Les pneus en fin de cycle de vie soulèvent de graves problèmes environnementaux. Ils doivent être éliminés ou recyclés. En raison de leur structure réticulée, les pneus ne fondent pas ni ne se dissolvent. Ils sont généralement broyés en poudre (caoutchouc de pneu broyé, abrévié GTR). Ensuite, ces poudres sont mélangées avec une matrice (asphalte ou polymère thermoplastique) pour réutilisation. L'industrie du recyclage se heurte à deux problèmes principaux. En premier lieu, le contrôle de technique qualité est difficile à cause du manque de solubilité de la poudre et de moyens limités pour ces petites industries. Il est nécessaire de trouver des méthodes rapides et à faible coût pour améliorer la caractérisation des GTR. Dans le présent travail, nous avons mis l'accent sur l'utilisation de ces deux techniques et sur la spectrométrie de fluorescence-X (XRF), comme il y a des rapports dans la littérature démontrant que ceux-ci peuvent être utilisés, respectivement, pour déterminer la densité de réticulation, la composition en monomères et la composition élémentaire. Un deuxième problème est la faible adhérence entre la plupart des polymères et les GTR. Ceci résulte en un manque de résistance mécanique et une tendance à l'effritement des pièces fabriquées. Certaines études se concentrent sur l'ajout de monomère et d'initiateur au GTR, afin de faire une polymérisation in-situ de chaînes greffées sur la surface. Cependant, le poids moléculaire des greffons est inconnu et il est impossible de vérifier si celui-ci est supérieur au poids moléculaire d'enchevêtrement des chaînes. Des réactions photochimiques ont été utilisées pour greffer des chaînes polymériques terminées par un groupement thiol de poids moléculaire connu en utilisant les liaisons doubles présentes à la surface de GTR. La spectrométrie de photoélectrons induits par rayons X (XPS) et la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR) ont été utilisées pour détecter les changements de surface et vérifier si le greffage a bien eu lieu. Finalement, la mesure des propriétés mécaniques a été utilisée pour évaluer l’effet du greffage avec les échantillons de GTR greffé mélangés à du polystyrène commercial. / End of life tires raise severe environmental problems and must be disposed of or recycled. Due to their cross-linked structure, they do not melt or dissolve, and are usually ground into a powder (ground tire rubber or GTR) and mixed with a matrix (asphalt or a thermoplastic polymer) for reuse. The recycling industry encounters two main problems. First, quality control is difficult due to the lack of solubility of the powder and to the limited technical means of these small industries. Rapid and low-cost methods are needed to improve characterization of GTR. This work focused on the use of these two techniques and of X-ray fluorescence spectrometry (XRF), as there are reports in the literature showing than these may be used, respectively, to determine cross-link density, monomer and elemental composition. The second problem is the poor adhesion between most polymers and GTR, resulting in parts that lack mechanical strength and tend to crumble. Some studies focus on adding monomer and initiator to GTR and doing in-situ polymerization of graft chains onto the surface. However, molecular weight of grafts is unknown and it is not possible to verify if the molecular weight is above the chain entanglement molecular weight. Photochemical reactions were used to graft thiol-terminated polymer chains of known molecular weight by using free carbon double bonds that exist on the GTR surface. X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) were used to detect the surface changes and graft degree. Mechanical properties measurement was used to monitor the treated samples blends with polystyrene matrix.

Hevea brasiliensis, un arbre tropical, est la source principale de caoutchouc naturel commercialement viable. La biosynthèse de caoutchouc se passe dans les cellules spécialisées appelées laticifères. Il représente jusqu’à 90% de la matière sèche du latex. Le latex, laiteux, s’écoule de l’encoche faite sur l’écorce de l’arbre jusqu’aux cellules laticifères. La collecte de latex, faite par saignée régulière tous 2-3 jours, est vraiment stressante pour l’arbre. Pour stimuler la production de latex, un générateur d’éthylène peut être appliqué sur le panneau de saignée. Le stress s’intensifie avec l’application hormonale. La production d’espèces activées de l’oxygène (ROS) se fait en réponse aux stress environnementaux ainsi que lors de l’exploitation de l’arbre. Au-delà d’un certain seuil, la production de ROS est massive dans les laticifères. De nombreuses études ont montré que les ROS entraîne une dégradation par peroxydation des lipides insaturés des membranes et ensuite une déstabilisation et lyse des organites. La lyse des lutoïdes permet la libération des facteurs de coagulation dans le latex entraînant la coagulation in situ des particules de caoutchouc dans l’écorce des arbres stressés. Ce syndrome physiologique, appelé syndrome de l’encoche sèche (TPD), est un des facteurs limitant la production de caoutchouc.Ce travail de thèse vise à identifier les gènes associés à la production et la neutralisation des ROS ainsi que leurs caractérisations dans les laticifères. Premièrement, nous avons fait une analyse bibliographique complète sur les gènes associés à la production et la neutralisation des ROS chez l’hévéa et les plantes modèles. La NADPH oxydase a été décrite comme la source principale de ROS chez les arbres stressés. Les enzymes antioxydantes et les antioxydants constituent le système de neutralisation des ROS. Deuxièmement, à partir d’une analyse à l’échelle du génome, 407 gènes impliqués dans la production des ROS et dans leur neutralisation ont été identifiés. Troisièmement, à partir d’une analyse du transcriptome, 164 gènes redox ont été détectés dans le latex du clone SP 217 et 161 dans celui du clone PB 260. Quatrièmement, à partir des petits ARNs et d’une analyse dégradome, 13 gènes ont été identifiés pour être clivés par 11 microARNs et 15 gènes clivés par 16 petits ARNs phasés dans le latex. Enfin, cette étude a mis en évidence des régulations spécifiques de la production des ROS et du système antioxydant dans le latex. HbRBOH2 a été identifié comme la source principale de ROS dans le latex. HbCuZnSOD4 pourrait être le contributeur majeur de la neutralisation des ROS dans le latex des arbres atteints de TPD. / Hevea brasiliensis, a tropical tree, is the main commercial source of nature rubber. The rubber biosynthesis occurs in specialized latex cells of rubber tree. Up 90% dry weight of latex is nature rubber. The milky latex flows out from cut latex cells by tapping rubber tree trunk bark. Rubber exploitation by tapping every several days is very stressful for the bark of rubber tree. To stimulate latex production, ethylene releaser is applied during rubber exploitation in some cases. The stress is increased after hormone stimulation. Reactive oxygen species (ROS) is generated when plant suffers stresses from environment and harvesting activity. Over a certain limit of stress, ROS bursting is motivated in latex cell. A lots of the evidences showed that the ROS lead to the peroxidatic degradation of the unsaturated lipids of the membrane and then to destabilisation and lysis of the organelles. Lysis of the lutoids results in liberation of coagulating factors into latex and coagulation in situ of rubber particles in stressed trees. This serious physiology syndrome is tapping panel dryness (TPD) which is one of main factor limiting rubber production.This PhD aims at identifying ROS production and scavenging genes and their characterizations in latex cell. Firstly, we made a comprehensive bibliography study on ROS production and scavenging genes both in rubber tree and model plant. The NADPH oxidase was considered as the main source of ROS in the stressed trees. ROS scavenging enzymes and antioxidants constituted the ROS scavenging systems in latex. Secondly, based on a genome-wide analysis, 407 genes involved in ROS production and scavenging were identified. Thirdly, based on a transcriptome analysis, 164 redox-related genes were detected expressing in latex of clone SP217 and 161 genes expressing in latex of clone PB260. Fourthly, based on small RNA and degradome analysis, 13 genes were shown to be targeted by 11 microRNAs and 15 genes by 16 phased siRNA in latex. Lastly, this study illustrated specific regulation systems of ROS production and scavenging in latex. HbRBOH2 was identified as the main source gene of ROS in latex. HbCuZnSOD4 might be the most important ROS scavenging gene to detoxify the ROS in latex of TPD tolerant tree.

L'industrie automobile utilise de nombreuses pièces en caoutchouc aux fonctions antivibratoires, dont il faut garantir la tenue en service. L'objectif de ce travail de thèse est de proposer une méthode pour prévoir la durée de vie en fatigue d'une structure en caoutchouc naturel chargé au noir de carbone. La démarche proposée consiste à découpler l'évolution du comportement mécanique et l'endommagement sous chargement cyclique. On suppose qu'il existe un cycle stabilisé et que la durée de vie, définie comme l'amorçage d'une fissure détectable, ne dépend que des grandeurs mécaniques évaluées sur celui-ci. Les élastomères soumis à un chargement cyclique présentent un adoucissement associé à l'effet Mullins, qui se produit surtout pendant les premiers cycles, après lesquels la réponse du matériau reste identique. On propose un modèle capable de décrire cette réponse stabilisée, ne dépendant que des variables mécaniques en régime établi. Ses paramètres sont les élongations maximales dans un nombre fini de directions matérielles, de façon à décrire l'anisotropie induite par l'effet Mullins. Ce modèle est ensuite utilisé pour analyser un grand nombre d'essais d'endurance uniaxiaux et multiaxiaux, réalisés sur éprouvettes axisymétriques. On montre qu'il permet de prendre en compte efficacement l'influence du type de contrôle ou d'une précharge. L'analyse des essais multiaxiaux ne mettant pas en jeu de renforcement, c'est-à-dire passant par l'état de déformation nul, montre que la contrainte principale maximale est suffisante pour représenter tous les cas de chargement, à l'exception de ceux qui font intervenir des phénomènes de cumul multi-plans. On propose alors une loi de cumul d'endommagement pour représenter ce type de chargement.

Des 2672 ponts à portées multiples de la province de Québec, plus de 60 % sont de type poutre longitudinale en béton armé ou en acier. De par leur âge avancé et le manque de dispositions de dimensionnement parasismique, ces ponts peuvent être vulnérables aux futurs événements sismiques. Dans le but de réduire le risque sismique et de prévenir l'in-terruption du réseau des transports, ce qui engendrerait de graves conséquences pour la province de Québec, cette étude propose le remplacement des appareils d'appui conven-tionnels habituellement utilisés au Québec par des isolateurs sismiques en caoutchouc naturel. La vulnérabilité de classes typiques de ponts réhabilités avec les dispositifs d'iso-lation sismique est évaluée à partir du développement de courbes de fragilité. Des analyses non linéaires temporelles avec des modèles analytiques détaillés ont été conduites autant pour les configurations typiques des ponts continus (MSC) que pour des ponts simplement appuyés (MSSS) à portées multiples. La comparaison entre la fragilité des ponts tels que construits et des ponts isolés a aussi été menée. Les courbes de fragilité pour les ponts réhabilités constituent un outil puissant pour l'évaluation de l'impact d'une méthode de réhabilitation sur la performance des différentes classes des ponts et soutiennent la décision de priorisation pour la réhabilitation des structures déficientes. En utilisant les principes de l'analyse statistique des essais, une étude analytique de sensibilité a révélé que les para-mètres qui influencent le plus la réponse des composantes critiques des ponts du type MSC et MSSS sont : la rigidité effective des isolateurs sismiques, la rigidité des culées et l'écart entre le tablier et les culées, et aussi des variations dé la géométrie des différentes classes de ponts et la variabilité du contenu fréquentiel des tremblements de terre. Cette étude de sensibilité semble indiquer que la variation des propriétés de certains paramètres tels que l'amortissement structural, la masse du pont et l'angle de biais peut avoir un impact sur la réponse des ponts considérés et ces paramètres doivent être examinés attentivement lors de l'évaluation de la vulnérabilité sismique des portfolios de ponts de types MSC et MSSS. Une étude comparative pour évaluer l'impact de l'isolation sismique dans la réponse des composantes critiques des ponts en béton armé de types MSC et MSSS a été réalisée en utilisant une série de tremblements de terre artificiels compatibles avec un aléa sismique de risque uniforme avec une probabilité de dépassement de 2 % en 50 ans. L'utilisation d'isolateurs sismiques s'est montrée efficace pour la réduction de la demande en courbure dans les colonnes, mais elle a un impact négatif sur la demande en déformation au niveau des murs des culées, considérant qu'aucun dispositif spécial n'est mis en place pour tenir compte des écarts minimaux pour les ponts isolés. Des résultats d'essais réalisés sur des isolateurs sismiques carrés de différents facteurs de forme et tailles ont été utilisés pour tenir compte de l'incertitude dans leurs propriétés mécaniques. Des essais de stabilité ont été réalisés sur des isolateurs sismiques moyennement élancés et un modèle par éléments finis, calibré sur les résultats expérimentaux, a permis la détermination des états limites de capacité des isolateurs sismiques en caoutchouc naturel. La comparaison de la fragilité des composantes clés du système a été effectuée et les résultats révèlent que, grâce à l'isolation sismique, une diminution significative de la probabilité de dommage pour les colonnes et les fondations a été observée. Cependant, à cause du manque d'écart suffisant entre les tabliers et les murs en aile des culées, la probabilité de dommage de cette composante a été augmentée et elle contrôle la fragilité du système pour toutes les classes de ponts évaluées. Généralement, les ponts en béton armé sont plus vulnérables que les ponts en acier. Ceci est dû à la plus grande masse de la superstructure impliquée dans la réponse sismique. Les résultats de cette recherche peuvent être utilisés pour établir des cartes de risque régionales, comme aide à la priorisation pour la réhabilitation, et ils constituent la base des analyses des coûts et bénéfices pour la réhabilitation.

Doctorat en sciences sociales, politiques et économiques / info:eu-repo/semantics/nonPublished

Le caoutchouc naturel (CN), un produit dérivé du latex d'Hevea brasiliensis, est connu pour ses propriétés mécaniques supérieures pour certaines à celles de ses concurrents synthétiques. Néanmoins, le haut degré d'insaturation du poly(cis-1,4-isoprene) le rend susceptible à la thermo-oxydation. Heureusement, le CN est doté de composés non-isoprènes dont certains ont des propriétés antioxydantes. Les lipides sont les plus importants non-isoprènes retenus dans le caoutchouc et contiennent des molécules à activité antioxydante en particulier les tocotriènols. Il est connu que durant la maturation de coagula de latex, la composition chimique et les propriétés du caoutchouc obtenu sont altérées, mais les mécanismes complexes de cette altération ne sont pas encore complètement élucidés. Dans cette étude, l'évolution de certaines molécules antioxydantes natives pendant la maturation a été suivie en relation avec certaines propriétés physiques du caoutchouc. Deux expérimentations de maturation ont été mises en œuvre. La première mettait en jeu des conditions non contrôlées de maturation suivies d'un procédé de confection du caoutchouc basé sur celui des feuilles fumées (RSS) ou non (USS). La seconde a été conduite dans un dispositif expérimental dédié permettant le contrôle des facteurs de l'environnement tels que l'humidité relative, la température et la concentration en oxygène. Le procédé de confection du caoutchouc était dans ce cas basé sur celui des caoutchoucs spécifiés techniquement (TSR). L'évolution des échantillons pendant la maturation a été étudiée à différentes échelles : propriétés en masse (P0, P30 et PRI), mésostructure (% gel, Mw and Mn) et composition biochimique (lipides). En parallèle, l'activité antioxydante in vitro des extraits lipidiques correspondants a été mesurée en utilisant une méthode DPPH optimisée. La quantité et la qualité des lipides extraits évoluent pendant la maturation, en particulier en aérobiose. La quantité totale de lipides décroit, avec, en début de maturation, une libération d'acides gras dont la quantité diminue ensuite, avec une disparation des espèces insaturées en premier. La quantité de γ-tocotrienol libres extraits change peu au cours de la maturation alors que sa forme estérifiée montre un enrichissement en acides gras saturés. L'activité antioxydante de l'extrait lipidique mesurée in vitro est corrélée avec la concentration de γ-tocotrienol libre mais pas avec les valeurs de P30 et PRI qui estiment la résistance du caoutchouc à la thermo-oxydation. Cette absence de corrélation pourrait être due à la différence des conditions de mesure in-vitro de celles existantes au sein du matériau caoutchouc. La localisation des antioxydants dans le caoutchouc et en particulier leur possibilité physique d'interagir avec les doubles liaisons du poly(cis-1,4-isoprene) ou avec des espèces oxydantes reste à étudier afin de comprendre ce qui régit la chute de P30 au cours de la maturation. Des lipides non extractibles ou des molécules non-isoprènes plus polaires (protéines, polyphénols, …) pourraient également influencer la résistance du caoutchouc à la thermo-oxydation. / Natural rubber (NR), a derived product from H. brasiliensis latex, is known for its high mechanical properties that are, for some, superior to those of its synthetic counterparts. However, the high degree of unsaturation of poly(cis-1,4-isoprene) makes it susceptible to thermo-oxidation. Fortunately, NR is endowed with non-isoprene components of which some have antioxidant properties. Especially, lipids, the main non-isoprene component retained in NR, have been reported to contain antioxidant substances, especially tocotrienols. It is well known that during the maturation of latex coagula, both NR physical properties and chemical composition are altered, but the complex mechanisms of this alteration are still to be elucidated. In the present work, the evolution of some native antioxidant molecules during maturation was followed in relation with some physical properties. Two experimental conditions of maturation were chosen. The first experiment involved uncontrolled conditions based on traditional unsmoked (USS) or ribbed smoked sheet (RSS) processing, while the second was performed in a dedicated maturation device with full control of environmental factors (relative humidity, temperature and oxygen content) followed by a processing based on that of Technically Specified Rubber (TSR). The evolution of samples during maturation was studied at different scales: bulk properties (P0, P30 and PRI), mesostructure (% gel content, Mw and Mn) and biochemical composition (lipids components). In parallel, in vitro antioxidant activity of NR lipid extracts was also investigated using an optimized DPPH method. Lipid quantity and quality evolved during maturation, especially under aerobic conditions. The total amount of lipid extract decreased, with a release of free fatty acids at early stage of maturation followed by a later decrease, unsaturated fatty acids being the first to disappear. The amount of extractable free γ-tocotrienol did not change much during maturation, while its esterified form was enriched in saturated fatty acids. The antioxidant activity measured in vitro correlated well with free γ-tocotrienol concentration but not with the resistance of rubber to thermo-oxidation assessed by P30 or PRI. Indeed, the in vitro conditions of measurement were far from those occurring inside rubber material. The localization of antioxidants in rubber and especially their physical possibility to interact with the double bonds of poly(cis-1,4-isoprene) or with oxidant species should be further investigated to understand what drives the drop of P30 along maturation time. Non extractable lipids or more polar non-isoprene molecular species (proteins, polyphenols, etc…) could also influence the resistance to thermo-oxidation.

Dans ce travail, l'effet de la taille des cellules sur les propriétés de compression des mousses de caoutchouc de silicone avec des cellules sphériques a été étudié expérimentalement. Les mousses ont été fabriquées en utilisant une résine de silicone et des billes de polystyrène expansé (EPS) par une nouvelle technique. Les billes ont été mélangées avec la résine réactive et le mélange a été laissé à température ambiante jusqu'à ce que la résine soit durcie. Ensuite, le matériau solidifié a été chauffé pour rétracter les billes et former la structure cellulaire. Trois mousses différentes avec des tailles de cellules différentes, allant d'environ 1 mm à environ 2 mm, ont été fabriquées et testées sous compression quasi-statique. Pour chaque échantillon, le module de compression par rapport au poids et la résistance à la compression par rapport au poids ont été obtenus. Enfin, ces valeurs ont été comparées entre elles pour déterminer l'effet de la taille des cellules sur les propriétés de compression. Les résultats montrent que l'augmentation de la taille des cellules augmente la rigidité. Par exemple, l'augmentation de la taille des cellules de 1 mm à 1,5 mm à densité constante (480 kg/m³) augmente le module de compression de 17%, tandis que la contrainte de compression à 50% de déformation augmente de14%. De tous les résultats obtenus, on peut conclure que parmi les mousses de caoutchouc à cellules fermées ayant la même composition de matrice et des densités similaires, mais des tailles d'alvéoles différentes, celle ayant la plus petite taille d'alvéole donne les propriétés de compression les plus faibles par rapport au poids, tandis que celle ayant la plus grande taille d'alvéole donne le rapport le plus élevé lorsqu'elles sont lentement comprimées. / In this work, the effect of cell size on the compressive properties of silicone rubber foams with spherical cells was experimentally studied. The foams were made using a silicone resin and expanded polystyrene beads (EPS) through a novel technique. The beads were mixed with the reactive resin and the mixture was left at room temperature until the resin was cured. Then, the solidified material was heated up to shrink down the beads to form the cellular structure. Three different foams with different cell sizes, ranging from about 1 mm to about 2 mm,were made and tested under quasi-static compression. For each sample, the compressive modulus to weight ratio and compressive strength to weight ratio were obtained. Finally, these values were compared between them to determine the effect of cell size on the compressive properties. The results show that increasing the cell size increases the stiffness. For example, increasing the cell size from 1 mm to 1.5 mm at constant density (480 kg/m³) increases the compressive modulus by 17%, while the compressive stress at 50% strain increasesby 14%. From all the results obtained, it can be concluded that among the closed cell rubber foams having the same matrix composition and similar densities,but different cell sizes, the one having the smallest cell size gives the lowest compressive properties to weight ratio, while the one with the largest cell size gives the highest ratio when they are slowly compressed.

Cette étude porte sur la production et la caractérisation d’élastomères thermoplastiques (TPE) à base de polypropylène et de caoutchouc vulcanisé recyclé, ainsi que leurs mousses. La première partie de cette étude est liée à la caractérisation de mélanges polypropylène/éthylène-propylène-diène monomère recyclé (PP/r-EPDM) (50/50) avec du polypropylène greffé d'anhydride maléique (PP-g-MA) (0 à 8% en poids). En particulier, l’effet de l'ordre d'alimentation dans une extrudeuse bi-vis et la composition sont étudiées. À partir des échantillons obtenus par moulage en injection, une comparaison est effectuée sur la morphologie et les propriétés mécaniques (impact, tension et flexion), ainsi que la densité et la dureté. Dans la deuxième étape du travail, les mélanges PP/r-EPDM ont été produits par extrusion bi-vis, suivi par un moulage en injection. Dans ce cas, l'effet de la concentration de r-EPDM (jusqu'à 65% en poids), ainsi que la position et l’ordre d'alimentation le long de la vis d'extrusion ont été étudiées pour comparer la morphologie et les propriétés mécaniques. Enfin, les conditions de mise en œuvre optimales obtenues dans les deux premières parties du travail ont été utilisées pour produire des mousses de PP/r-EPDM par moulage en injection. Pour ces échantillons, l'effet de la concentration de r-EPDM (0 à 65% en poids) et de l’agent gonflant chimique (azodicarbonamide) (jusqu'à 1,5% en poids), ainsi que les conditions d'injection (température du moule (30 et 70 °C) et la quantité de matière injectée) ont été étudiées pour la morphologie (taille des cellules, densité cellulaire, et l'épaisseur de la peau), les propriétés mécaniques (impact, tension et flexion), ainsi que la densité et la dureté. Les résultats montrent que l'incorporation de r-EPDM conduit à une amélioration substantielle de la résistance aux chocs du PP (jusqu'à 329%), tandis que l'addition de PP-g-MA comme agent de couplage n'est pas nécessaire dans ce système à cause de la bonne adhésion entre le PP et les particules de r-EPDM. Il a été constaté que l'ordre d’introduction de chacun des composants dans l'extrudeuse a un effet direct sur les propriétés du mélange. Par conséquent, l'alimentation de r-EPDM dans la première zone et du PP dans la quatrième zone de l'extrudeuse conduit à des particules plus petites de r-EPDM en raison du plus long temps de séjour et des contraintes appliquées sur les particules de r-EPDM dans la première section de l'extrudeuse. Enfin, les résultats montrent qu'il est plus difficile de réaliser une bonne structure de mousse avec une teneur élevée en r-EPDM. / This investigation focuses on the production and characterization of thermoplastic elastomers (TPE) based on polypropylene and recycled vulcanized rubber, as well as their foams. The first part of this study is related to the characterization of polypropylene/recycled ethylene-propylene-diene monomer (PP/r-EPDM) (50/50) blends modified with polypropylene-graft-maleic anhydride (PP-g-MA) (0 to 8% wt.). In particular, the effect of feeding order in a twin-screw extruder and blend composition are investigated. From the samples produced via injection molding, a comparison is made based on blend morphology and mechanical properties (impact, tension, and flexion), as well as density and hardness. In the second step of the work, PP/r-EPDM blends are produced through twin-screw extrusion followed by injection molding. In this case, the effect of r-EPDM concentration (up to 65% wt.), feeding order and feeding position along the extruder screw are studied and the blends are compared in terms of morphology and mechanical properties. Finally, the optimum processing conditions obtained in the first two parts are used to produce PP/r-EPDM foams via injection molding. For these samples, the effect of r-EPDM (0 to 65% wt.) and chemical foaming agent (azodicarbonamide) (up to 1.5% wt.) contents, as well as injection conditions (mold temperature (30 and 70 °C) and shot size) are studied with respect to morphology (cell size, cell density, and skin thickness) and mechanical properties (impact, tension, and flexion), as well as density and hardness. The results show that incorporation of r-EPDM leads to a substantial improvement of PP impact strength (up to 329%), while the addition of PP-g-MA as a coupling agent is not necessary in this system due to good adhesion between the PP matrix and dispersed r-EPDM particles. In addition, it is found that the feeding order of each component in the extruder has a direct effect on blend properties. Consequently, feeding the r-EPDM in the first zone and PP in the fourth zone of the extruder leads to smaller r-EPDM particles because of the longer residence time and direct shear/elongational stresses applied on the r-EPDM particles in the first section of the extruder. Finally, the results show that it is more difficult to produce a good foam structure with increasing r-EPDM content.

Le développement de nanocomposites thermoconducteurs à base de caoutchouc est une tâche difficile pour diverses technologies modernes, allant des appareils électroniques à l'industrie du pneu. La présente étude est concentrée sur les propriétés thermiques et mécaniques de composites de caoutchouc naturel chargés avec des additifs à base de carbone, notamment du noir de carbone, des nanotubes de carbone, de l'oxyde de graphène réduit et des nanoplaquettes de graphène. En raison de la faible conductivité thermique du caoutchouc, des concentrations élevées de divers additifs thermoconducteurs sont nécessaires. Cependant, cela a un impact significatif sur le comportement mécanique des matériaux finaux, ce qui limite leur application. Dans ce scénario difficile, nous avons cherché à améliorer la conductivité thermique et les propriétés mécaniques (y compris les propriétés en traction, la dureté, les propriétés dynamiques, etc.) de nanocomposites à base de caoutchouc en exploitant des systèmes de charges hybrides à base de carbone. Nous avons aussi modifié la surface de ces charges pour améliorer leur interaction avec la matrice en caoutchouc dans le but de créer un réseau continu de charges à travers la matrice. La première partie de la thèse (chapitre 2) décrit l'effet de l'ajout de l'oxyde de graphène réduit (RGO) sur la conductivité thermique et les propriétés mécaniques de caoutchouc. Le RGO a d'abord été synthétisé en utilisant la méthode Hummer améliorée. Ensuite, il a été pré-dispersé dans du latex naturel en utilisant la technique de co-coagulation puis mélangé à la formulation de référence à différentes teneurs (0-2 parties pour cent en caoutchouc (phr))à l'aide d'un mélangeur interne. Pour une concentration de RGO de 2 phr, les résultats ont montré que la densité de réticulation des nanocomposites caoutchouc/RGO développés avait augmenté de 65% par rapport à la formulation de base. Une augmentation significative de la résistance à la traction (53%) et du module de Young (31%) a été observée pour la même concentration en RGO. Enfin, il a été observé que l'ajout de seulement 0.5 phr de RGO avait entraîné une amélioration considérable (26%) de la conductivité thermique. Dans la deuxième partie de la thèse (chapitre 3), l'effet d'un système de charges hybride (noir de carbone/nanotubes de carbone multi-parois, MWCNT) sur les propriétés mécaniques et la conductivité thermique des nanocomposites développés a été étudié. En raison de la différence de forme entre le noir de carbone et les MWCNT, ainsi que de l'adsorption des agents de réticulation à la surface des MWCNT, il a été observé que le temps de cuisson (vulcanisation) (t₁₀) et celui de cuisson optimal (t₉₀) de la matrice en caoutchouc augmentaient progressivement avec l'augmentation de la teneur en MWCNT. Enfin, en remplaçant 5 phr de noir de carbone par la même concentration en MWCNT, des améliorations significatives de la conductivité thermique et des propriétés mécaniques ont été obtenues grâce aux propriétés intrinsèques des MWCNT et à leur synergie avec le noir de carbone. En outre, les modules à 100% et 300% de déformation (M@100 et M@300) des nanocomposites développés ont respectivement augmenté de 72% et 54%. Dans la troisième partie de la thèse (chapitre 4), la modification de surface des MWCNT a été réalisée pour améliorer le comportement mécanique dynamique des nanocomposites correspondants et trouver un ratio optimal de charges menant à des propriétés mécaniques et thermiques améliorées. Les résultats ont montré l'effet positif de l'oxydation de la surface des MWCNT sur la dispersion des charges et les propriétés thermiques et mécaniques des nanocomposites. La dernière partie de la thèse (chapitre 5) a été consacrée à l'étude de l'effet synergique des systèmes hybrides de charges (noir de carbone/nanoplaquettes de graphène, GNPs) dans lequel les GNPs (GNP-M25, GNP-C300 et GNP-C750) présentaient différentes surfaces spécifiques et différents rapports d'aspect. Les résultats ont montré que la surface spécifique de la charge et son rapport d'aspect jouent un rôle vital dans la production d'un réseau de charges conducteur. L'incorporation du GNP-M25 ayant une dimension latérale la plus élevée parmi les trois GNPs étudiés permettait de développer un nanocomposite ayant une conductivité thermique plus élevée. D'autre part, à une concentration élevée (5 phr), la synergie entre GNPs-M25 et le noir de carbone était élevée, entraînant une meilleure dispersion des charges et une plus faible dissipation d'énergie. / Creating effective thermally conductive rubber nanocomposites for heat management is a challenging task for various modern technologies, from electronic devices to the tire industry. This study focused on the thermal and mechanical properties of natural rubber nanocomposites filled with carbon-based fillers, including carbon black, carbon nanotubes, reduced graphene oxide (RGO), and graphene nanoplatelets. Due to the poor thermal conductivity of rubber materials, high loadings of various thermally conductive fillers are required. However, this significantly impacts the final materials' mechanical behavior, limiting their application. In this challenging scenario, we aimed to enhance the thermal conductivity and mechanical properties (including tensile properties, hardness, dynamic mechanical properties, etc.) of rubber-based nanocomposites by exploiting hybrid carbon-based filler systems and suitable filler surface modification to improve the formation of continuous filler's network through the natural rubber (NR) matrix. The first part of the thesis (chapter 2) describes the effect of adding RGO to the natural rubber's thermal conductivity and mechanical properties. RGO was first synthesized using an improved Hummer method. Then, RGO pre-dispersed in natural rubber latex using the co-coagulation technique was added to a reference formulation in various contents (0-2 parts per hundred rubber (phr)), and compounded using an internal mixer. It was observed that the crosslink density of the developed natural rubber/RGO nanocomposites increased by 65% for RGO concentration of 2 phr. A significant increase in tensile strength (53%) and Young's modulus (31%) was observed for the same RGO concentration. Ultimately, the addition of only 0.5 phr of RGO resulted in a considerable improvement (26%) in thermal conductivity. In the second part of the thesis (chapter 3), the effect of the carbon black/multiwall carbon nanotubes (MWCNT) hybrid filler system on the mechanical properties and thermal conductivity of the nanocomposites was studied. Because of the shape difference between carbon black and MWCNT and the adsorption of curing agents onto the MWCNT, the scorch time (t₁₀) and optimum curing time (t₉₀) gradually increased with increasing MWCNT content. Finally, by substituting 5 phr of carbon black with MWCNT, significant improvements in thermal conductivity and mechanical properties were achieved due to the intrinsic properties of MWCNT and its synergy with carbon black. Moreover, the modulus at 100% and 300% strain (M@100 and M@300) increased by 72% and 54%, respectively. In the third part of the thesis (chapter 4), the surface modification of MWCNT was carried out to improve the dynamic mechanical behavior of the natural rubber/MWCNT nanocomposites to find an optimum fillers ratio having suitable mechanical and thermal properties. The results showed the positive effect of MWCNT surface oxidation on the fillers' dispersion and nanocomposites' properties. The last part (chapter 5) focused on the synergistic effect between carbon black and GNPs hybrid fillers with different surface areas and aspect ratios (GNPs-M25, GNPs-C300, and GNPs-C750). The results showed that the specific surface area of filler and its aspect ratio play a vital role in producing a conductive filler network. GNPs-M25 with a higher lateral dimension led to the highest consistency and denser conductive network inside the NR nanocomposite compared to GNPs-C300 and GNPs-C750. On the other hand, higher substitution increased the synergy of hybrid fillers, resulting in better filler dispersion and less energy dissipation.

Ce travail de doctorat est consacré à la production et à la caractérisation de composés polymères à base de matrices thermoplastiques en mélange avec des particules de caoutchoucs recyclés. Les principales applications visées sont: (A) la production d’élastomères thermoplastiques (TPE) à haute teneur (50% et plus) en poudrette de caoutchouc de pneus usés (GTR); et (B) l’amélioration de la résistance à l’impact des composites thermoplastiques avec de faibles concentrations en GTR. Dans la première partie de ce travail, du polyéthylène maléaté (MAPE) a été utilisé comme matrice pour produire des mélanges MAPE/GTR présentant d'excellentes caractéristiques en tant qu’élastomère thermoplastique. Puis, les effets de différents mécanismes de dégradation (humidité, chaleur et recyclage) sur les propriétés des composites MAPE/GTR ont été largement examinés afin d’évaluer le potentiel de ces matériaux après plusieurs cycles d’utilisation. Enfin, le renforcement des TPE/GTR par différentes particules solides (poudre de bois et talc) a été étudié pour des applications plus exigeantes (caractéristiques mécaniques). Dans la seconde partie de ce travail, une nouvelle approche est proposée pour la modification de la résistance aux chocs des composites à base de polypropylène renforcé par des charges organique (chanvre) et inorganiques (talc, verre). L’amélioration des propriétés à l'impact de ces composites a été réalisée par l’addition d’un mélange à base de polypropylène maléaté (MAPP) et de poudrette de caoutchouc (GTR et déchets d’EPDM) contenant des concentrations élevées (jusqu’à 70% en poids) de déchets caoutchoutiques. / This Ph.D. work is devoted to the production and characterization of polymer compounds based on thermoplastic matrix filled with waste rubber powder. The main applications include: (A) the production of thermoplastic elastomer (TPE) resins containing high ground tire rubber (GTR) contents (50% and higher), and (B) impact modification of thermoplastic composites using low concentrations of GTR. In the first part of the work, maleated polyethylene (MAPE) is proposed as a matrix to produce MAPE/GTR blends having excellent characteristics as thermoplastic elastomers. Then, the effects of different degradation mechanisms (weathering, thermal degradation and reprocessing) on the properties of MAPE/GTR compounds were extensively investigated to determine their potential for further recycling. Finally, the reinforcement of GTR filled TPE was investigated using different types of solid particles (wood flour and talc) for more demanding applications (mechanical characteristics). In the second part of the work, a new approach is proposed for impact modification of polypropylene based composites based on organic (hemp) and inorganic (talc and glass) reinforcements. The effective improvement of the impact properties of these composites is performed through the addition of a masterbatch based on maleated polypropylene (MAPP)/waste rubber powder (GTR or waste EPDM) containing high concentrations (70% by weight) of waste rubber.