L’objet de ce travail est la description de la dynamique de diffusion dans les polymères à l’approche de la transition vitreuse et notamment les processus de relaxation hors équilibre. Nous développons, pour les mélanges compressibles de polymères et polymère-solvant, un modèle thermodynamique qui permet de calculer les forces thermodynamiques dans des situations hors d’équilibre (formalisme général d’Onsager). La dynamique correspondante repose sur l’existence d’hétérogénéités dynamiques près de Tg dues aux fluctuations de concentration (modèle de Long et Lequeux). Nous avons développé deux méthodes. La première est basée sur une équation de Fokker-Planck décrivant, à l’échelle des hétérogénéités (quelques nm), la distribution des fluctuations de concentration de polymère et de solvant. Après l’étude des mécanismes de relaxation à cette échelle, nous étudions l’échelle macroscopique, pour rendre compte de la pénétration du solvant dans un matériau vitreux ou du séchage d’un mélange polymère-solvant près de Tg. La deuxième méthode consiste en la simulation de ces mécanismes de relaxation par une description spatiale. Celle-ci est basée sur une discrétisation de l’espace, chaque site pouvant échanger du solvant ou des monomères selon une dynamique décrite par des équations de Langevin non-linéaires couplées. Cette dernière méthode est plus générale mais plus coûteuse en temps de calculs. Nous montrons que les résultats obtenus des deux façons sont cohérents. Il s’agit de la première méthode permettant de décrire microscopiquement et quantitativement la diffusion de solvant près et en dessous de la transition vitreuse / The aim of this work is to describe the diffusion dynamics in polymers close to the glass transition (relaxation processes at non equilibrium states). A thermodynamic model for polymer-polymer and polymer-solvent blends is developed. It is able to compute the thermodynamic forces existing at non equilibrium for the mentioned blends (Onsagers formalism). The correspondent dynamic are based upon the existence of thermodynamic heterogeneities close to Tg due to concentration's fluctuations (Long-Lequeux model). Two methods were developed. The first is based on a Fokker-Planck equation which describes, at the heterogeneity scale (i.e. nanometric scale), the distribution of fluctuations of polymer and solvent. Following the study on the relaxation mechanism in the nanometric scale, a microscopic scale was then considered, in order to take in account either the solvent penetration within a glassy material or the drying of a polymer-solvent blend close to Tg. The second method consists in the simulation of the mentionned relaxation mechanisms using a spatial approach. This approach is based on a special discretization, each site being able to exchange solvent molecules or monomers according to the dynamics described by coupled non-linear Langevin equations. This second method is a more general approach. However the calculations related to it are more time-consuming. The results obtained by both methods are in good agreement. This is the very first method able to describe microscopically and quantitatively the solvents diffusion close to or below Tg

Des mélanges de polymères miscibles de Polybutadiène (PB) et Polystyrène Butadiène (SBR) sont étudiés afin de mettre en relation leur structure microscopique avec leur comportement mécanique macroscopique dans les domaines linéaire et non linéaire. Les hétérogénéités dynamiques existent dans ces mélanges. Elles sont particulièrement visibles aux échelles de longueur associées aux modes de relaxation alpha (~1nm). Mais elles ne sont observées ni sur des échelles plus grandes associées à l'élasticité caoutchoutique (~10nm), ni sur des échelles plus petites associées aux modes de relaxation beta (<1nm). On suppose qu'un mélange peut être considéré comme un ensemble de domaines avec des températures de transition vitreuse différentes. La distribution de la température de transition vitreuse P(Tg) est déterminé via des mesures calorimétrique avec ou sans vieillissement physique. Avec le modèle de champs moyen auto cohérent d'Olroyd-Palierne, on peut prévoir quantitativement les spectres viscoélastiques linéaires des mélanges à partir de ceux des homopolymères et des données calorimétriques, sans paramètre ajustable. Cela confirme l'hypothèse qu'un mélange peut être considéré comme un ensemble de domaines avec des températures de transition vitreuse différentes. Les propriétés mécaniques non linéaires sont aussi étudiées. Les glissements d'enchevêtrement sont immobilisés par des zones vitreuses quand la transition vitreuse s'approche. La plasticité commence et les non linéarités structurales deviennent les plus importantes quand il y a la percolation des zones vitreuses.

L'objectif de cette thèse est de créer de nouveaux mélanges thermoplastiques présentant une processabilité accrue comparée à des matrices thermoplastiques hautes performances utilisées dans l'industrie aéronautique. Ces matériaux ont vocation à être intégrés en atmosphère avionique pressurisée. Afin de combler le cahier des charges imposé par le domaine aéronautique, le choix des matériaux s'est porté sur un mélange incompatible de polyétheréthercétone PEEK et de polymères à cristaux liquides LCP présentant une morphologie fibrillaire développée grâce à des conditions particulières d'écoulement lors de la mise en oeuvre.Dans un premier temps, les propriétés rhéologiques des matériaux sont caractérisées de manière à confirmer le respect des spécifications relatives à leur processabilité. La compréhension des phénomènes régissant la baisse de viscosité du mélange permet d'assurer la répétabilité et la reproductibilité des performances rhéologiques en vue d'un transfert industriel. L'étude se concentre ensuite sur les propriétés de cristallinité des mélanges, qui permettent de déterminer que la présence de deux matériaux semi-cristallins au sein d'une même structure ne perturbe pas leurs propriétés de cristallinité garantes de leurs performances thermomécaniques.Enfin, une campagne de caractérisation complète est effectuée afin de dresser une fiche matière et de la comparer aux spécifications exigées par l'industrie aéronautique. / The aim of this thesis is to create new thermoplastic blends exhibiting improved processability incomparison with high performance aeronautical thermoplastics. These materials are dedicated tointegrating pressurized avionic structures.To reach the specific aeronautical specifications, an incompatible polymer blend made ofpolyetheretherketone PEEK and liquid crystalline polymers LCP is chosen. The particular flow conditionsset for the compounding ensure the blend a fibrillar morphology.First, the material rheological properties are characterized so as to confirm that the processabilityspecifications are met. The viscosity drop causes are explained and grant the maintaining of therheological performances in any processing configuration.The study then focuses on the blend crystallinity properties in order to determine whether two interlinkedsemi-crystalline structures do not impede the thermomechanical performances.At last, a characterization campaign is led to compare the blend performances with the demandedaeronautical specifications.

Ce travail porte sur l'élaboration et la caractérisation de nouvelles membranes conductrices protoniques à base de ionomères perfluorsulfonés acides (PFSA) destinées à l'application pile à combustible PEMFC. Deux approches ont été utilisées afin d'améliorer les propriétés thermomécaniques d'un PFSA, l'Aquivion®, en vue de son utilisation à des températures supérieures à 80 °C. La première consiste à l'associer avec un polymère aromatique hydrogéné sulfoné, le poly(éther éther cétone) sulfoné (S-PEEK), via un simple mélange de ces polymères, conduisant à des matériaux Aquivion/S-PEEK. Dans la seconde voie, l'Aquivion® est combiné à un réseau de polymère neutre fluoré, le Fluorolink® MD 700, au sein d‘une architecture de Réseaux semi-Interpénétrés de Polymères (semi-RIP). Le réseau fluoré est alors synthétisé par voie radicalaire. À titre de comparaison, le S-PEEK a également été associé à ce même réseau neutre. Ces différents matériaux ont été élaborés sur une large gamme de composition.Leurs capacités d'échange ionique, leurs propriétés mécaniques, de sorption et de transport d'eau et de conductivité protonique ainsi que leurs stabilités mécanique, thermique et chimique ont fait l'objet de caractérisations les plus complètes possibles. Associées à différentes techniques de microscopie, elles ont permis également de déterminer la morphologie de ces nouveaux matériaux. Enfin, les nouvelles membranes présentant les caractéristiques physico-chimiques ex-situ les plus intéressantes ont été testées dans des conditions réelles de fonctionnement en pile à combustible, entre 80 à 105 °C. Les performances en pile à combustible de certains de ces matériaux sont similaires voire supérieures à celles de la membrane de PFSA seul. / This work focuses on the synthesis and characterization of new proton conducting membranes based on Aquivion®, a perfluorosulfonic acid ionomer (PFSA), for Proton Exchange Membrane Fuel Cell (PEMFC) application. Two approaches have been used to strengthen thermomechanical properties of this PFSA for operation above 80 °C. The first approach is the blend of Aquivion® with a sulfonated poly (ether ether ketone) (S-PEEK), leading to Aquivion/S-PEEK materials. In the second approach, Aquivion® is combined with a neutral Fluorolink® MD 700 fluorinated polymer network through semi-interpenetrating polymer network architecture (semi-IPN). In comparison, S-PEEK has also been associated with the same neutral network. All of these materials have been synthesized over a wide range of compositions.Their ion exchange capacity, mechanical properties, sorption and transport of water, and proton conductivity as well as their mechanical, chemical and thermal stabilities have been extensively characterized. Morphology of these new materials has also been studied using different microscopy techniques. Finally, thanks to these ex-situ studies, fuel cell tests from 80 to 105 °C have been investigated on the most promising membranes, whose performances are similar or higher compared to single PFSA membranes.

Dans le but de développer des matériaux actifs antimicrobiens biodégradables à libération contrôlée, des mélanges de deux polymères biodégradables incompatibles ont été mis en oeuvre par les voies classiques de transformation des matériaux plastiques (extrusion). L'originalité de ces mélanges réside dans la recherche d'une stratégie de contrôle de la libération d'espèces actives incorporées dans l'une des phases du système et générée par la tortuosité/disponibilité de chemins de diffusion sélectifs obtenue en jouant sur les proportions relatives des 2 polymères en présence. Les systèmes binaires étudiés sont : [amidon de maïs plastifié, PLS et poly(butylène succinate-co-adipate) ou PBSA] et un système référence [(poly(oxyethylène) PEO et PBSA]. Dans ces mélanges, les polymères polaires (PLS ou PEO) jouent le rôle de matrice hôte pour solubiliser les migrants actifs ou modèles, souvent polaires et le polymère semipolaire,le PBSA, compense la faiblesse des propriétés mécaniques et barrières à l'eau de la phase amylacée et /ou hydrophile tout en présentant une température de fusion basse (85°C) compatible avec une stratégie à plus long terme d'incorporation d'actifs peu thermostables. Les systèmes obtenus sont caractérisés afin de corréler les différentes morphologies obtenues en jouant sur la composition des mélanges (phase dispersées dans une matrice continue, ou continuité partielle ou totale, systèmes pseudo-multicouches) aux phénomènes de transport de diverses molécules. Les caractérisations effectuées ont alors pour objectif d'élucider les morphologies obtenues par i) extraction sélective par voie solvant (ou hydrolyse) enrichie par des observations microscopiques ii) par utilisation de sondes gazeuses via les propriétés de transport de vapeur d'eau (qui privilégiera les chemins offerts par la matrice polaire) ou de l'oxygène (qui, lui, privilégiera les chemins de diffusions offerts par le PBSA) iii) par la réalisation des isothermes et cinétiques de sorption d'eau et enfin iv) par l'étude de la libération dans l'eau de migrants actifs ou modèles préalablement incorporés dans la phase polaire (fluorescéinate de sodium, acides organiques, glycine, di-glycine). Il a ainsi pu être montré pour les mélanges PLS/PBSA que les phénomènes de diffusion sont contrôlés par la tortuosité générée par la présence de PBSA dans le cas du relargage de la fluorescéine et par l'hydratation limitée de la phase polaire en présence de fortes teneurs en PBSA dans le mélange pour les phénomènes de sorption d'eau. Ainsi, la diffusion de la fluorescéine, par exemple, est nettement plus influencée que celle de l'eau par la tortuosité (elle-même gouvernée par la composition du mélange), très probablement en raison de sa plus grande masse moléculaire. Pour les mélanges PEO/PBSA, des comportements distincts ont été mis en évidence selon la composition des mélanges. Pour les mélanges à faibles teneurs ou teneurs intermédiaires en PBSA, un transport rapide se produit principalement via la dissolution du PEO. La morphologie ne semble pas influencer les cinétiques de libération. Pour des teneurs élevées en PBSA, la cinétique de libération est cette fois dépendante de la morphologie présente un temps de latence caractéristique d'une cinétique de perméation (libération proportionnelle au temps). En conclusion, les matériaux élaborés par les voies migrants polaires tels que des conservateurs pour élaborer par exemple des emballages actifs antimicrobiens / In order to develop biodegradable and active materials s, blends of two incompatible biodegradable polymers have been implemented by conventiona plastic material processing (extrusion). The originality of these blends lies in the search for a strategy to control the release of active species included in one of the phases of the system. Therefore, the tortuosity / availability of selective diffusion paths obtained by varying the relative proportions of the two polymers involved will be exploited. Studied binary systems consist of: [plasticized corn starch, PLS and poly (butylene succinate-co-adipate) or PBSA] and a reference system [(poly (oxyethylene) PEO and PBSA]. In these blends, polar polymers (PLS or PEO) play the role of host matrix to solubilize the active migrants or model molecules which are often polar, and the semi-polar polymer (PBSA) compensates for the weakness of the mechanical properties of the starchy and / or hydrophilic phase while having a low melting temperature (85 ° C) consistent with a longer-term strategy of incorporation of thermostable active molecules such as lysozyme or nisin. The resulting systems were characterized to correlate the different morphologies obtained by varying the composition of the blends (dispersed phase in a continuous matrix, partial or total continuity, or pseudo-layer systems) to the transport phenomena of various molecules. The performed characterizations aim to elucidate the morphologies by i) selective solvent extraction method (or hydrolysis) enriched by microscopical observations ii) using gaseous probes via the determination of water vapor transport properties (water will favor the paths provided by the polar matrix) or oxygen transport properties (O2 will favor the diffusion paths provided by the PBSA matrix) iii) by determining water sorption isotherms and kinetics and finally iv) by the study of the release in water of active or model migrants previously incorporated in the polar phase (sodium fluoresceinate, organic acids, glycine, diglycine). It has been observed that the diffusion phenomena in PLS / PBSA blends are controlled by the tortuosity generated by the presence of PBS and by the limited hydration of the polar phase at high PBSA contents in the blends for water sorption phenomena. Thus, the diffusion of fluorescein, for example, is much more influenced by the tortuosity (itself governed by the composition of the blends) than that of water, which is likely due to its higher molecular weight. For PEO / PBSA blends, distinct behaviors were observed according to the blends composition. For the blends with low or intermediate content of PBSA, rapid transport occurs mainly via the dissolution of the PEO. The morphology did not seem to influence the release kinetics. For high contents of PBSA, the release kinetics were dependent on the morphology and a time lag which is characteristic of permeation kinetics (release proportional to time) appeared. In conclusion, the multiphasic materials prepared by plastic processing look promising for the controlled release of polar migrants such as food preservatives to develop antimicrobial active packaging

Ces dernières années, la recherche de solutions au problème de l'élimination de déchets polymères, notamment les déchets issus de pneumatiques qui posent de graves problèmes environnementaux, connait un développement croissant. Dans ce contexte, ce projet de recherche a pour objectif de contribuer au développement et à la promotion de solutions innovantes qui font appel aux connaissances développées dans les domaines des nanotechnologies, de la science et l’ingénierie des matériaux nouveaux et du génie des procédés et des produits. Il s’agit plus particulièrement de d’étudier la possibilité de valoriser les déchets issus de pneumatiques en les utilisant comme matière première (en tant que agents de renfort ou agents de modification de la résistance aux chocs) pour l'élaboration de matériaux nanostructurés. Ce travail met l'accent sur l'étude des mélanges de polyéthylène haute densité (PEHD) contenant des particules d’argile (dispersées à l'échelle du nanomètre) et des déchets de caoutchouc issus de pneumatiques usagés (ou Ground Rubber Tire ou GRT). Il est attendu que ce matériau présente des propriétés typiques des mélanges de polymères appelés Vulcanisats Thermoplastiques (TPVs), résultant de la vulcanisation dynamique de la phase de caoutchouc pendant le traitement à l'état de fondu (extrusion). Dans le système étudié, la matrice est le PEHD et la phase dispersée de la poudrette de pneu, préalablement dévulcanisée par micro-ondes. L'argile dispersée dans la phase de la matrice, agit comme un agent compatibilisant entre les phases du mélange et comme agent de renforcement, apportant une amélioration des propriétés mécaniques des matériaux préparés. La caractérisation des mélanges met l'accent sur leur morphologie et leur structure ainsi que sur leurs propriétés rhéologiques, thermiques et mécaniques. Une étude approfondie de l'évolution de la morphologie du mélange au cours de l’extrusion a été effectuée car ce paramètre est la clé pour optimiser le procédé et obtenir les meilleures propriétés pour le matériau final. Ceci représente la contribution plus importante de ces travaux de recherche. / The main objective of this work was the production of dynamically revulcanized blends containing HDPE and GTR devulcanized by microwaves. It comes against a big global problem which is the waste disposal of vulcanized elastomers, especially tires, which bring with them serious environmental and public health problems, since these materials require long periods of time to degrade naturally due to their structure of cross-linkings, and the presence of stabilizers and other additives in its formulation. A way of using the GTR that has been widely studied by researchers is as polymer blends in which one of the phases is a thermoplastic polymer. In this context, the role of elastomers devulcanization is to increase the interaction between raw and recycled material, reducing the degradation of properties of the finished product with its incorporation and making it possible the increase of the recycled rubber amount in the compound recycled rubber/thermoplastic. The devulcanization transformes devulcanized elastomer into a fluid material, allowing a better control of the particle size during the mixing process of the blend by breaking processes in the application of high shear rates. In addition, by becoming a fluid material, it is possible the incorporation of a higher amount of elastomer to the thermoplastic without great damage to its processability. However, the literature does not have works in which the study of the processing parameters of dynamically revulcanized blends containing devulcanized elastomer, as well as the influence of addition of clays from different shapes (lamellar and tubular) on their final properties, especially on rheological properties, which sets out the present work. Summarizing, this work aims to propose a possible solution to the problem of solid waste disposing by producing a dynamically revulcanized blend containing HDPE and GTR devulcanized by microwaves, in addition to decrease some gaps observed currently in the literature from the obtained results.

Dans ce travail, nous proposons un modèle qui décrit la dynamique dans les mélanges de polymères et polymère-solvant à l'approche de la transition vitreuse. Le modèle est résolu sur un réseau 2D sur des échelles de 10 nm à plusieurs microns. Ce modèle incorpore l'aspect hétérogène de la dynamique à l'échelle d'une hétérogénéité dynamique (3-5 nm). Dans le cas des mélanges de polymères, nous appliquons ce modèle afin d'étudier la séparation de phase lorsque le système est refroidi proche ou sous Tg, et le rajeunissement lorsque le système est réchauffé dans un état miscible et fondu. Pendant la séparation de phase, nous observons que des morphologies lentes se forment en coexistence avec des morphologies rapides. Pendant ce temps, la dynamique globale du système se ralentit et les domaines croissent comme le logarithme du temps. Lors de la réchauffe en revanche, nous observons que les domaines vitreux fondent plus vite que le temps nécessaire pour qu'ils se forment lors de la séparation de phase. Dans le cas des mélanges polymère-solvant, le système est en contact avec un réservoir de solvant et est en dessous de la température de transition vitreuse du polymère pur. L'activité du réservoir peut être changée afin de décrire le séchage ou le gonflement de films. Notre modèle permet de décrire la diffusion cas-II lorsqu'un polymère vitreux est plastifié par du solvant qui pénètre le système. Concernant le processus inverse de séchage, nous montrons que des films ayant des épaisseurs inférieures à 1 micron peuvent être séchés entièrement. Pour des films plus épais, en revanche, une croûte vitreuse se forme sur la surface libre du film / In this work, we propose a model for describing the dynamics in polymer blends or polymer-solvent blends close to and below Tg. The model is solved on a 2D lattice corresponding to spatial scales from 10 nm up to a few micrometers and incorporate the heterogeneous nature of the dynamics at the scale of a dynamic heterogeneity (3-5 nm). In case of polymer blends, we apply this model to study phase separation close to and below Tg upon cooling, and rejuvenation in miscible range upon heating. In the course of phase separation, we observe slow structures forming in coexistence with faster ones. In the same time, the global dynamics of the system slows down and domains grow like the logarithm of the time. During rejuvenation, we observe that morphologies melt much faster the elapsed time required to build them during aging. In the case of polymer-solvent blends, the system is put in contact with a solvent reservoir and is at temperatures far below the pure polymer glass transition. We consider situations where the activity of the solvent reservoir is varied in order to describe either films drying or swelling. Our model allows for explaining case-II diffusion in the context of the plasticisation of a glassy polymer by penetrating solvent during swelling. Regarding the process of film drying, we show that films up to 1 micrometer thick can be completely dried. When drying a thicker film, we show that a glassy crust may appear on the free surface, as shown experimentally

L'enjeu de ce travail est de comprendre les paramètres contrôlant les mécanismes de développement des morphologies et notamment la formation des nanodispersions pour des mélanges binaires de polyamides 6 de différentes masses molaires et de polyéthylène haute densité greffé anhydride maléique, mis en oeuvre par extrusion réactive. Le choix stratégique des matériaux a permis de balayer une large gamme de rapports de viscosité ainsi que différentes architectures de copolymères formés à l'interface. Les mécanismes de nature rhéologique ont été isolés méthodiquement des mécanismes dus à la réaction à l'interface en étudiant, d'une part, des mélanges non compatibilisés PA6/PEHD, puis l'effet de la réaction de compatibilisation seule en condition statique. Différents mécanismes de rupture de gouttes basés sur des instabilités capillaires sont proposés selon le rapport de viscosité. L'observation de microstructures ordonnées de copolymères aux interfaces en condition statique démontre la déstabilisation de l'interface fortement relié à la symétrie des copolymères formés. Les propriétés rhéologiques des mélanges sont étudiées ensuite. Les mécanismes de relaxation observés sont discutés, en particulier ceux liés aux interfaces et aux interactions entre nodules, en lien avec les morphologies des mélanges. Dans les mélanges compatibilisés, le comportement type gel ou solide-élastique (forte augmentation de l'élasticité aux basses fréquences), pour les mélanges concentrés, suggère la création d'un réseau percolant d'interactions entre nodules voisins. Enfin, un modèle performant de prédiction de la composition à l'inversion de phase à partir du comportement rhéologique est proposé / The aim of this work is to understand the parameters that control the morphology development mechanisms, and especially, the formation of nanodispersions. This study deals with binary blends of polyamide 6 of different molecular weights and maleic anhydride grafted high density polyethylene, processed by reactive extrusion. The strategic choice of blend components allowed to cover a wide range of viscosity ratio and various copolymer architectures formed at the interface. Mechanisms controlled by classical rheological laws were methodically isolated from mechanisms specific to the compatibilization reaction at the interface by studying, on the one hand, uncompatibilized PA6/HDPE blends, and on the other hand, the effect of the compatibilization reaction in static condition. Different drop break-up mechanisms based on capillary instabilities are proposed depending on viscosity ratios. The observation of ordered microphase separated copolymer domains at the interfaces in static condition attests of the spontaneous interface destabilization, strongly related to the copolymer asymmetry. Blends rheological properties are then studied. The different relaxation mechanisms obtained are discussed, especially those related to the interfaces and interactions between droplets, relatively to blends morphologies. In compatibilized blends, gel-like or solid-elastic behavior (strong elasticity increase at low frequencies) for concentrated blends, suggest the creation of a percolating network of interactions between neighboring droplets. Finally, an efficient model for predicting the phase inversion composition from the rheological behavior is proposed

L’objectif de ces travaux était l’utilisation d’oligomères de polyéthylène fonctionnels comme agents d’interface pour la formulation de matériaux polymères. Une première partie s’est portée sur la compréhension de l’évolution de la morphologie de mélanges composés d’une résine polypropylène ou polyéthylène et d’un oligomère de polyéthylène de faible masse molaire au cours de leur mise en œuvre et de leur cristallisation. Il a été constaté qu’un tel oligomère pouvait être incorporé sans difficulté aux résines sélectionnées, et ce grâce à une diffusion rapide ainsi qu’à une bonne miscibilité à l’état fondu. Cependant, il est apparu que ces mélanges étaient sujets à une séparation de phase solide-liquide lors de leur cristallisation, entraînant la formation de matériaux biphasiques à l’état solide. Dans une deuxième partie, un système réactif composé de deux oligomères fonctionnels a été étudié comme une potentielle stratégie de compatibilisation de mélanges polyéthylène/polyamide. Malgré les morphologies et propriétés intéressantes observées, il a été conclu que l’utilisation d’un tel système réactif n’était pas efficace comparé aux agents compatibilisants usuels. Enfin, des oligomères de polyéthylène fonctionnels ont été étudiés en tant qu’agents d’interface dans du polyéthylène renforcé par des fibres de verre dans l’optique d’en améliorer la facilité de mise en œuvre et les propriétés mécaniques. Il a ainsi été démontré que des oligomères avec les fonctionnalités appropriées pouvaient être utilisés comme agents d’interface en réduisant les interactions interparticulaires au cours de la mise en œuvre et en améliorant l’adhésion interfacial matrice-fibre à l’état solide / The objective of this work was to use end-functionalized polyethylene oligomers as interface agents in glass fibre-reinforced thermoplastics as well as compatibilizer precursors in immiscible polymer blends. The first part of this work was focused on the understanding of the morphology developments occurring during the melt processing and crystallization of binary systems where a low molar mass polyethylene oligomer was blended with polypropylene and polyethylene resins. It was found that the polyethylene oligomer was easily incorporated into the selected polyolefins thanks to rapid molecular diffusion and good miscibility in the molten state. However, it appeared that the blends underwent solid-liquid phase separation upon crystallization, leading to biphasic materials in the solid state. In a second part, a reactive system consisting of two functional oligomers was studied as a new strategy for the compatibilization of immiscible polyethylene/polyamide blends. Despite the interesting morphologies and properties observed, it was concluded that the use of such a reactive system did not result in efficient compatibilization compared to commonly used compatibilizer precursors. Lastly, polyethylene oligomers with various functionalities were investigated as interface agents in glass fibre-reinforced polyethylene, with the aim of improving both processability and mechanical properties. It was demonstrated that polyethylene oligomers with adequate functional groups could be successfully used as dispersants by reducing interparticle interactions during melt processing as well as coupling agents improving matrix-filler interfacial adhesion in the solid state

L’objectif de ce travail de thèse a été d’améliorer les propriétés barrière du polycarbonate (PC), polymère rigide et transparent utilisé dans l’industrie automobile comme matériau pour phares de voiture. Le PC est le siège de transferts de molécules de gaz et vapeurs provenant de l’intérieur et/ou de l’extérieur des optiques et également de migration de petites espèces (monomères, additifs) au sein de la matière elle-même. Ces phénomènes amènent souvent une perte de transparence du PC et d’autant plus avec la technologie LED qui ne dissipe pas la condensation. Pour y remédier, nous avons utilisé trois approches différentes permettant d’accroître la résistance au transfert des matériaux, à commencer par le traitement de surface par plasma froid afin de déposer sur le substrat de PC une couche barrière organosiliciée. La polymérisation de cette couche est effectuée en mélangeant du dioxygène avec un précurseur organosilicié : l’hexaméthyldisiloxane (HMDSO), le 2,4,6,8-tétraméthylcyclotétrasiloxane (TMCTS) ou le triéthoxyfluorosilane (TEOFS). Les autres approches axées sur les mélanges et l’incorporation de charges ont consisté à élaborer d’une part des micr/nano composites de PC/mica et de l’autre des mélanges de polymères PC/poly(m-xylène adipamide) (MXD6) et enfin le mélange chargéPC/MXD6/mica. Ces films ont été préparés à l’aide d’une extrudeuse bis-vis équipée d’éléments mélangeurs ayant pour but d’améliorer la qualité de mélange de dispersion de la matière. L’ensemble des matériaux obtenus a été caractérisé afin d’établir des relations de structure/morphologie/propriétés. Le dépôt par plasma a permis non seulement d’augmenter la résistance thermique du PC, mais aussi d’accroître son effet barrière à l’eau mais surtout aux gaz (N₂, O₂ et CO₂). L’efficacité du traitement plasma vis-à-vis de l’eau est fortement dépendante du caractère hydrophile du dépôt et de sa densité. Si les composites PC/mica élaborés avec les mélangeurs sont plus barrière à l’eau qu’aux gaz, les mélanges PC/MXD6 sont au contraire bien plus efficaces vis-à-vis des gaz que de l’eau. Ainsi l’ajout du mica à faible taux dans le mélange PC/MXD6 a permis, par effet de piégeage, d’accroître davantage la résistance à l’eau du mélange tout en maintenant des bonnes propriétés barrière aux gaz. Outre les effets barrière obtenus, nous avons réussi, par l’utilisation des éléments mélangeurs, à augmenter la stabilité thermique du PC et à conserver la transparence des films de PC/mica, PC/MXD6 et PC/MXD6/mica. / The aim of the present thesis is to improve the barrier properties of polycarbonate (PC), a stiff and transparent polymer used in automotive industry as material for car headlights. PC represents a place of transfer of gas molecules and vapors coming from inside and/or outside the optics and also of migration of small species (monomers, additives) within the material itself. These phenomena often lead to a loss of the PC transparency, especially with the LED technology which does not allow the condensation dissipation. In order to overcome this limitation, three different approaches allowing the increase of materials transfer resistance were chosen. The first approach consists in the cold plasma surface treatment in order to obtain a barrier organosilicon layer on the PC substrate. This layer is obtained using a mixture of oxygen with an organosilicon precursor : hexamethyldisiloxane (HMDSO), 2,4,6,8-tetramethylcyclotetrasiloxane (TMCTS) or triethoxyfluorosilane (TEOFS). The other approaches focused on the incorporation of fillers and polymer blends permit the elaboration of micro/nano-composites of PC/mica, PC/poly(m-xylene adipamide) (MXD6) polymer blends and charged PC/MXD6/mica blends. These films were prepared using a double-screw extruder equipped with mix elements allowing the improvement of the quality and dispersion of the blend. The physico-chemical characterization of the obtained materials highlights the structure/morphology/properties relationship. The plasma deposition allows an increase of the PC thermal resistance as well as its barrier properties toward water and especially gas (N₂, O₂ and CO₂). The efficiency of the plasma treatment toward water molecules strongly depends on the layer hydrophilicity and density. PC/mica composites elaborated with mix elements are found to be more barrier toward water than toward gas, while PC/MXD6 blends are more efficient toward gas than water. Thus, the addition of low mica contents in the PC/MXD6 blend allowed to further increase the water resistance of the blend by trapping effect, while maintaining its high barrier properties toward gas. In addition, an increase of the PC thermal stability and a presevation of the transparency of PC/mica, PC/MXD6 and PC/MXD6/mica films were revealed using mix elements.