanowires were characterized by Henkel plots. The ΔM values are pretty low (ΔM <-0.2). In addition, polarized SANS was used to track the magnetic reversal at the nanoscale. The coercive field Hc is defined by global reversal of large packets of wires. Beyond Hc, there are more processes than reversals of individual wires. To optimize Hc, optimizing the microstructure (organization of wires) is more important than optimizing the properties of the individual wires.

Les virus sont des objets biologiques dont les mécanismes de prolifération restent mal compris, et dont la taille et l'organisation du génome rendent la cristallisation difficile. Nous avons étudié les modifications structurales d'un virus sphérique de plante, le Virus de la Mosaïque du Brome (BMV), ainsi que les interactions entre particules virales en solution afin de définir des conditions de cristallisation. Le gonflement de la capside lors de l'entrée du virus dans les cellules de plantes est impliqué dans la prolifération virale. Dans un premier temps, nous avons modélisé la capside du BMV, sous sa forme compacte à pH 5,9 et sous sa forme gonflée à pH 7,5, par reconstruction tridimensionnelle à partir de clichés de cryomicroscopie. Nous avons ainsi pu observer le réarrangement de l'ARN entre les deux états. Nous avons ensuite étudié les interactions entre particules virales en solution par diffusion des rayons X aux petits angles. Nous avons fait varier plusieurs paramètres physico-chimiques comme le pH, et la concentration en sels et en polymères, afin d'induire des interactions attractives entre virus en solution. En effet, la cristallisation des protéines a lieu en régime attractif. Grâce aux résultats obtenus par l'utilisation de polyéthylène glycol (PEG), nous avons pu déterminer des conditions de cristallisation du BMV, et montrer la corrélation existant entre la nature des interactions en solution et la cristallisation de macromolécules de la taille du BMV. Nous avons également mis en évidence qu'un excès de PEG provoque la précipitation microcristalline des virus. L'étude de la cinétique d'apparition et de croissance des microcristaux nous a permis de mieux caractériser les étapes précoces de cristallisation du BMV en présence de PEG.

Cette thèse propose l'étude de matériaux composites industriels simplifiés constitués de caoutchouc non réticulé (copolymère styrène-butadiène " SBR ") renforcés par des charges nanométriques de silice hautement dispersible. Afin d'identifier les mécanismes physico-chimiques responsables de ce renforcement et être capable de l'optimiser, nous devons comprendre les corrélations existantes entre les propriétés macroscopiques du matériau et la structure des charges à différentes échelles. Pour cela, une large campagne d'expériences de diffusion des rayons-X aux petits angles (DXPA) ainsi que de nombreux clichés de microscopie électronique ont été réalisés. En couplant ces données avec des simulations Monte-Carlo, il a été notamment possible de mettre en avant la présence d'une organisation à trois niveaux en partant de billes élémentaires d'une dizaine de nanomètres formant des agrégats eux-mêmes arrangés selon un réseau tridimensionnel branché existant à travers tout l'échantillon. L'analyse du renforcement dans les nanocomposites a été effectuée par rhéométrie et analyse dynamique mécanique. D'autres techniques telles que la spectroscopie diélectrique, la résonnance magnétique nucléaire, l'analyse thermogravimétrique ou la spectrométrie infrarouge ont également contribué à une caractérisation complète de ces matériaux, en particulier pour sonder la dynamique des chaînes de SBR à l'interface avec la charge. Afin de déceler les corrélations existantes entre structure et propriétés, nous nous sommes attachés à décrire systématiquement l'influence de paramètres-clés tels que la fraction volumique en silice, le type de polymère employé (greffable sur la silice ou pas) ou leur masse molaire sur la morphologie des charges (par exemple la taille des agrégats) ainsi que sur le comportement mécanique (par exemple leur module d'élasticité) des composites. Ce travail a permis d'identifier la densité de greffage des chaines comme le paramètre définissant la structure des composites et impactant significativement le renforcement. Cette thèse, résolument tournée vers la compréhension fondamentale, est aussi une contribution à la recherche d'une loi de comportement décrivant l'effet de la structure des charges sur les performances des pneumatiques. Cette dernière doit permettre de répondre à des problématiques rencontrées en ingénierie telles que la résistance à l'usure, l'adhérence, ou la résistance au roulement. De plus, dans le but d'atteindre des informations supplémentaires quant aux interactions entre caoutchouc et silice, nous avons mis au point un protocole expérimental permettant de formuler des échantillons dits " modèles " renforcés avec une silice colloïdale. Cette dernière étant beaucoup mieux définie d'un point de vue géométrique, son analyse structurale est grandement facilitée rendant possible l'étude des potentiels mis en jeu pendant la production des nanocomposites.

Cette thèse porte sur l'élaboration de nanocomposites anisotropes à base de nanofils de cobalt/polymères pour la fabrication d'aimants permanents qui ne contiennent pas de terres rares et l'optimisation des propriétés magnétiques de ces matériaux composites. La préparation de nanofils de cobalt mono-domaines (R~6-10 nm et L~250-350 nm) a été réalisée par voie thermique conventionnelle et par voie micro-onde. Des films de composites Co/polymère alignés ont été élaborés avec de très bonnes propriétés magnétiques (μ0Hc=0.75T, Mr/Ms=0.92). Le (BH)max est de 160 kJ/m3 qui est dans la gamme des aimants SmCo (BHmax~ 120-200 kJ/m3). Les techniques de diffusion de neutrons et de rayons-X aux petits angles (DNPA et DXPA) ont été utilisées pour la caractérisation des dispersions et des systèmes anisotropes. Les fils dans le chloroforme sont mieux dispersés par rapport aux autres solvants et forment des agrégats moins gros. Pour les films de composites, l'agrégation des nanofils est relativement plus dense dans le polystyrène que dans le poly(vinyl pyrrolidone). La qualité de l'alignement est proportionnelle à l'amplitude du champ appliqué même pour des champs très élevés. Cependant, un meilleur alignement ne conduit pas automatiquement à une meilleure coercivité. Les interactions entre des nanofils ont été caractérisées par Henkel plots. Les valeurs de ΔM sont faibles (ΔM<-0.2). En outre, la DNPA polarisée a permis de suivre le renversement magnétique à l'échelle nanométrique. Le champ coercitif Hc est défini par le renversement global de gros paquets de fils. Au-delà de Hc, il n'y a plus que des processus de retournements de fils individuels. Afin d'optimiser le Hc, l'optimisation de la microstructure (organisation des fils) est plus importante que l'optimisation des propriétés des fils individuels.