La formation de rayures sur les surfaces polymères est une problématique affectant de nombreuses industries dans les secteurs de l'emballage, du transport, de l'optique ou de l'électroménager. Peu d'études académiques ont pour objet la compréhension du comportement à la rayure des polymères semi-cristallins. Le problème est complexe car ce sont des matériaux hétérogènes par nature. De plus, leur mise en œuvre par injection, technique fortement répandue, induit une hétérogénéité de structure supplémentaire dite "cœur-peau". Ce travail apporte de nouvelles connaissances sur le rayage du polypropylène injecté au moyen d'une étude multi-échelle des relations entre microstructure, propriétés mécaniques et comportement à la rayure.<br />L'analyse fine des propriétés de surface du polypropylène injecté, puis du matériau ayant subi des variations de conditions de mise en oeuvre et de formulation, a permis de définir des paramètres pertinents pour caractériser la résistance à la rayure. Ainsi, le caractère ductile ou fragile du matériau a été relié à une dimension critique. A partir de l'observation que le polypropylène se déforme de manière ductile dans les conditions d'essais retenues, l'amélioration de la résistance à la rayure de ce polymère nécessite d'augmenter la dureté du matériau. De façon plus explicite, le critère établi en termes de rapport entre élasticité et plasticité (ou E/H) a permis d'optimiser cette propriété d'usage et de justifier l'ajout d'un agent nucléant de phase bêta ou l'introduction de charges de type noir de carbone.

L'objectif de cette étude est d'analyser l'évolution des propriétés calorimétriques et diélectriques d'un élastomère silicone lorsque des nanoparticules de silice (SiOx) y sont incorporées. L'obtention de ces nanocomposites a été réalisée par malaxage mécanique.<br />Les effets de la quantité (de 1 à 10% en poids) des nanoparticules de silice (15 nm de diamètre) sur les températures de transition vitreuse, de cristallisation et de fusion ont été analysés par calorimétrie différentielle à balayage (DSC) de –160°C à 20°C.<br />Ces analyses ont montré que les nanoparticules sont sans effet sur la température de transition vitreuse (–127,5°C). En revanche, la température de cristallisation se décale vers des températures d'autant plus basses que l'ajout de nanoparticules dans la matrice augmente.<br />Les analyses en spectroscopie diélectrique ont été réalisées sur la bande de fréquence [1mHz – 1MHz] et dans la plage de température [–150°C; 160°C]. A basse température les résultats obtenus par DSC ont été confirmés. Les études dans les hautes températures ont permis d'identifier une relaxation de type Maxwell-Wagner-Sillars (MWS) plus importante pour les nanocomposites. Une importante diminution de<br />la conductivité est observée avec l'augmentation de la quantité de nanoparticules incorporée. Ce résultat montre l'intérêt de l'ajout de nanoparticules dans des élastomères silicones pour le renforcement de l'isolation électrique.

La substitution des matériaux composites à base de polymères d'origine fossile renforcés de fibres minérales ou synthétiques, par des bio-matériaux conçus par association de bio-polymères et de renforts fibreux végétaux, permet d'envisager un recyclage et/ou une bio-dégradation en fin de vie. Dans cet objectif, nous avons élaboré un bio-composite à base de bois et de bio-polymère d'acide lactique, par imprégnation vide / pression d'acide lactique oligomérisé, contenant ou non un catalyseur chimique de polymérisation, dans les cellules de bois, suivie d'un chauffage en étuve. L'objectif de ce travail était de provoquer la polymérisation des oligomères d'acide lactique in-situ, et d'induire éventuellement un greffage de ces molécules sur les sites hydroxyles libres du bois, dans le but d'améliorer les propriétés du matériau. Nous avons démontré une polymérisation in-situ effective, et une forte interaction entre le bois et les chaînes d'acide lactique, toutefois non greffées. L'action du bio-polymère sur la structure lignocellulosique est également mise en évidence par un « ramollissement » important du bois, apparaissant à un stade intermédiaire de l'étape de chauffage, vraisemblablement dû à une réaction entre les oligomères d'acide lactique et la lignine contenue principalement dans la lamelle mitoyenne. Une forte coloration traduit d'autre part une probable réaction entre les catalyseurs chimiques et la cellulose. Le cycle de chauffage achevé, le matériau se trouve dans un état final rigide dont les performances ont été étudiées. Il s'avère que le traitement confère une excellente stabilité dimensionnelle au bois : environ 70% d'efficacité anti-gonflement. Une amélioration de la résistance à l'attaque fongique a été observée. En ce qui concerne les propriétés mécaniques, les résistances à la flexion et la compression sont peu influencées, alors que l'on note une forte augmentation de la dureté de surface, et une diminution de la résistance au cisaillement, due à la fragilisation de la lamelle mitoyenne. Ainsi, les densité et dureté élevées, ainsi que la stabilité du matériau laissent envisager des applications dans certains domaines industriels comme la parqueterie. Dans l'état intermédiaire « ramolli », des applications de mise en forme, telles que le matriçage ou le cintrage sont également concevables.

Cette thèse s'inscrit dans les activités de recherche du département d'optique de l'ENST Bretagne concernant<br />les fonctions destinées au traitement optique de l'information. Ce travail est basé sur l'étude de<br />réseaux de diffraction 1D ou 2D réalisés par technique holographique et permettant d'obtenir des fonctionnalit<br />és de type réseau de Bragg ou des filtres en longueur d'onde basés sur des effets de résonance. Des<br />outils de simulation permettant de calculer la réponse de ces réseaux de diffraction ont été développés.<br />Les méthodes adaptées qui ont été retenues sont la théorie rigoureuse des ondes couplées et la théorie<br />différentielle qui prennent en compte la nature vectorielle de la lumière. Ce travail s'est ensuite poursuivi<br />par l'étude de deux matériaux d'enregistrements holographiques permettant la réalisation d'hologrammes<br />en volume. Le premier est le photopolymère Dupont pour lequel un modèle de formation d'hologrammes<br />a été établi. Nous nous sommes également intéressés au matériau composite polymère cristal liquide (HPDLC)<br />permettant de réaliser des hologrammes reconfigurables par application d'un champ électrique.<br />Ces études de modélisation et sur les matériaux d'enregistrement ont permis de valider le principe de<br />deux filtres en longueur d'onde originaux. Le premier est un cristal photonique 2D constitué de deux<br />structures périodiques orthogonales. L'opération de filtrage est due à une exaltation de la diffraction de<br />la structure lorsque nous sommes placés au bord de sa bande interdite photonique. Le second filtre est<br />accordable et utilise le phénomène de résonance de plasmon de surface survenant pour les réseaux de<br />diffraction métalliques ainsi que le matériau PDLC comme élément ajustable.

Les polymacromonomers (PMs) sont des polymères ramifiés bien définis issus de la polymérisation de macromonomères. Les méthodes de synthèse utilisées ici (polymérisation anionique et polymérisation procédant par métathèse et ouverture de cycle) nous ont permis de travailler dans les conditions d?une polymérisation ?vivante? et d?obtenir des PMs (branches de polystyrène (PS) et tronc de polynorbornène) possédant une distribution régulière et élevée de branches. La DNPA s?est avéré idéale pour décrire de façon quantitative la conformation des PMs, en offrant la possibilité de marquer nos polymères sans altérer leur architecture grâce au marquage sélectif. Différents modèles géométriques, tels que des modèles de micelles à c?ur sphérique ou cylindrique, ont été ajustés aux facteurs de forme expérimentaux mesurés par DNPA, en solution comme en fondus. Nous avons démontré que l?architecture influence directement la conformation des PMs et leurs interactions avec le milieu environnant. Notamment, sous certaines conditions apparaît une démixtion purement entropique, due à la structure intrinsèque de PMs dans les mélanges PMs ? PS linéaire. Par ailleurs, les propriétés mécaniques et le comportement dynamique des PMs sont fortement modifiés par la structure ramifiée des PMs. Nous avons mené une étude en rhéologie oscillatoire et comparé la réponse viscoélastique des PMs à celle du PS linéaire. Afin d?établir de façon précise la dynamique de relaxation des PMs, des films étirés puis relaxés ont été étudiés par DNPA. L?interprétation des résultats obtenus est complexe et s?est faite à l?aide d?un modèle de micelle modifié (combinant un c?ur ellipsoïdal et des branches modélisées par le modèle de réseau fantôme).

L'étude, le dimensionnement et le test d'un dispositif de stockage d'énergie, à base de<br />supercondensateurs, destiné à fonctionner dans un véhicule à pile à combustible sont<br />présentés dans cette thèse. Deux modes de commande sont détaillés. Leur but est de permettre<br />un fonctionnement en quasi-statique de la pile à combustible afin de limiter les contraintes<br />mécaniques sur la pile en accordant les débits de gaz à la demande en courant. Les<br />supercapacités interviennent lors du non-fonctionnement de la pile, lors de régimes<br />transitoires ou de régimes de récupération.<br />Le dispositif développé utilise deux modules de supercapacités SAFT. Il est connecté à un bus<br />continu 42 V par un convertisseur continu-continu deux quadrants, la pile à combustible étant<br />connectée au bus continu par un convertisseur élévateur. Le contrôle des courants est réalisé<br />de manière analogique. Le contrôle des tensions et les algorithmes d'estimation utilisent une<br />carte numérique dSPACE. Les résultats expérimentaux présentés, obtenus avec une pile de<br />500 W, ont souligné la lenteur naturelle des réponses de la pile à combustible et l'apport des<br />supercapacités pour des applications automobiles. Celles-ci améliorent grandement la<br />dynamique et le contrôle énergétique du système.

Cette étude a pour but de contribuer aux travaux menés jusqu'ici pour déterminer la composition chimique de la surface du satellite Io. A cette fin, nous avons choisi d'allier modélisation thermochimique des gaz volcaniques ioniens et étude expérimentale spectroscopique et chimique de molécules condensées à basse température. <br />Ainsi, la modélisation thermochimique appliquée au volcanisme ionien permet de suivre le refroidissement des gaz volcaniques émis et met en évidence les séquences de condensation de certaines molécules.<br />A l'issue de cette première partie de l'étude, le monoxyde de disoufre, S2O, apparaissant comme gaz majeur émis par les volcans, est sélectionné pour une étude expérimentale détaillée. Il s'agit là de reproduire en laboratoire la condensation à basse température d'un gaz chargé de S2O et de suivre par spectroscopie infrarouge, son évolution physico-chimique et sa polymérisation, dans des conditions de température, de pression, de mélange avec SO2 et d'irradiation solaire, imitant au mieux celles qui règnent à la surface de Io. Les expériences menées permettent d'approfondir les connaissances chimiques que l'on avait jusque là de S2O et du mécanisme de sa polymérisation en oxyde de polysoufre ainsi que de la structure de ce dernier. De plus, elles conduisent à rejeter la possibilité d'attribuer la couleur rouge de certains dépôts volcaniques à la condensation de S2O à la surface de Io et amènent à penser que cette dernière est très probablement majoritairement composée de dioxyde de soufre et d'un mélange de soufre S8 et de polymère de soufre, auxquels de l'oxyde de polysoufre s'adjoint en plus faible quantité.

Le fil de traîne de l'araignée est un matériau remarquable, un biopolymère aux exceptionnelles propriétés mécaniques. La soie d'araignée a été au centre d'une intense recherche utilisant une large gamme de techniques expérimentales et de modélisations théoriques. Néanmoins, ses propriétés macroscopiques n'ont pas encore été correctement reliées à sa structure et sa dynamique microscopiques.<br />Dans ce travail de thèse, les techniques de diffusion neutronique ont été pour la première fois utilisées pour l'étude de la soie d'araignée. La forte contribution de l'hydrogène en diffusion des neutrons ainsi que la différence des longueurs de diffusion de l'hydrogène et du deutérium ont permis de porter un regard nouveau sur les propriétés structurales et dynamiques des soies d'araignée. Ainsi les résultats appuient un modèle hiérarchique à trois phases de nanofibrilles composées de domaines cristallins et d'ordre à courte portée, contenues dans une matrice amorphe. Des expériences complémentaires de diffusion du rayonnement synchrotron suggèrent que l'eau absorbée par la matrice amorphe forme une glace amorphe à basses températures. Des expériences de diffraction de neutrons (abréviation anglaise : WANS) ont montré un pic méridional hors réseau -non observé par les expériences en rayons X (abréviation anglaise : WAXS)- attribué à une structure smectique de feuillets beta dans les domaines d'ordre à courte portée. L'échange de H2O contre D2O pour les expériences de diffusion de neutrons aux petits angles (abréviation anglaise : SANS) a permis d'observer la variation de contraste à l'intérieur des nanofibrilles et entre les nanofibrilles et la matrice. La mobilité moléculaire a été sondée par des techniques de diffusion inélastique et quasiélastique des neutrons. Il semble qu'une hiérarchie de phénomènes de relaxations décrive la soie hydratée, tandis que la soie native a un comportement vitreux à température ambiante.

Cette thèse porte sur la mise en œuvre, la caractérisation microstructurale et l'étude des propriétés macroscopiques de matériaux nanocomposites à matrice polymère (un latex filmogène) renforcée par des nanofibres flexibles à haut facteur de forme. En étudiant deux types de renforts (les nanotubes de carbone et les nanofibrilles de cellulose) et en utilisant deux procédés différents pour l'élaboration des composites, ce travail a permis de mieux comprendre le rôle que jouent les enchevêtrements entre nanofibres et la nature de leurs interactions dans ce type de matériaux. Les propriétés mécaniques aux faibles et grandes déformations, et, dans le cas des renforts nanotubes de carbone, les propriétés élecriques ont été analysées. Une approche de modélisation basée sur la discrétisation des fibres dans un volume représentatif, a permis de discuter l'influence de la tortuosité des fibres et des propriétés électriques des contacts entre fibres sur la percolation électrique.

En raison de leur mise en forme facile et de leur faible coût, les matériaux organiques font l'objet de nombreuses études en vue d'applications industrielles. C'est le cas des dispositifs photovoltaïques plastiques. Le rendement de conversion et la stabilité de ces systèmes sont les points les plus importants à améliorer. <br />La première partie de notre travail porte sur la réalisation et la caractérisation d'une cellule photovoltaïque à base du composite poly(2-methoxy-5-(2'-ethylhexyloxy)-1,4-phenylenevinylene (MEH-PPV) et [6,6]-phenyl C61 butyric acid methyl ester (PCBM). L'insertion des couches interfaciales, le traitement de surface et l'amélioration de la morphologie de la couche active nous ont permis d'accroître significativement les performances photovoltaïques de la structure par rapport aux performances antérieures.<br />Les deuxième et troisième parties portent, respectivement, sur l'évaluation de nouveaux matériaux organiques dans les cellules à base de composite et sur le développement d'une nouvelle structure de cellules photovoltaïques améliorant leur stabilité.