Ce travail de thèse porte sur la synthèse et la caractérisation d’élastomères réticulés réversiblement à base de polyisoprène et polybutadiène en vue de leur possible recyclage. Pour se faire, de longues chaines de polydiènes 1,4-cis ont été dégradées de manière contrôlée afin d’obtenir des polymères à faible viscosité. Dans un second temps, ces polydiènes ont ensuite été modifiés chimiquement soit le long ou soit aux extrémités des chaines afin d’obtenir des fonctions réactives de type alcool. Ces fonctions hydroxyles ont ensuite servi de point d’ancrage pour le greffage de fonctions furanes. L’addition d’un composé de type bis-maléimide au polymère liquide a alors conduit à la formation d’élastomère réticulé thermo-réversiblement grâce à la réaction de Diels-Alder entre les groupements furanes et maléimides. Les matériaux ainsi obtenus se comportement comme un élastomère réticulé stable dans une large gamme de température (- 80 °C à + 130 °C). Les propriétés mécaniques de ces élastomères (module de Young, contrainte/élongation à la rupture, module caoutchoutique) peuvent être facilement modulées en modifiant plusieurs paramètres comme la longueur des chaines, la densité de réticulation ou le lieu de réticulation (bout des chaines ou le long des chaines. La recyclabilité des matériaux a ensuite été montrée, aucune perte de propriétés n’a été observée même après 5 cycles de recyclage. Enfin, en changeant le type de liens réversibles par des groupements ureidopyrimidinones (UPy), nous avons observé que le matériel réticulé réversiblement par liaisons hydrogène obtenu possédait une organisation supramoléculaire particulière, induite par l’assemblage des groupements UPy. / This work focuses on the synthesis and characterization of reversibly crosslinked polyisoprene and polybutadiene and their potential recyclability. To this end, long chains of 1,4-cis polydienes have been degraded in a controlled manner in order to obtain telechelic polymers with low viscosity. In a second step, these low molar mass polydienes were chemically modified either along the backbone or at the chain-end of the polymer in order to obtain reactive functions. The thus obtained hydroxyl functions have been used as an anchor point for the grafting of furan functions. The addition of a bis-maleimide compound to the liquid polymer led to the formation of thermo-reversibly crosslinked elastomer thanks to the Diels-Alder reaction between the furan and the maleimide groups. The obtained materials have the behavior of a crosslinked elastomer, stable in a wide temperature range (-80 °C to + 130 °C). The mechanical properties of these elastomers (Young's modulus, strain / elongation at break, rubber modulus) can be easily modulated by modifying several parameters such as chain length, crosslinking density or crosslinking site along the chains. The recyclability of the materials was shown as no properties loss was observed even after 5 cycles of recycling. Finally, by changing the furan groups by ureidopyrimidinone groups (UPy), the reversibly crosslinked material obtained through hydrogen bonds possessed a totally different behavior with a particular supramolecular organization, induced by the assembly of the UPy groups.

L'objectif de cette thèse était l'élaboration d'un modèle cinétique permettant la prédiction de la durée de vie de propergols à matrice polybutadiène. Dans les conditions de stockage, leur vieillissement est dominé par l'oxydation radicalaire en chaîne des séquences polybutadiènes. La thermooxydation du prépolymère linéaire a d'abord été étudiée. Ceci nous a permis, outre les déterminations physico-chimiques classiques (consommation des doubles liaisons, apparition des carbonyles, hydroxyles, hydroperoxydes et époxydes), de suivre l'évolution des masses molaires par rhéométrie et de la masse par gravimétrie. L'ensemble de ces données permet de construire le schéma mécanistique et le schéma cinétique dérivé de ce dernier. Résolu numériquement, il est utilisé en méthode inverse pour identifier les constantes de vitesse élémentaires. Ensuite, des mesures de module de cisaillement par torsiométrie dynamique et de prise de masse ont été réalisés sur le réseau obtenu par réaction du diisocyanate sur le polybutadiène hydroxytéléchélique. La théorie de l'élasticité caoutchoutique permet d'établir une relation entre l'évolution du module et le nombre d'actes de coupure de chaîne et de réticulations. Les résultats de la modélisation montrent que les additions des radicaux sur les doubles liaisons sont plutôt intra qu'intermoléculaires. Malgré cela, les additions intermoléculaires restent en nombre suffisant pour que la réticulation prédomine nettement sur la coupure. Ces derniers résultats, intégrés au modèle cinétique (dans lequel le couplage réaction-diffusion est pris en compte) rendent possible la prédiction de la distribution des valeurs locales de module dans l'épaisseur de l'échantillon. A partir de cette distribution et en utilisant la mécanique des structures, on peut calculer la réponse élastique globale d'une pièce massive. Pour finir, les mécanismes de stabilisation par un phénol encombré ont été étudiés. Expérimentalement, il a été mis en évidence que le phénol était en grande partie consommé par réaction directe avec l'oxygène alors qu'en matrice polyoléfine, cette réaction n'est importante qu'aux pressions élevées (plusieurs MPa) d'oxygène pur. Ceci explique que les caoutchoucs polydiéniques nécessitent des concentrations plus élevées d'antioxydants que les polyoléfines, pour un effet stabilisant comparable voire plus faible.

L’objet de ces travaux de thèse est d’étudier la synthèse de polybutadiène au moyen de systèmes d’amorçage multi-métalliques. L’utilisation d’alcoolates de potassium en association avec des dérivés d’alkyllithium a été étudiée afin d’obtenir du polybutadiène de façon contrôlée avec 50% d’unités vinyliques en milieu apolaire. Dans un second temps, ces travaux démontrent que des systèmes d’amorçage sans lithium permettent la synthèse de polybutadiène par voie anionique. Lorsque le dialkylmagnesium est associé à un alcoolate de potassium, il permet l’obtention de polybutadiène avec 50% d’unités vinyliques, alors que le système dialkylmagnesium / alcoolate de baryum permet la synthèse de polybutadiène à fort taux de 1,4-trans (65%). / The goal of this research work is to find original ways to obtained polybutadiene with defined microstructure by developing multimetallic initiation systems. The aim of the first experimental chapter was to obtain polybutadiene with a 50% vinyl content in a controlled way in apolar media. This objective was achieved by using a bimetallic system based on potassium alkoxide and alkyllithium. The goal of the last experimental chapter was to prospect multimetallic initiation systems allowing obtention of polybutadiene without using lithium derivatives. The use of dialkylmagnesium in association with potassium alkoxide was found relevant to produce polybutadiene with a 50% vinyl content, while the association of dialkylmagnesium and barium alkoxide allows the synthesis of polybutadiene with a high 1,4-trans content (up to 65%).

Les objectifs de cette thèse consistent à identifier les morphologies adoptées par des mélanges d'élastomères chargés en noir de carbone, à étudier l'influence de l'introduction de charges sur ces morphologies mais aussi de détecter la localisation de la charge dans ces mélanges. Dans une dernière partie, l'impact de ces différentes structures sur les défauts d'extrusion est abordé. Ces travaux concernent l'étude des coupages caoutchouc naturel / styrene-butadiene rubber (NR / SBR) et polybutadiène / styrene-butadiene rubber (BR / SBR) non vulcanisés. Dans un premier temps, les morphologies adoptées par ces mélanges non chargés ont été identifiées grâce à plusieurs protocoles expérimentaux. L'influence de l'introduction de noir de carbone ainsi que l'étude de la localisation de la charge dans ces mélanges ont constitué une seconde étape dans ces travaux. Aucune localisation préférentielle de la charge n'a été détectée pour ces mélanges. Un système ségrégé a donc été réalisé par la suite. Enfin, le comportement en extrusion de ces mélanges a été simulé par rhéométrie capillaire et des observations de défauts d'aspect ont été faites. La ségrégation du noir de carbone ne semble pas entraîner la création de défauts d'aspect, sauf dans le cas d'une localisation dans la matrice

La silice de précipitation, poreuse à l'échelle de 10 nm, a de nombreuses applications industrielles dans lesquelles elle est mélangée avec des fondus de polymère, composés de molécules de dimension nanométrique. La surface de la silice est de haute énergie, si bien qu'elle tend à être recouverte par la plupart des liquides. Par conséquent, lorsqu'une goutte de liquide est déposée sur la surface de la silice, un film " précurseur " s'étale au-devant de celle-ci, avec une épaisseur de l'ordre du nm. A l'aide d'observations macroscopiques et par imagerie ellipsométrique, nous avons mis en évidence que le polybutadiène et le polystyrène sont en conditions de mouillage pseudo-partiel avec la silice : une goutte macroscopique coexiste à l'équilibre avec le film précurseur en raison de la présence de forces à longue portée attractive à l'échelle du film. Le film précurseur est en fait formé de molécules quasi-isolées qui diffusent avec un coefficient de diffusion égal au coefficient d'auto diffusion mesuré en volume. Ceci nous donne des indications précieuses sur les interactions polymère/silice. Par ailleurs nous observons dans certains cas la croissance d'une instabilité, prenant la forme d'un film " secondaire " d'épaisseur supérieure à celle du film précurseur. Le polydiméthylsiloxane est quant à lui en conditions de mouillage total sur la silice, et seul un film existe à l'équilibre, les forces à longues portées étant répulsives. L'imbibition de la silice poreuse peut également se relier à ces observations. Finalement, nous déduisons que le film précurseur pour des faibles masses de polymères a peu d'impact sur la dynamique d'imbibition de pastilles de silice poreuse. / Precipitated silica, which is porous at the 10 nm scale, has various industrial uses where it is mixed with polymer melts, with characteristic molecular sizes in the nanometer range. Having a high surface energy, silica tends to be covered by most liquids. As a consequence, when a liquid droplet is deposited on silica surfaces, a thin “precursor” film spreads in front of the droplet, with a thickness of a few nanometers. By combining macroscopic observations and ellipsometry imaging, we found that polybutadiene and polystyrene melts on silica are in pseudo-partial wetting conditions, for which a droplet coexists with a precursor film at equilibrium, due to attractive long range forces at the film length scale. The precursor film is composed of quasi-isolated molecules diffusing in two dimensions with a diffusion coefficient equal to the bulk self-diffusion coefficient. This provides valuable information on the polymer/silica interactions. Furthermore, we occasionally observe the growth of an instability, as a “secondary” film which is thicker than the precursor film. In contrast, polydimethylsiloxane melts are in total wetting conditions on silica: at equilibrium, a polymer film covers the silica surface and no droplets coexist with the film, due to repulsive long range forces. Our observations of the imbibition of porous silica by polymer melts were related to these results. Eventually, for low molar mass polymers, we find that the precursor film has no significant impacts on porous silica pellets imbibition.

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de copolymères greffés à squelette 1,4-polybutadiène (PBu) et polyoxanorbornène par combinaison de ROMP et chimie click et/ou polymérisation RAFT selon la méthode grafting through. Une gamme de macromonomères symétriques et non symétriques originaux poly(oxyde d'éthylène) (POE), poly(acrylate d'éthyle), poly(acrylamide de N-isopropyle) (PNIPAM) et POE-b-PNIPAM ont été synthétisés à partir de précurseurs oxanorbornène et cyclobutène fonctionnalisés présentant un ou deux groupements clickables et/ou un agent RAFT par chimie click et polymérisation RAFT. Une série de PBu-g-POE et polyoxanorbornène-g-POE bien définis ont été obtenus par ROMP en solution en utilisant des amorceurs de Grubbs et de Schrock. Les tests de ROMP en milieu aqueux dispersé ont montré que la mini-émulsion était efficace pour la polymérisation des macromonomères POE à extrémité cyclobutényle et oxanorbornényle.

Les traitements plasma sont devenus des moyens incontournables et puissants pour modifier les propriétés de surface de nombreux matériaux sans intervenir sur les propriétés massiques et ceci en étant respectueux de l’environnement. Si ces traitements ont été appliqués à de nombreuses reprises aux élastomères réticulés pour améliorer leurs propriétés d’adhérence, ils n’ont quasiment jamais été appliqués à des élastomères non réticulés. Les expositions plasma ont été réalisées à basse pression, en décharge radiofréquence dans un environnement d’air. Pour limiter la complexité de l’étude et pour obtenir une meilleure compréhension des mécanismes d’interaction plasma-surface, un SBR et un polybutadiène (BR) non chargés et non réticulés ont été utilisé comme élastomères modèles. Le rôle d’un d’antioxydant (6PPD) classiquement utilisé a également été étudié. L’influence de la configuration du réacteur plasma sur les modifications surface a été suivie par mouillabilité et spectroscopie XPS. La cartographie des espèces plasmagènes a été obtenue par spectroscopie d’émission optique.L’augmentation du caractère hydrophile des surfaces avec l’énergie du plasma jusqu’à un seuil énergétique a pu être mise en évidence. Au-delà les phénomènes d’ablation et de réticulation de surface deviennent prépondérants. Les modifications de surface et leur cinétique de réorganisation de surface des chaînes polymère dépendent essentiellement de la température, l’environnement est un paramètre secondaire. L’influence de ces modifications physico-chimiques de surface induite sur les propriétés de tack est clairement mise en évidence. L’augmentation du caractère hydrophile conduit à une augmentation importante des performances adhésives instantanées (temps courts de contact 100s) au contact du verre. Par contre, la réticulation superficielle consécutive à des expositions plasma trop énergétiques diminue de façon drastique l’autohésion, ie le contact entre deux surfaces élastomères traitées. Le rôle de l’antioxydant sur la recombinaison des radicaux macromoléculaires formés lors du traitement a été montré. Le succès de la mise en œuvre d’un traitement de surface par plasma repose sur le contrôle du seuil énergétique à ne pas dépasser de sorte à minimiser les phénomènes de réticulation superficielle. / Plasma treatment has become a powerful candidate to modify surface properties without any change in bulk properties. It combines high chemical reactivity with low operational costs, in environmentally friendly processes. Plasma treatment has been intensively applied for surface modification of vulcanized rubbers. Almost no studies have been dedicated to plasma treatment of unvulcanized rubbers. The role of each additive during plasma exposure is poorly understood. It is also admitted that surface crosslinking occurs easily on rubber surfaces exposed to plasmas. This impacts the adhesive properties of the rubbers because it mimics chain interdiffusion. In this context, determining the key plasma parameters that have a significant effect on the surface properties is a prerequisite for further process control. To limit the complexity of the study, we concentrated our efforts on unvulcanized filler-free styrene butadiene rubber (SBR) and polybutadiene rubber (BR) which has been used for the first time as rubber models. The effect of three main parameters that directly impact the amount of energy and the nature of the excited species in the plasma phase (i.e. the RF source power, the exposure time and the distance between the rubber samples and the plasma) was analyzed. Optical Emission Spectroscopy was used to characterize the plasma phase. Surface modifications were investigated by wettability measurements and X-Ray Photoelectron Spectroscopy. Surface aging was investigated under ambiant and inert atmosphere at different temperatures and finally tack properties were measured and connected to surface properties determined with optical emission spectroscopy.

Ce travail de thèse porte sur la synthèse de copolymères greffés à squelette 1,4-polybutadiène (PBu) et polyoxanorbornène par combinaison de ROMP et chimie click et/ou polymérisation RAFT selon la méthode grafting through. Une gamme de macromonomères symétriques et non symétriques originaux poly(oxyde d’éthylène) (POE), poly(acrylate d’éthyle), poly(acrylamide de N-isopropyle) (PNIPAM) et POE-b-PNIPAM ont été synthétisés à partir de précurseurs oxanorbornène et cyclobutène fonctionnalisés présentant un ou deux groupements clickables et/ou un agent RAFT par chimie click et polymérisation RAFT. Une série de PBu-g-POE et polyoxanorbornène-g-POE bien définis ont été obtenus par ROMP en solution en utilisant des amorceurs de Grubbs et de Schrock. Les tests de ROMP en milieu aqueux dispersé ont montré que la mini-émulsion était efficace pour la polymérisation des macromonomères POE à extrémité cyclobutényle et oxanorbornényle. / The objective of this thesis is the preparation and characterization of well-defined graft copolymers with 1,4 polybutadiene (PBu) backbone and polyoxanorbornene backbone by combination of ROMP and “click” reaction and/or RAFT polymerization according to the “grafting through” method. A series of new symmetrical or non-symmetrical poly(ethylene oxide) (PEO), poly(ethyl acrylate), poly(N-isopropylacrylamide) (PNIPAM) and PEO-b-PNIPAM macromonomers was prepared by “click” reaction and/or RAFT polymerization from cyclobutenyl and oxanorbornenyl precursors -containing “click-able” groups and/or a RAFT agent. A series of polyoxanorbornene-g-PEO and PBu-g-PEO with low PDIs has been obtained by ROMP in solution using the Grubbs or the Schrock catalysts. The ROMP in dispersed aqueous media showed that the mini-emulsion conditions were efficient for the polymerization of both oxanorbornenyl- and cyclobutenyl-functionalized PEO macromonomers.

Les objectifs de cette thèse consistent à identifier les morphologies adoptées par des mélanges d’élastomères chargés en noir de carbone, à étudier l’influence de l’introduction de charges sur ces morphologies mais aussi de détecter la localisation de la charge dans ces mélanges. Dans une dernière partie, l’impact de ces différentes structures sur les défauts d’extrusion est abordé. Ces travaux concernent l’étude des coupages caoutchouc naturel / styrene-butadiene rubber (NR / SBR) et polybutadiène / styrene-butadiene rubber (BR / SBR) non vulcanisés. Dans un premier temps, les morphologies adoptées par ces mélanges non chargés ont été identifiées grâce à plusieurs protocoles expérimentaux. L’influence de l’introduction de noir de carbone ainsi que l’étude de la localisation de la charge dans ces mélanges ont constitué une seconde étape dans ces travaux. Aucune localisation préférentielle de la charge n’a été détectée pour ces mélanges. Un système ségrégé a donc été réalisé par la suite. Enfin, le comportement en extrusion de ces mélanges a été simulé par rhéométrie capillaire et des observations de défauts d’aspect ont été faites. La ségrégation du noir de carbone ne semble pas entraîner la création de défauts d’aspect, sauf dans le cas d’une localisation dans la matrice / The purpose of this project is to investigate the morphology of elastomeric blends filled with carbon black, the localization of the filler in these blends and the structure impact on their processing. This work concerns uncured natural rubber / styrene-butadiene rubber (NR / SBR) blends and butadiene rubber / styrene-butadiene rubber (BR / SBR) blends. Firstly, the morphology of these blends unfilled was described by different experimental procedures over the entire composition range. Secondly, the impact of the filler on the morphology and the localization of it on the blends were studied. No preferential localization was observed in our case. Another blend with a segregation was realized. And finally, the processing of these elastomeric blends was simulated by capillary rheology to detect the formation of flow instabilities. Few melt fractures were observed, except when the filler is localized in the matrix