Le poly(ethylene téréphtalate) est un polymère thermoplastique très utilisé dans l'emballage alimentaire. Malheureusement, pour des raisons de sécurité sanitaire, son recyclage dans le même domaine d'application est interdit en France et en Europe. Au cours de cette étude nous avons étudié la faisabilité d'un tel recyclage matière en effectuant une étude en trois parties - une analyse multi-échelle de la dégradation des PET recyclés et vierges extrudés jusque 6 fois sous forme de films, en comparant la structure de ces matériaux avec leur comportement mécanique, rhéologique et thermique - la modélisation de leur comportement rhéologique et mécanique, grâce à une étude expérimentale permettant la mise en place d'un certains nombre d'hypothèses à la base du développement : d'un modèle rhéologique permettant de déterminer à partir des caractéristiques de départ du matériau et de l'extrudeuse (pression en oxygène, température, temps) l'évolution de la viscosité du matériau ; d'une simulation des caractéristiques d'endommagement de ces matériaux au cours d'un essai de traction uniaxiale, permettant de relier comportement mécanique du matériau avec sa structure, ce qui n'était pas possible avec des essais mécaniques macrohomogènes classiques. - Enfin, nous avons réalisé une étude à l'échelle industrielle, qui a démontré que l'utilisation du PET recyclé dans l'emballage alimentaire était possible à condition de respecter un certain nombre de contraintes dans le choix des paramètres de mise en oeuvre et des caractéristiques du PET recyclé.

Les polymères (emballages alimentaires) sont susceptibles de sorber des substances toxiques (polluants pesticides, huile, etc ... ) avant et pendant leur collecte pour recyclage. La réutilisation et le recyclage de ces plastiques, en nouveaux emballages pour contact alimentaire, sont proposés pour réduire ces déchets, mais peuvent, après migration des polluants dans l'aliment, porter atteinte à la santé du consommateur. Le concept de barrière fonctionnelle a été proposé pour protéger l'aliment de la migration de polluants potentiels. Ce procédé consiste à insérer, dans un nouvel emballage, du polymère recyclé entre deux couches de matière vierge, qui décale dans le temps la migration (temps de latence).<br /><br />La modélisation de la diffusion et de la migration ont permis de prédire ce temps de latence et donc, la période pendant laquelle l'emballage sera sûr. L'analyse numérique autorise une modélisation complète de tous les phénomènes de transports dans les polymères :<br /><br />- diffusion au travers de la barrière fonctionnelle pendant la mise en œuvre des préformes en PET : le coefficient de diffusion est fonction de la température locale qui dépend du temps et de sa position dans l'épaisseur de la préforme (la diffusion de la température et de la matière sont calculées à partir des lois de Fourier et de Fick). Des paramètres cinétiques aux interfaces sont pris en compte dans les calculs.<br /><br />- diffusion / migration des substances modèles au cours du contact avec l'aliment : le coefficient de diffusion des substances modèles est fonction de la concentration locale de l'aliment dans le polymère.<br /><br />Les simulations sont comparées à des cas expérimentaux, incluant tous les types de contact possibles avec l'aliment, pour déterminer des diffusivités modèles. Pour cela, une liste de substances modèles couvrant la plupart des propriétés des substances chimiques (volatilité, polarité, solubilité dans l'eau, ... ) a été établie. Les diffusivités obtenues nous ont permis d'extrapoler et de surestimer les cinétiques de migration, quelle que soit la masse moléculaire des polluants potentiels, pour un contact direct avec l'aliment (bouteille monocouches et pour une migration au travers d'une barrière fonctionnelle (en PET ou dépôt plasma). Ces résultats participeront à l'élaboration de la législation européenne pour l'utilisation de PET recyclé en contact alimentaire.

Les isolateurs diélectriques utilisés dans les disjoncteurs haute tension développés par Areva, sont fabriqués à partir du PET (polyéthylène téréphtalate). Ce polymère semi-cristallin a remplacé, depuis quelques années, les résines époxy. Il a été choisi pour ses propriétés mécaniques et diélectriques, mais surtout pour sa recyclabilité. Le souci dans cette application, concerne l’évolution dans le temps de ses caractéristiques sachant les contraintes d’application. En effet, dans les conditions de travail, les isolateurs maintiennent des conducteurs électriques. Les pertes thermiques affectent certaines zones pouvant atteindre, voire dépasser, la température de transition vitreuse du matériau [70-80°C]. Par conséquence, les pièces isolatrices subissent un phénomène de vieillissement qui nécessite un suivi dans le temps afin d’étudier l’évolution de leur caractéristiques Dans ce contexte, nous avons étudié le vieillissement thermique du PET. Ainsi des échantillons ont été mis dans des étuves sous vide, chacune réglée à une température : 60, 80, 115 et 125°C pendant différentes durées (jusqu’à 12 mois de vieillissement), puis retirés et testés au fur et à mesure du vieillissement. Différentes techniques ont été employées pour analyser les propriétés du semi-cristallin en question, i.e. l’étude calorimétrique différentielle (DSC), les diffractions aux rayons X aux grands et petits angles (WAXS/SAXS). L’analyse thermomécanique (DMA) et finalement les essais de traction.Les résultats de DSC révèlent une augmentation du taux de cristallinité. Les analyses thermomécaniques ont montré une faible augmentation du module de Young qui pourrait être le résultat d’une évolution de la cristallisation. Les températures de fusion sont restées quasiment stables, par contre une augmentation des températures de transition vitreuse a été remarquée. Les analyses des spectres de diffraction aux rayons X aux grands angles, ont confirmé la croissance du taux de cristallinité. En outre les longues périodes calculées, diminuent. Nous avons ainsi vérifié l’apparition de cristallites dans phase amorphe. Par ailleurs un comportement de fragilité continue en fonction du temps et de la température du vieillissement, a été constaté. Les observations au MEB ont révélé la présence d’une importante quantité de particules supposées être des agents nucléants (talc, SiO2, MgO…) / For insulating application, AREVA has chosen PET (polyethylene terephthalate) to substitute the epoxy resin as material for insulators in High Voltage Gas Insulated Substation. The main problem of this application is the fact that in operating conditions, the temperature of the PET plates would reach even exceed its glass transition [70°C-80°C]. The material undergoes aging phenomena which affect the temperature-dependent properties. The current investigation aims at observing and analyzing the gradual evolution of the mechanical, morphological and dielectric properties during thermal aging. To reach this goal, semi crystalline PET samples have been aged under vacuum at different temperatures i.e. 60°C, 80°C, 115°C and 125°C for various periods of time (until 12 months). The characterizations have been performed using several techniques: Differential scanning calorimetric (DSC), wide and small angle X-ray scattering (WAXS/SAXS), thermo-mechanical analysis (DMA), tensile test and morphological observation.The DSC measurements show that the crystallinity ratio increases with temperature and time of aging. The glass transition has increased. However no significant changes have been seen on the melting temperature. The DMA results agree with the DSC measurement in so far as it has revealed an expected increase of the Young modulus for all the samples studied. Significant differences have been observed using X-ray scattering: while the crystallinity ratio did increase, the long period has decreased specially for the case of aging at 115 and 125°C. The DMA measurements showed an almost stable glass transition around 80°C but an increase for samples aged at 125°C. When the samples have been subjected to the tensile test, a significant brittleness rise has been noticed. In addition, the SEM has revealed the presence of important amount of nucleant agent (talc, SiO2, MgO …)

La première partie de cette thèse présente la préparation et la caractérisation des nanocomposites (LCPCNs) composés d'une matrice de polymère à cristaux liquides thermotropique (LCP, Vectra B950) contenant des nanoparticules de montmorillonite (argile) organiquement modifiée (OMMT). Des LCPCNs contenant deux concentrations de nanoparticules OMMT (1.3 et 2% massiques) ont été préparés par le procédé d'extrusion. Différentes techniques de caractérisation, telles que la diffraction des rayons X (XRD), la microscopie électronique à transmission (TEM), la calorimétrie différentielle (DSC), l'analyse thermogravimétrique (TGA) et l'analyse mécanique-dynamique (DMA) ont été utilisées pour caractériser la matrice LCP et les nanocomposites LCPCNs développés. Les patrons XRD ainsi que les observations microscopiques TEM ont montré 1'intercalation des nanoparticules OMMT au sein de la matrice LCP et ce pour les deux compositions en OMMT. Aussi, les patrons XRD(2D) ont montré qu'un certain ordre très peu smectique était présent dans le polymère LCP. Cependant, dans le cas de LCPCNs, les chaînes LCP tendaient à s'orienter dans la direction des lamelles d'OMMT dispersées. Les balayages DSC ont montré que, durant le premier chauffage, le premier de pic fusion représente la transition de la phase cristalline à nématique et, après cela, une isotropisation a eu lieu. Les analyses TGA ont montré deux différents types de comportements de dégradation des échantillons LCP et LCPCN dans les environnements inertes et oxydants. Les résultats de DMA ont montré une amélioration des modules élastiques, de stockage et de perte des LCPCNs avec l'augmentation de la concentration en OMMT. La seconde partie de la thèse présente les propriétés rhéologiques à l'état fondu de la matrice LCP et des nanocomposites LCPCNs à la fois dans les zones viscoélastiques linéaires et non linéaires (en modes oscillatoires et rotationnels). Cette caractérisation rhéologique a montré que les LCPCNs les plus chargés en OMMT présentent des structures partiellement réticulées presque sans défauts comparativement aux LCPCNs les moins chargés en OMMT et aussi les LCP purs. Les mesures de relaxation des contraintes (domaine linéaire) ont révélé que, après l'imposition d'une déformation constante pendant une période spécifique, le LCP pur relaxe plus rapidement que les LCPCNs. Lors de l'essai de relaxation, il a été observé qu'un taux de cisaillement élevé modifie très rapidement les défauts dans le LCP pur et probablement atteint presque une position d'équilibre, tandis que les LCPCNs ont montré un fort comportement rhéofluidifiant. Afin de mieux comprendre les propriétés rhéologiques inhabituelles des LCPCNs à l'état fondu, les variations de la dispersion des nanoparticules OMMT dans la matrice LCP ainsi que le changement de la croissance des cristaux du LCP ont été largement étudiés par la technique de diffusion des rayons X aux petits et grands angles. La technique Généralisée de la Transformation de Fourier développée par Glatter a été utilisée pour caractériser l'état de dispersion des nanoparticules OMMT en fonction de la température. Il s'agit d'une nouvelle approche que nous avons récemment proposée pour une analyse quantitative de la dispersion plutôt qu'une analyse qualitative. La troisième partie de la thèse est dédiée à la préparation de nanocomposites à base de poly(éthylène terephthalate) (PET) ainsi qu'à la caractérisation de la croissance des cristaux dans le PET pur et les nanocomposites préparés. Deux nanocomposites à base de PET (PETCNs) avec des concentrations en poids de OMMT égales à 1.3 et 2% ont été préparés par extrusion. Les patrons de diffraction des rayons X ainsi que les images TEM ont révélé la formation de nanocomposites avec des nanoparticules OMMT intercalées. Les comportements de fusion et de cristallisation du PET pur et des PETCNs ont été étudiés en utilisant les techniques de DSC classique et DSC à température modulée (TMDSC). Les résultats de DSC sur des échantillons moulés par compression ont montré des fusions successives avec un pic endothermique, accompagné d'un épaulement pour les PETCNs. Les résultats de DSC et de TMDSC pour les échantillons trempés ont montré que la fusion suivie d'une cristallisation froide. Pour tous les échantillons, les résultats de TMDSC ont également confirmé que la fusion est associée au phénomène de recristallisation. Les résultats de la caractérisation DMA ont montré que les PETCNs ont subi une amélioration considérable du module dans la gamme de températures étudiées. Cependant, l'effet de la variation de la concentration en nanoparticules OMMT est minime. Afin de mieux connaître la cinétique de croissance cristalline (non isotherme) du PET pur et du PETCNs, les modèles D'Avrami, d'Ozawa et d'Avrami-Ozawa ont été utilisés. Différents paramètres cinétiques déterminés à partir de ces modèles ont démontré que les nanoparticules OMMT intercalées étaient efficaces pour démarrer plus tôt la cristallisation par nucléation. Cependant, la croissance des cristaux était moins rapide en raison de l'intercalation de chaînes de polymères entre les lamelles OMMT. Les observations de la microscopie optique en lumière polarisée appuient aussi les résultats de la DSC. Les énergies d'activation pour la cristallisation estimées par les trois modèles (Augis-Bennett, Kissinger et Takhor) ont montré la tendance suivante PETCN2 < PETCN1.3 < PET. L'effet de l'incorporation de nanoparticlues OMMT sur les propriétés thermiques des mélanges de PET/LCP est décrit dans la quatrième partie de cette thèse. Des mélanges PET/LCP (80/20) et des nanocomposites à base de ces mélanges ont été préparés par extrusion bi-vis. Les analyses morphologiques des mélanges PET/LCP ont montré que l'ajout de nanoparticules OMMT favorise une structure à phases séparées du mélange PET/LCP. Une étude détaillée sur les propriétés thermiques du mélange PET/LCP et du nanocomposite PET/LCP/OMMT a été réalisée à l'aide des techniques DSC et TMDSC. Les résultats ont montré un comportement de fusion complexe comportant une succession de fusion et de recristallisation. Enfin, la cinétique de croissance des cristaux (non-isotherme) dans les mélanges PET/LCP et les nanocomposites PET/LCP/OMMT a aussi été caractérisée à l'aide de divers modèles tels que ceux d'Avrami, Ozawa et Avrami-Ozawa. La dernière partie de cette thèse présente les résultats des travaux sur la relation structure-propriétés des mélanges PET/LCP (80/20) développés par extrusion et des nanocomposites PET/LCP/OMMT (1.3 et 2.8% massiques de OMMT) en fonction de la fréquence d'oscillation et de la température. Les expériences de balayage en fréquence sous déformation constante et à différentes températures ont été réalisées à l'état solide à l'aide de la technique DMA. Celles de balayage en température des mélanges PET/LCP purs et des nanocomposites PET/LCP/OMMT ont été effectuées dans le but de déterminer la variation des modules de flexion, de stockage et de perte ainsi que les valeurs tanS correspondantes en fonction de la température. Afin de mieux comprendre les modifications de stmcture des nanoparticules OMMT dispersées dans la matrice PET/LCP, le degré d'anisotropie ainsi que les valeurs moyennes de l'orientation des lamelles OMMT ont été caractérisés à l'aide de la technique de diffusion de la lumière aux petits angles, avant et après les caractérisations sous balayage en fréquence and en température.

Les piles à combustible sont considérées comme l'une des sources d'énergie du futur. En effet, pour répondre aux enjeux économiques et aux défis écologiques, les chercheurs considèrent que ce type de piles serait une sérieuse alternative aux sources énergétiques actuelles et ce dans un avenir proche. Les piles à combustibles trouvent déjà place dans plusieurs applications industrielles notamment les transports (surtout automobile mais aussi maritime et aérien), les téléphones et ordinateurs portables et la production d'électricité. La pile à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC) est considérée comme la plus prometteuse. Elle est constituée de plusieurs unités consommant de l'hydrogène et de l'air pour produire de l'électricité en continu et ne rejeter que de la vapeur d'eau. Propre et performante, elle présente cependant l'inconvénient de coûter cher. Un coût élevé dû aux matériaux et procédés utilisés dans sa fabrication. Pour palier à ce problème, la recherche s'est orientée vers deux voies : le développement de nouveaux matériaux peu onéreux et l'innovation dans la mise en oeuvre. Le but du présent travail est le développement d'un matériau nanocomposite à base de polymères efficace pour la fabrication d'une composante importante de la PEMFC : les plaques bipolaires (BPP). Ces dernières constituent les extrémités de chaque unité de la pile et assurent le passage des électrons entres les unités adjacentes ainsi qu'une distribution homogène de l'hydrogène ou de l'oxygène sur toute la surface des électrodes de chaque unité. Opérant dans des conditions thermiques et mécaniques assez rudes, les BPP doivent répondre à des caractéristiques électriques et mécaniques très élevées. Dans la littérature, plusieurs matériaux ont été explorés pour fabriquer les BPP : le graphite et les métaux (inoxydables ou revêtus) étaient les plus étudiés mais pour des problèmes de coût ou de performances, ces deux alternatives sont de moins en mois utilisées. Aujourd'hui, l'option qui suscite l'intérêt des chercheurs est celle des matériaux polymères. Les procédés de mise en oeuvre ont été aussi largement étudiés, les plus abordés sont l'extrusion et le moulage par compression. Dans cette étude, le développement d'un matériau composite pour la fabrication des BPP a reposé sur une matrice composée d'un mélange de deux polymères : le polyfluorure de vinylidène (PVDF) et le polyethylene téréphtalate (PET) associés à un oligomère : le cyclo-butylène téréphtalate (c-BT). L'ajout du c-BT représente l'originalité de ce travail et a pour but de profiter de ses différentes propriétés notamment la faible viscosité. Il se polymerise rapidement en poly-butylène téréphtalate (PBT) sans donner lieu à de produits secondaires. Des charges ont aussi été ajoutées afin d'améliorer la conductivité électrique et la viscosité. Ainsi, du noir de carbone à haute surface spécifique (CB) a été systématiquement ajouté en combinaison avec d'autres charges : le graphite synthétique en forme de feuillets (GR) et les nanotubes multi-feuillets de carbone (MWCNT). Ce choix de matériaux a été effectué suite à des travaux précédents réalisés par le roupe de recherche du professeur Mighri. Un mélangeur interne a permis de mélanger les polymères et les charges (déjà mélangés à sec) pour donner un matériau composite homogène. Une presse à compression a été ensuite utilisée pour mouler la plaque et graver les chemins de circulation des gaz à l'aide d'un moule spécifique. Plusieurs propriétés des matériaux composites produits ont été caractérisées. Il s'agit principalement de la conductivité électrique, de la viscosité complexe ainsi que de la morphologie des matériaux nanocomposites développés. Les tests menés ont montré que l'ajout du c-BT dans les mélanges polymères ne permettait pas de diminuer les résistivités des composites obtenus alors qu'il améliorait le comportement visqueux ce qui se traduisit dans la pratique par une facilité relative de la mise en oeuvre. Cependant, ce travail a rencontré une contrainte majeure lors de la fabrication des plaques bipolaires et qui pourrait être due à la géométrie du moule spécifique. En effet, les plaques obtenues ont été toutes cassantes.

La biocontamination des surfaces et les risques associés sont des enjeux majeurs économiques et de santé publique. Afin de limiter ou empêcher l’adhésion bactérienne, une des solutions possible consiste en la modification des propriétés des surfaces, afin de leur conférer les fonctions voulues. Dans ce contexte, l’objectif de cette étude est de modifier des surfaces de types métallique (acier) ou polymère : poly(téréphtalate d’éthylène) par des glycomonomères ou des monomères bioactifs. La stratégie de modification des surfaces s’effectue en plusieurs étapes.La première étape permet d’incorporer des fonctions réactives sur les surfaces par traitement acide puis réaction avec la dopamine, ou par traitement plasma ammoniaque. Des fonctions hydroxyle et amine sont introduites. Par la suite un amorceur de polymérisation par transfert d’atome est greffé sur les surfaces. Les monomères sont synthétisés et leur polymérisation étudiée en solution, dans un premier temps dans les conditions de polymérisation radicalaire classique, puis par polymérisation par transfert d’atome. Les conditions optimales sont déterminées, puis les polymérisations sur surfaces effectuées. La dernière étape concerne l’étude des propriétés microbiologiques des surfaces synthétisées.Les glycopolymères protégés et déprotégés de galactose ainsi que les polymères de méthacrylate de gaïacyle et de méthacrylate de thymyle ont été synthétisés. Les monomères ont été polymérisés par polymérisation par transfert d’atome à partir de la surface, sur les surfaces d’acier et de poly(téréphtalate d’éthylène). Après chaque étape de modification de surface, les matériaux ont été systématiquement caractérisés par goniométrie et spectroscopie à photoélectrons X. Les surfaces d’acier fonctionnalisées par le glycopolymère présentent des propriétés anti-adhésives vis-à-vis de Bacillus subtilis, un effet plus marqué est observé après greffage du glycopolymère déprotégé. Les surfaces de poly(téréphtalate d’éthylène) quant à elles, possèdent des propriétés anti-adhésives leur du greffage du poly(méthacrylate de thymyle) vis-à-vis de Listeria monocytogenes, Staphilococcus aureus et Pseudomonas aeruginosa. Un effet anti-biofilm a également été mis en évidence vis-à-vis de Staphilococcus aureus.En parallèle des homopolymères d’ammonium quaternaire et des copolymères obtenus en incorporant les monomères bioactifs ont été synthétisés. Les propriétés antibactériennes sont testées en milieu planctonique vis-à-vis de Bacillus subtilis. Un degré de polymérisation égal à 78 et les groupements halogénoalcane : iodométhane ou bromoéthane permettent l’obtention de la concentration minimale inhibitrice la plus faible. La présence des monomères bioactifs permettent la diminution de la concentration minimale inhibitrice. Le résultat le plus intéressant est obtenu lors de l’incorporation d’un pourcent de N-(4-hydroxy-3-méthoxy-benzyl)-acrylamide. / Bio-contamination of surfaces and related risks are very important economically and for public health. To prevent this phenomenon, one solution is to modify the properties of the surfaces, in order to give them the wanted functionalities. The goal of this study is the modification of metallic surfaces (steel) or polymer surfaces: poly(ethylene terephtalate) with glycomonomers or bioactives monomers. To reach this objective, a multi-step strategy is applied.The first step enabled the incorporation of reactive species on the surfaces by an acid treatment followed by a reaction with dopamine, or by ammonia plasma treatment. Hydroxyl or amine functional groups are added. Then, an initiator of atom transfer radical polymerization is grafted on surfaces. Monomers are synthesized and conventional polymerization and atom transfer radical polymerization are studied. Optimal conditions are determined and polymerization on surfaces achieved. The last step is the study of the microbiological properties of the synthesized surfaces.Protected and unprotected galactose glycopolymers as well as gaiacyl methacrylate and thymyl methacrylate have been synthesized. Monomers have been polymerized by atom transfer radical polymerization directly to the steel or poly(ethylene therephtalate) surfaces. After each step, materials are analyzed by contact angle measurements and X-ray photoelectron spectrometry.Steel surfaces which are functionalized by a glycopolymer and tested in presence of Bacillus subtilis are found to have antiadhesive properties. A most important effect is observed with the unprotected glycopolymer. Poly(ethylene terephtalate) surfaces have antiadhesive properties in presence of Listeria monocytogenes, Staphilococcus aureus and Pseudomonas aeruginosa when poly(thymyl methacrylate) is grafted. An antibiofilm effect is observed with Staphilococcus aureus.Simultaneously, quaternary ammonium homopolymers and copolymers by integration of bioactive monomers have been obtained. Their antibacterial properties are tested in planctonik conditions in presence of Bacillus subtilis. A degree of polymerization equal to 78 and alkyl halide groups: iodomethane and bromoethane enabled to obtain the lowest minimal inhibitory concentration. Bioactive monomers contributed to emphasize this decrease. The most decreasing effect is obtained when one per cent of N-(4-hydroxy-3-méthoxy-benzyl)-acrylamide is integrated.

Pour comprendre l'origine de la torsion lamellaire dans le poly(triméthylène téréphtalate), PTT, une étude a été entrepris sur la structure des sphérolites à bandes de PTT en utilisant la micro-diffraction des rayons-X sur une source synchrotrone. Nous avons démontré que les pics de diffraction de la maille triclinique de PTT révèlent une variation périodique de l'intensité en fonction de la distance jusqu'au centre sphérolitique lorsque nous effectuons un balayage avec un micro-faisceau de rayons X. Cela indique que la torsion lamellaire est strictement uniforme et régulière. Celte derrière observation est plus compatible avec le modèle expliquant la torsion comme résultat de contraintes surfaciques que des dislocations-vis géantes. En outre, les données expérimentales montrent que les polymères achiraux ne sont pas indifférents par rapport à l'inversion de la chiralité lamellaire, et que le changement de la chiralité est nécessairement accompagné d'un changement de signe du vecteur de croissance. En plus, nous avons observé que l'inclinaison globale de la chaîne (c'est à dire, l'inclinaison du paramètre c de la maille dans le plan perpendiculaire à la direction de la croissance rapide) n'affecte pas la vitesse et le sens de la torsion. Cela remet en question la seconde hypothèse du modèle de Keith et Padden. Par contre, l'inclinaison des segments de la chaine à l'interface du cristal lamellaire peut être identifiée comme le facteur clé déterminant les contraintes superficielles qui provoquent la torsion lamellaire. Avec la variation de l'épaisseur du cristal la chiralité lamellaire change, ce qui dû au changement de l'angle des segments polymères à l'interface. / To address the origin of the lamellar twisting in polytrimethylene terephthalate (PTT) an in-depth micro-focus X-ray scattering study was correlated to the data derived using conventional polarized optical microscopy to study the banded spherulite texture for PTT. It is shown that the diffraction peaks of the triclinic lattice of PTT show a periodical pattern as a function of the distance from the spherulite center when scanned with the micro focus X-ray beam. This indicates that the lamellar twist has a strictly uniform and regular nature. The latter observation is more compatible with the model explaining the twist as a result of unbalanced surface stresses than the giant screw dislocations. Moreover, the data shows that achiral polymers are in fact not indifferent to the inversion of the lamellar handedness, and that a change in handedness is necessarily accompanied by a change in the sign of the growth vector. At the same time, we show that the overall chain tilt (i.e., the inclination of the c-parameter of the unit cell in the plane perpendicular to the fast growth direction) does not affect the rate and sense of twisting. This calls into question the second premise of the KP-mod el. Instead, the local inclination of the terminal segment of the crystalline stem protruding the lamellar surface can be identified as the origin of the surface stresses and forcing the lamellar ribbon to twist. With the variation of the crystal thickness as a function of crystallization temperature the angle and direction of this segment is changed, resulting in a change of the lamellar ribbon chirality.

Une voie originale de recyclage des films de PET / PVDC est proposée par leur transformation chimique avec des alcoxydes de titane par procédé d'extrusion réactive à l'état solide. Les réactions d'échanges entre ces composés organo-métalliques et le PET ont été mises en oeuvre à des températures entre 250 et 280° C à l'échelle du laboratoire et ont permis de segmenter les chaînes de PET, en de petits oligomères avec des températures de fusion basses, sur des temps de réaction très courts de l'ordre de quelques minutes. Ces oligomères peuvent être post-fonctionnalisés avec des diols. Le transfert technologique de ces réactions d'échange à l'échelle de l'extrudeuse bi-vis pilote a été optimisé afin de permettre la transformation des films de PET / PVDC à des températures comprises entre 160 et 180 °C pour ne pas dégrader le PVDC. Les alcoxydes de titane permettent de stabiliser les dégagements d'acide chlorhydrique (HCl) lors de la dégradation thermique de ce polymère halogéné. La revalorisation de ces oligomères dans différents systèmes polyuréthanes a ensuite été étudiée et a démontré la compatibilité des oligomères de PET avec ces matrices avec l'amélioration de certaines propriétés physiques et mécaniques / An original way for recycling PET / PVDC films is proposed by their chemical transformation with titanium alkoxydes by reactive extrusion process in the solid state. The exchange reactions between these organo-metallic species and the PET were carried out at temperatures between 250 and 280°C at laboratory scale and they have allowed to shorten the PET's chains, in short oligomers with low melting temperatures, in a range of reaction time of few minutes. These oligomers could be post-functionalized with diols. The technologic transfert of these exchange reactions to the twin screw extruder scale was optimized in order to transform PET / PVDC films at temperatures between 130 and 180°c without degrading the PVDC. The titanium alkoxydes allow to stabilize the release of hydrochloric acid (HCl) during thermal degradation of this halogenated polymer. The reuse of these oligomers into different polyurethane systems were then studied and demonstrated the compatibility of PET oligomers with these matrix with improvements of some physical and mechanical properties

La thèse concerne les synthèse et caractérisation de composites polymères nanostructurés à base d’esters de cyanates de bisphénol a (DCBA) ou à base d’oligomères cycliques de butylène téréphtalate (CBT) et de nanotubes de carbone multi-parois (MWCNTS). L’effet catalytique des nanotubes de carbone sur la polycyclotrimerisation de DCBA et aussi sur la polymérisation du CBT est observé. L’augmentation de la température de cristallisation a été fixée pour tous les échantillons de nanocomposites à base de polybutylène téréphtalate (cPBT). L’effet de la méthode de mise en forme de cPBT/MWCNTS sur ses propriétés thermiques et électriques a été établi. Il est observé que le traitement thermique additionnel des échantillons (recuit) à des températures inférieures à celle de la fusion du cPBT cause la réagglomération des MWCNTS dans le système. Il est établi que l’ajout de très bas taux de MWCNTS (0.03-0.06 pour cent en masse) dans la matrice de polycyanurate (PCN) augmente les valeurs de résistance à la flexion (64-94 pour cent). De même l’ajout de 0.01 pourcent de MWCNTS en masse dans le CBT augmente considérablement le module d'élasticité des nanocomposites cPBT. Cet effet a été expliqué par la dispersion efficace de cette faible quantité de nanocharges pendant la synthèse in situ de la matrice de cPBT et est confirmée par les clichés en microscopie. Il est déterminé que les propriétés électriques des nanocomposites à base d’esters hétérocycliques et MWCNTS peuvent varier de matériaux isolants aux matériaux conducteurs. Les seuils de percolation des deux systèmes sont très bas (0.22 et 0.38 pourcent pour nanocomposites à base de cPBT et PCN respectivement). La conductivité des composites conducteurs est particulièrement stable sur un large domaine de température ce qui laisse présager des applications intéressantes dans le domaine de la microélectronique et pour des pièces d’avion et de navettes spatiales. / The thesis relates to synthesis and investigation of nanostructured polymer composites based on oligomers of cyanate esters of bisphenol a (DCBA) or cyclic butylene terephthalate (CBT) and multiwalled carbon nanotubes (MWCNTS). Catalytic effect of mwcnts in process of DCBA polycyclotrimerization as well as in cbt polymerization has been observed. Significant increase in crystallization temperature of nanocomposites based on polybutylene terephthalate (cPBT) with adding of MWCNTS is observed. The effect of processing method of cpbt/mwcnts nanocomposites on its electrical properties has been found. It has been established that the additional heating of the samples (annealing) at temperatures above melting of cPBT leads to reagglomeration of MWCNTS in the system. It is established that reagglomeration of MWCNTS results in increase of conductivity values of nanocomposites due to formation of percolation pathways of MWCNTS through polymer matrix. In the case of polycyanurate matrix (PCN), it is found that addition of small mwcnts contents (0.03-0.06 weight percents) provides increasing tensile strength by 62-94 percents. It has been found that addition of even 0.01 weight percents of MWCNTS provides significant increase in storage modulus of cPBT matrix. This is explained by effective dispersing of small amount of the nanofiller during in situ synthesis of pcn or cpbt matrix that is confirmed by microscopy techniques. It has been established that the properties of the nanocomposites based on heterocyclic esters and MWCNTS can be varied from isolator to conductor and has low percolation thresholds (0.22 and 0.38 weight percents for cPBT and PCN nanocomposites respectively). The conductivity of samples is particularly stable on a very large range of temperature from 300 to 10 degrees Kelvin that make these materials perspective for practical applications in microelectronics, as parts of aircraft and space constructions.

Selon leur formulation et leur mise en forme et grâce à leur complexité microstructurale induite, les polymères thermoplastiques bénéficient d’une grande diversité de propriétés thermomécaniques. Cependant, l’évolution de la microstructure de ces matériaux au cours de leur utilisation reste difficile à identifier. Afin de mieux comprendre les modifications microstructurales ayant lieu au cours de sollicitations thermomécaniques, différentes techniques non destructives de caractérisation en temps réel et in situ ont été développées. Dans ce contexte, un Poly (Ethylène Téréphtalate) (PET) amorphe et semi-cristallin a été étudié afin de mettre en évidence l’effet de la microstructure sur les propriétés macroscopiques du matériau. Pour ce faire, plusieurs couplages de techniques expérimentales de caractérisation ont été mis en œuvre tels que la spectroscopie Raman et la diffraction/diffusion des rayons X couplées au système de VidéoTraction™ ou la spectroscopie Raman couplée à la calorimétrie différentielle à balayage (DSC) pour une caractérisation des micromécanismes de déformation et du comportement thermique du matériau respectivement. Le suivi de différentes bandes vibrationnelles judicieusement identifiées a permis d’établir un nouveau critère robuste et capable de mesurer avec exactitude le taux de cristallinité du matériau ou de remonter aux températures caractéristiques de sa morphologie (Tg, Tc, Tcc, Tf) grâce aux informations extraites d’un spectre Raman. De plus, un système de caractérisation relaxationnelle par un couplage de la spectroscopie diélectrique dynamique avec un essai de traction a été utilisé afin de mettre en évidence l’effet de la mobilité moléculaire sur la déformation élasto-visco-plastique du PET. D’un point de vue mécanique, les principaux micromécanismes de déformation ont été étudiés en temps réel pendant un essai de traction à différentes températures et vitesses de déformation vraies constantes : l’orientation macromoléculaire, l’endommagement volumique, le développement de mésophase et la cristallisation induite sous contrainte, ont été observés et quantifiés in situ en utilisant les couplages précédents au synchrotron Petra III de Hambourg et au synchrotron Elettra de Trieste. En parallèle, une étude de la mobilité moléculaire (paramètre déterminant à la prédominance de tel ou tel micromécanisme de déformation) a été menée via des analyses relaxationnelles réalisées au cours de la déformation du matériau. En complément, des expériences en temps réel, des études post mortem par les techniques précédemment citées et par radiographie X, microscopie électronique à balayage et tomographie X ont été réalisées afin d’apprécier l’influence de la relaxation mécanique du PET. / According to their formulations and forming processes and thanks to the complexity of their induced microstructure, thermoplastic polymers show a wide range of thermomechanical properties. However, the identification of the evolution of the microstructure of these materials during their use remains difficult. To better understand the microstructural changes occurring during thermomechanical loadings, various in situ and non-destructive techniques of characterization have been used. In this context, a Poly (Ethylene Terephthalate) (PET) amorphous and semi-crystalline was studied in order to highlight the effect of the microstructure on the macroscopic properties of the material. This way, different coupling systems combining several experimental characterization techniques have been implemented such as Raman spectroscopy and X-rays diffraction/scattering coupled to the VidéoTraction™ system or Raman spectroscopy coupled with differential scanning calorimetry (DSC) for the characterization of the deformation micro-mechanisms and the thermal behavior of the material respectively. Monitoring specific vibrational bands thoroughly identified allowed the establishment of a new robust criterion which enables to accurately measure the crystallinity ratio of the material and the identification of the characteristic temperatures of its morphology (Tg, Tc, Tcc, Tm). In addition, a relaxational characterization system by coupling dynamic dielectric spectroscopy to a tensile test has been used in order to highlight the effect of molecular mobility on the elasto-visco-plastic deformation of PET. From a mechanical point of view, the main deformation micro-mechanisms have been studied in real time during a tensile test at different temperatures and constant true strain rates: macromolecular orientation, volume damage, development of mesophase and strain induced crystallization were observed and quantified in situ using the coupled characterization technics presented previously at Petra III (Hambourg) and Elettra (Trieste) synchrotrons. In parallel, a study of the molecular mobility (a determining parameter for the predominance of one deformation micromechanism to another) was conducted via relaxational analysis performed during the deformation of the material. In addition to in situ experiments, post mortem analysis by the previously mentioned technics and by X radiography, scanning electron microscopy and X tomography were performed to assess the influence of the mechanical relaxation of the polymer.