Cette thèse, menée en collaboration avec Michelin dans le cadre de la fabrication de matériaux composites, porte sur la stabilité colloïdale du latex de caoutchouc naturel (NR). Ce latex est une dispersion colloïdale polydisperse d'un polymère naturel dans un sérum aqueux. Les particules sont stabilisées par une couche complexe de phospholipides et de protéines. Cette dispersion peut être coagulée de façon irréversible par voie physique (sous cisaillement) ou par voie physico-chimique (ajout de cations divalents ou de particules hydrophobes). Dans ce travail, nous avons étudié la coagulation du latex par les cations divalents. Pour cela nous avons utilisé des outils physico-chimiques : diagrammes de stabilité en présence de divers cations, suivi cinétique de l'agrégation des particules et mesures rhéologiques. Ensuite, nous avons sondé la surface de particules de NR, par électrophorèse, en présence de tensioactifs et aussi selon la taille des particules. Pour expliquer la coagulation, nous suggérons que l'augmentation de la force ionique écrante les interactions répulsives et que les cations forment des ponts ioniques entre les particules. Ces ponts les maintiennent au contact et l'irréversibilité du phénomène est assurée par l'adhésion entre les chaines de polymères proches de la surface. L'adsorption des tensioactifs modifie la surface des particules et la coagulation du latex. Une légère différence de charge de surface a été observée entre les particules de NR selon leur taille. Enfin, un phénomène de coagulation similaire a été obtenu avec un latex synthétique, ce qui ouvre la voie à l'exploitation industrielle de ce phénomène de coagulation. / This work, in collaboration with Michelin for the fabrication of composite materials, deals with the colloidal stability of the latex of natural rubber (NR). The NR latex is a polydisperse colloidal dispersion of a bio-polymer in an aqueous serum. The particles are stabilized by a complex layer of phospholipids and proteins. This dispersion can be coagulated by a physical way (under shearing), or by a physical-chemical way (addition of divalent cations or hydrophobic particles). In this thesis, we studied the coagulation of the NR latex by divalent cations with physical-chemical tools (stability diagrams with different cations, aggregation kinetic of particles, rheological measuremments). Then, the surface of NR particles has been characterized by electrophoresis, firstly in the presence surfactants and secondly depending on the particles size. From the results of the first part we suggest that the coagulation with divalent cations is due to a screening effect because of the increase of ionic strength and that divalent cations can bridge the particles together. This allows keeping them in contact. Adhesion between polymer chains near the surface ensures the irrversible cohesion. In a second time, we saw that the adsorption of surfactants changes the particles surface and the coagulation of NR latex with cations. A small difference of surface charge is observed between the biggest and the smallest NR particles. Finally, a similar behavior has been obtained with a synthetic latex in presence of divalent cations. Our results could be used to develop an industrial process based on this coagulation phenomenon.

Cette thèse se concentre sur la caractérisation, la dispersion, ainsi que les différentes applications d'un nouveau type de matériaux dérivé de la dégradation de biométhane dans le cadre d'un projet Européen, le projet PlasCarb. Nous appelons ces matériaux les nanopalets de carbone (CNP). Notre étude commence avec la caractérisation des CNP, puis nous poursuivons avec l'obtention de dispersions aqueuses bien définies et hautement concentrées de CNP. Ces dispersions ont été utilisées pour la préparation de films conducteurs et de composites conducteurs avec du caoutchouc naturel. Enfin, la photoluminescence des CNP dispersés et solubilisés dans un milieu liquide a été évaluée. Des tests préliminaires montrent une photoluminescence dans le bleu très prometteuse. / This PhD thesis is focused on the characterization, dispersion and applications of graphitic material (in this manuscript referred as carbon nanopuck (CNP)) that derives from the splitting of biogas and obtained within the framework of the European project “PlasCarb”. This study starts with CNP characterization. Afterwards, well-defined, high concentrated CNP dispersions in water, calibrated insize have been obtained. These dispersions have been used to prepare conductive films and as components of conductive composites with natural rubber. Ultimately, the photoluminescence of CNP dispersed and dissolved in liquid media has been tested. Preliminary tests of these systems exhibit promising blue PL.

Améliorer le recyclage des caoutchoucs est un enjeu majeur de la société actuelle. Ces matériaux sont classiquement réticulés de manière permanente par chimie covalente, ce qui empêche toute modification ultérieure de la structure du réseau. Au cours de cette thèse, nous avons cherché à concevoir le recyclage en amont, en utilisant des méthodes de réticulation non-permanentes. Le caoutchouc naturel époxydé (ENR), choisi comme élastomère de base de l'étude, est efficacement réticulé par l'action de diacides carboxyliques qui réagissent sur les fonctions oxiranes pour former des ponts esters. D'une part, l'ajout d'un catalyseur de transestérification au sein du matériau a permis d'envisager l'obtention de propriétés vitrimères. Les avantages de cette chimie covalente échangeable sont mis en évidence par comparaison avec les réseaux permanents faiblement réticulés qui montrent eux aussi des propriétés de relaxation et d'adhésion. D'autre part, l'utilisation d'un diacide comportant dans sa chaîne une fonction disulfure dynamique apporte un certain degré de recyclabilité, comparable à ce qui peut être obtenu par vulcanisation conventionnelle au soufre. La chimie décrite ici présente cependant l'avantage majeur de ne pas être toxique pour l'environnement, contrairement à la vulcanisation. Enfin, le greffage d'acides gras à chaîne cristallisable sur l'ENR conduit à l'obtention d'élastomères thermoplastiques. L'étude par diffraction des rayons-X sous traction cyclique montre que ces réseaux physiques cristallisent sous contrainte aussi bien que l'ENR réticulé chimiquement aux diacides. / Improving rubber recyclability is a major challenge of today’s society. These materials are usually crosslinked through permanent covalent chemistry, which prevents any further modification of the network structure. The aim of this thesis was to design the recyclability up-stream by using non-permanent chemistry for rubber crosslinking. Epoxidized natural rubber (ENR), chosen as the base rubber, is efficiently crosslinked by reaction of dicarboxylic acids on oxirane rings to form ester bonds. On the one hand, the addition of a transesterification catalyst let foresee the obtaining of vitrimer properties. The advantages of this exchangeable chemistry are shown by comparison to lightly permanently crosslinked rubbers that also show stress relaxation and adhesion properties. On the other hand, using a functionalized diacid with a central disulphide function, a certain degree of reprocessability could be obtained, comparable to what was obtained by conventional sulphur vulcanization. A major advantage of the presented diacid chemistry over vulcanization is the non-toxicity towards the environment. Lastly, by grafting long crystallizable fatty acids onto ENR, we synthesized thermoplastic elastomers. Like diacid-crosslinked ENR (chemical network), these physical networks show strain-induced crystallization measured by X-ray diffraction during cyclic tensile tests.

Le caoutchouc naturel (NR) et le caoutchouc époxydé (ENR) ont constitué la base de cette étude consacrée à l’étude des composites et mélanges de polymères. La présence du groupe époxyde a conduit à une amélioration des propriétés mécaniques de ces formulations en termes de module et de la résistance à la traction. De plus, l’utilisation de la spectroscopie diélectrique a révélé que les ENRs présentent une conductivité plus élevée que le NR à basse fréquence et à haute température. En particulier, le caoutchouc naturel époxidé contenant 50 mol% de groupes époxyde ENR-50 présente des conductivités et permittivités les plus élevées. Par conséquent, ce dernier a été choisi pour préparer des composites polymères en incorporant des particules de titanate de barium (BT) et de noir de carbone (CB). Les résultats montrent que la permittivité et conductivité des composites élaborés augmentent avec le taux d'incorporation de ces charges. Par exemple, les composites BT/ENR-50 atteignent une permittivité élevée 48.7 pour 50 vol% de BT. De plus, les composites CB/ENR-50 présentent un seuil de percolation de 6.3 vol% de CB. Enfin les mélanges à base de poly(fluorure de vinylidène) (PVDF) et d’ENR ont été étudiés. Il a été observé que la morphologie de ces mélanges dépend du degré d’époxydation du caoutchouc naturel et bien entendu de la composition du mélange. Une morphologie co-continue peut être observée dans l’intervalle 40 et 60% en masse d’ENR-50. En outre, les résultats issus d’analyses dynamiques mécanique et diélectrique montrent que ces mélanges présentent une miscibilité partielle. Enfin, des composites à base de ces mélanges binaires PVDF/ENR- 50 contenant BT ont été préparés. L’étude des morphologies a révélé que les particules de BT étaient dispersées dans la phase d’ENR-50 pour le mélange classique. Cependant, les particules de BT sont localisées à l'interface et dans la phase PVDF pour le mélange réticulé dynamiquement. En termes de propriétés, la permittivité plus élevée est obtenue pour le mélange PVDF/ENR 50 (80/20) ayant été réticulé dynamiquement / Natural rubber (NR) and epoxidized natural rubber (ENR) were chosen to study the composites and blends of polymers. The presence of epoxide group caused to improve the mechanical properties in terms of modulus and tensile strength. Furthermore, dielectric spectroscopy revealed that ENR showed conductivity process at low frequency and high temperature. Epoxidized natural rubber containing 50 mol% of epoxide group or ENR-50 exhibited the highest dielectric permittivity and electrical conductivity. Therefore, ENR-50 was then selected to prepare polymer composite filled with barium titanate (BT) and carbon black (CB) particles. The permittivity and conductivity of the composites increased with the volume content of the fillers. The BT/ENR-50 composites reached a high permittivity of 4 8 . 7 for addition of 50 vol% BT. Meanwhile, CB/ENR-50 composite reached percolation threshold at 6. 3 vol% of CB. The phase development and miscibility of poly(vinylidene fluoride) (PVDF)/epoxidixed natural rubber (ENR) blends were then investigated. It was also found that phase structure depended on epoxidation level and blend compositions. The blend exhibited a co-continuous phase morphology in the region of 40 to 60 wt% of ENR-50. Furthermore, the results from dynamic mechanical and dielectric analysis revealed that these blends present a partial miscibility. Finally, the composites based on binary blends of PVDF/ENR-50 containing BT were prepared. The study of the morphologies revealed that BT was dispersed in ENR-50 phase in the case of simple blend. However, the addition of BT after dynamic vulcanization induced localization of BT in PVDF phase and at interface. The highest increment of permittivity can be observed for the composite based on dynamically cured PVDF/ENR-50 (80/20) blend / ศึกษาอิทธิพลของโครงสร้างโมกุลยางธรรมชาติ (NR) และยางธรรมชาติอิพอกไซด์ (ENR) ต่อสมบัติ พบว่าการมีหมู่อิพอกไซด์อยู่ในยาง ENR ทำให้มีการปรับปรุงสมบัติเชิงกล เช่น มอดุลัสและความต้านทานต่อแรงดึง นอกจากนี้สมบัติไดอิเล็กทริกได้แสดงให้เห็นถึงการนำ ไฟฟ้าที่ความถี่ต่ำและอุณหภูมิสูง ยางที่มีหมู่อิพอกไซด์ 50 โมล% (ENR-50) มีค่าการนำไฟฟ้า และค่า permittivity สูงที่สุด ดังนั้นจึงนำยาง ENR-50 ไปใช้ในการเตรียมคอมพอสิตที่ใช้แบเรียม ไททาเนตและเขม่าดำเป็นตัวเติม ซึ่งพบว่าค่า permittivity และค่าการนำไฟฟ้าสูงขึ้นตาม ปริมาณตัวเติมที่ใส่ลงไป ที่ปริมาณ 50%โดยปริมาตรของแบเรียมไททาเนตในยางให้ค่า permittivity สูงถึง 48.7 ในขณะเดียวกันก็พบว่าการเตรียม ENR-50 คอมพอสิตที่ใช้เขม่าดำมี percolation threshold ที่ 6.3 vol% ของเขม่าดำ สำหรับการศึกษาการเปลี่ยนแปลงของสัณฐาน วิทยาและความเข้ากันได้ของพอลิเมอร์เบลนด์ระหว่างพอลิไวนิลลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF) กับยาง ENR พบว่า สัณฐานวิทยาของพอลิเมอร์ที่เตรียมได้ขึ้นอยู่กับปริมาณหมู่อิพอกไซด์ในยาง ENR และอัตราส่วนการเบลนด์ อัตราส่วนการเบลนด์ในช่วง 40 ถึง 60% โดยน้ำหนักของยาง ENR- 50 ให้ลักษณะสัณฐานวิทยาแบบวัฏภาคร่วม (co-continuous) นอกจากนี้ผลการทดสอบจาก สมบัติพลวัตเชิงกลและสมบัติไดอิเล็กทริกแสดงให้เห็นถึงความเข้ากันได้บางส่วน (partial miscibility) ท้ายที่สุดนี้ได้เตรียมคอมพอสิตจากพอลิเมอร์เบลนด์ที่เติมแบเรียมไททาเนต สัณฐานวิทยาของคอมโพสิทที่เตรียมได้นั้น พบว่าแบเรียมไททาเนตกระจายตัวในเฟสยางเป็น หลัก อย่างไรก็ตามการเติมแบเรียมไททาเนตหลังจากการวัลคาไนซ์แบบไดนามิกส์ทำให้ แบเรียมไททาเนตกระจายตัวในเฟสพอลิไวนิลลิดีนฟลูออไรด์ (PVDF) และที่ผิวประจัญ (interface) นอกจากนี้คอมพอสิตที่เตรียมจากเทอร์โมพลาสติกวัลคาไนซ์ของ PVDF/ENR 50 ที่ อัตราส่วนการเบลนด์ที่ 80/20 ให้ค่า permittivity ที่สูง

L’objectif de ce travail de thèse était l’amélioration de la compatibilité de mélanges d’acide polylactique et de caoutchouc naturel (mélanges PLA/NR) par l’ajout de dérivés du caoutchouc naturel comme agents compatibilisants. Le caoutchouc naturel a été modifié selon deux approches : synthèse d’un copolymère greffé caoutchouc- poly(vinyl acétate) (NR-g-PVAc) et synthèse de polymères à blocks PLA-NR et PLA-NR-PLA. Les mélanges PLA/NR ont été préparés par extrusion dans une extrudeuse à double vis et moulées par compression pour obtenir des feuilles de 2 mm d’épaisseur. Les mélanges contenaient 10-20% en poids de NR et NR modifiée. La résistance au choc et les propriétés en traction ont été étudiées. L’effet de compatibilisation a été déterminé par DMTA, DSC et MEB. NR-g-PVAc a été synthétisé par polymérisation en émulsion pour obtenir de copolymères avec différents contenus en PVAc greffé (1%, 5% and 12%). La caractérisation des matériaux par DMTA a montré une augmentation de la miscibilité des mélanges PLA/NR-g-PVAc.NR-g-PVAc a résulté être un agent durcissant pour le PLA et un agent compatibilisant pour les mélanges PLA/NR. Les polymères à bloc ont été synthétisés selon deux routes : (1) NR hydroxy téléquelique (HTNR) et lactide et (2) NR hydroxy téléquelique et pré-polymère PLA. Dans la première approche, le lactide a été polymérisé in situ à travers la polymérisation par ouverture de cycle pour donner un bloc. Dans la deuxième approche, le pré-polymère PLA a été synthétisé par polymérisation directe de l’acide L-lactique avant copolymérisation à blocs. Les deux types de copolymères se sont révélés de bons agents compatibilisants pour les mélanges PLA/NR, car ils ont augmenté la résistance au choc et ils ont diminué la taille des particules de caoutchouc. / The aim of this research work was to improve the compatibility of polymer blends made from poly(lactic acid) and natural rubber (PLA/NR blends) by using modified natural rubber as a compatibilizer. Natural rubber was chemically modified into two categories: natural rubber grafted poly(vinyl acetate) copolymer (NR-g-PVAc) and block copolymers (PLA-NR diblock copolymer and PLA-NR-PLA triblock copolymer). PLA/NR blends were prepared by melting blending in a twin screw extruder and compression molded to obtain a 2-mm thick sheet. The blends contained 10-20 wt% of NR and modified NR, and the impact strength and tensile properties were investigated. The compatibilization effect was determined by DMTA, DSC and SEM. NR-g-PVAc was synthesized by emulsion polymerization to obtain different PVAc graft contents (1%, 5% and 12%). Characterization by DMTA showed an enhancement in miscibility of the PLA/NR-g-PVAc blends. NR-g-PVAc could be used as a toughening agent of PLA and as a compatibilizer of the PLA/NR blend. The block copolymers were synthesized following two routes: (1) hydroxyl telechelic natural rubber (HTNR) and lactide and (2) HTNR and PLA prepolymer. In the former route, lactide was in situ polymerized via a ring opening polymerization to be a PLA block segment during block copolymerization. In the latter route PLA prepolymer was synthesized by a condensation polymerization of L-lactic acid prior to block copolymerization. Both block copolymers acted as good compatibilizers for the PLA/NR blend by increasing the impact strength and decreasing the NR particle size. Triblock copolymers provided higher impact strength than diblock copolymers, and they were a less effective compatibilizer than NR-g-PVAc. In contrast to NR and NR-g-PVAc, the block copolymer was not a good toughening agent for PLA.

Les effets du caoutchouc nitrile (NBR), du traitement de la surface des fibres et du noir de carbone sur les propriétés des composites à base de caoutchouc naturel renforcé par des fibres d'ananas (NR / PALF) ont été étudiés. L'incorporation de NBR et le traitement de surface de la fibre ont été utilisés pour améliorer les propriétés mécaniques des composites à faible déformation, alors que le noir de carbone a été utilisé pour améliorer ces propriétés à forte déformation. La teneur en fibres a été fixée à 10 phr. Les matériaux composites ont été préparés à l'aide d'un mélangeur à cylindres et ont été réticulés sous presse permettant ainsi le maintien de l'orientation des fibres. Ces composites ont été caractérisés à l’aide du rhéomètre à matrice mobile (MDR), par analyse thermique mécanique dynamique (DMTA) et par tests de traction. La morphologie après fracture cryogénique a été observée à l'aide de la microscopie électronique à balayage (MEB). L'effet du NBR dont la teneur varie de 0 à 20 phr par rapport à la teneur totale en caoutchouc, a été également étudié. Le NBR est utilisé afin d’encapsuler totalement les fibres d’ananas (PALF) ; ceci conduisant à un meilleur transfert de contraintes entre la matrice et les fibres. La méthode de mélange a également été étudiée. Plusieurs types de silanes tels que le propylsilane, l'allylsilane et le silane-69 ont été utilisés pour traiter les fibres pré-nettoyées à l’aide d’un traitement alcalin. Les fibres silanisées ont été caractérisées par spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), par spectroscopie de photoélectrons aux rayons X (XPS) et par MEB. Le traitement de la fibre par le silane-69 a permis d’augmenter fortement le module du matériau composite à faible déformation. Ce traitement a été plus efficace que l'incorporation de NBR dans les composites NR / PALF. Ceci peut s’expliquer par une possible réticulation chimique entre le caoutchouc et la fibre traitée au silane-69 plutôt qu’une simple interaction physique du NR, du NBR et de la fibre. Cependant, le renforcement par fibre réduit la déformation à la rupture. Par conséquent, du noir de carbone a également été incorporé dans les composites NR/NBR/PALF et NR/ PALF traitée, afin d’améliorer leurs propriétés ultimes. En incorporant du noir de carbone à un taux de 30 phr dans les deux composites, les propriétés mécaniques des composites ont été améliorées et peuvent être contrôlées à la fois à des déformations faibles et hautes. / The effects of nitrile rubber (NBR), fiber surface treatment and carbon black on properties of pineapple leaf fiber-reinforced natural rubber composites (NR/PALF) were studied. The incorporation of NBR and surface treatment of fiber were used to improve the mechanical properties of composites at low deformation, whereas carbon black was used to improve these properties at high deformation. The fiber content was fixed at 10 phr. The composites were prepared using two-roll mill and were cured using compression moulding with keeping the fiber orientation. These composites were characterized using moving die rheometer (MDR), dynamic mechanical thermal analysis (DMTA) and tensile testing. The morphology after cryogenic fracture was observed using scanning electron microscopy (SEM). The effect of NBR from 0 to 20 phr of total rubber content was investigated. NBR is proposed to encase PALF leading to higher stress transfer between matrix and PALF. The method of mixing was also studied. For the fiber surface treatment, propylsilane, allylsilane and silane-69 were treated on the alkali-treated fiber. Treated fibers were characterized using Fourier-Transform infrared spectroscopy (FTIR), x-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and SEM. Silane-69 treatment of fiber increased the modulus at low deformation more than the incorporation of NBR of NR/PALF composites due to the chemical crosslinking between rubber and fiber from silane-69 treatment rather than the physical interaction of NR, NBR and fiber. However, reinforcement by fiber reduced the deformation at break. Hence, carbon black was also incorporated into NR/NBR/PALF and NR/surface-treated PALF composites to improve the ultimate properties. By incorporation of carbon black 30 phr in both composites, the mechanical properties of composites were improved and can be controlled at both low and high deformations.

Le caoutchouc naturel produit du latex d'Hevea brasiliensis a des propriétés remarquables qui n'ont jamais été égalées par ses homologues synthétiques. Toutefois, ce matériau d'origine naturel présente un désavantage : la variabilité non négligeable de ses propriétés. Cette dernière est partiellement attribuée aux 3 à 5 % de composés non isoprènes (lipides, protéines, sucres et minéraux) présents dans le caoutchouc naturel. Parmi les facteurs pouvant être tenus comme responsables de cette variabilité, l'origine clonale semble prépondérante. L'objectif principal de cette étude était d'évaluer l'impact de l'origine clonale sur la variabilité en composition biochimique du latex (lipides, protéines, sucres et éléments minéraux) et sur les caractéristiques mésostructurales du caoutchouc naturel; puis d'étudier les relations pouvant exister entre le génotype, la composition biochimique du latex et la mésostructure du caoutchouc. Cette étude a été conduite sur 5 clones d'Hevea brasiliensis : GT1, RRIM600, PB235, PB217 et PB260. Des études préalables à la caractérisation clonale ont permis de déterminer les conditions d'échantillonnage à mettre en œuvre pour pratiquer des prélèvements de latex clonaux les plus représentatifs possible des clones. Le latex étant un matériau instable, il été choisi de travailler sur du latex lyophilisé pour l'analyse de tous les composés biochimiques du latex (autres que les lipides) et pour l'étude de la mésostructure du caoutchouc naturel. Des protocoles d'extractions des protéines et des sucres sur lyophilisat de latex ont été développés en se basant sur les propriétés de solubilisation du caoutchouc naturel en milieu organique. L'extraction des lipides a été réalisée en suivant le protocole mis au point sur plantation sur latex frais par Liengrayoon (Liengprayoon, 2008). Les différents résultats obtenus au niveau de la composition biochimique du latex et de la mésostructure du caoutchouc ont permis de mettre en évidence l'importante de l'origine clonale des latex. L'étude des relations entre le génotype et la composition biochimique du latex (ACP) a clairement montré que l'origine clonale jouait un rôle important dans la variabilité totale des données biochimiques du latex. Les analyses des relations entre la biochimie du latex et la mésostructure du caoutchouc naturel ont permis de mettre en évidence des corrélations intéressantes des lipides et des protéines avec la mésostructure (essentiellement Mn et I). Cette analyse biochimique clonale des latex s'est révélée pertinente pour étudier la diversité clonale et ses répercutions sur la mésostructure du caoutchouc naturel. Cette approche de la diversité clonale d'Hevea brasiliensis, ainsi que les connaissances acquises lors de cette étude constituent une base de données solide à compléter par des études futures sur des plantations différentes, des clones différents et des analyses biochimiques et structurales plus poussées. / Natural rubber produced from Hevea brasiliensis latex possesses remarkable properties which have not been matched by its synthetic counterparts. However, this natural origin material presents a disadvantage: the significant variability of its properties. This variability has been partly ascribed to the 3 to 5% non isoprene components (lipids, proteins, sugars and minerals) present in the natural rubber. Among the factors that could be held responsible for this variability, clonal origin seems to be decisive.The main aim of this study was to evaluate the impact of clonal origin on the biochemical latex composition and on natural rubber mésostructural characteristics and also to study relationships between genotype, latex biochemical composition and rubber mesostructure. This study was conducted with five Hevea brasiliensis clones: GT1, RRIM600, PB235, PB217 and PB260. Before clonal characterization, preliminary studies were performed to determine the suitable sampling conditions in order to get the latex samples that represented as much as possible the clones. Fresh latex is an unstable material. It was decided to work on freeze-dried latex for the biochemical components analysis (except lipids) and for the natural rubber mesostructure study. Protocols for proteins and sugars' extractions on freeze-dried latex have been developed on the natural rubber solubilizing properties in organic media. Lipids extractions was performed according to the protocol developed by Liengrayoon (Liengprayoon , 2008) on fresh latex.The different results obtained on the latex biochemical composition and the natural rubber mesostructure allowed to clearly observe the clonal origin importance. Study of relationships between genotype and latex biochemical composition (PCA) has clearly shown that the clonal origin played an important role in the total variability of latex biochemical data. Analysis of relationships between latex biochemistry and natural rubber mesostructure helped highlight interesting correlations of lipids and proteins with mesostructure (mainly Mn and I).This biochemical analysis of clonal latex has proved to be appropriate for studying the clonal diversity and its repercussions on the natural rubber mesostructure. This approach of Hevea brasiliensis clonal diversity, and the knowledge gained from this study, provides a solid basis to be completed by further studies on different plantations, different clones and further biochemical and structural analyses.

Synthèse de nouveaux WPU (waterborne polyurethane) cationiques à partir du caoutchouc naturel (NR), et évaluation de leurs propriétés adhésives pour des surfaces de type cuir. Ces WPU ont été obtenus par réaction du caoutchouc liquide hydroxy téléchélique (HTNR), de toluene-2,4-diisocyanate (TDI), N-methyl diethanol amine (NMDEA, en tant qu’émulsifiant) et d’éthylène glycol (EG, extenseur de chaîne). Ces structures biosourcés sont développés comme alternatives aux WPU issus des ressources fossiles à fort impact environnemental. Les effets de cinq paramètres ont été étudiés, à savoir la quantité d'émulsifiant (de 0 à 2,25 mole), celle d’éthylène glycol (de 0 à 3 moles), le Mn du HTNR (de 100 à 3000 g/mole), l'indice NCO (de 100 à 150) et le taux d’époxydation des HTNR précurseurs (de 0 à 30%). Il a été en outre démontré que la stabilité des dispersions aqueuses pour les formulations optimales dépassait les 10 mois. La géométrie des particules dispersées a été étudiée, démontrant un aspect sphérique et une taille à l'échelle nanométrique. Ainsi, plusieurs facteurs ont été étudiés pour évaluer les propriétés adhésives optimales sur bandes de cuir (Mn, pourcentage d’'époxyde). Des tests standard (Peel test et Lap Shear test) ont été utilisés et les valeurs obtenues comparées avec celles issus de formulations adhésives commerciales avec ou sans solvants. Au bilan, une formulation optimale a été déterminée (Mn = 3000 g/mole, LR epoxydation = 10%, NMDEA 5.67%wt, NCO index de 100 et 1 mole d’EG) avec cuisson préalable des systèmes à 70°C. Ce WPU a montré une force d’'adhésion supérieure à toutes les formulations commerciales testées. / Novel cationic waterborne polyurethane (cWPU) based on natural rubber (NR) have been prepared by the polymerization reaction of hydroxyl telechelic natural rubber (HTNR), toluene-2,4-diisocyanate (TDI), N-methyl diethanol amine (NMDEA, as emulsifier), and ethylene glycol (EG, chain extender). The polyol structures have been developed as alternative to produce cWPUs derived from a renewable resource. The effects of five parameters were studied – amount of NMDEA (0 – 2.25 mole), amount of EG (0 – 3 mole), molecular weight of HTNR (~1000 – 3000 g/mole), NCO index (100 – 150), and epoxide content on eHTNR soft segment (0 – 30%). The appearance of cWPU dispersion was milky-blue with long shelf life time, more than 10 months. Particle of prepared cWPU were spherical shape in the nano range size. The adhesive properties of cWPUs on the real leather surface, taking into account of the different molecular weights of HTNR and different degree of epoxide content on HTNR, were tested by lap shear test and 180 degree peel test and compared with commercial adhesives. Overall, to balance the stability and adhesive strength, the best conditions for preparing cWPU adhesive for leather application in this study was from the composition of HTNR3000 with epoxide content of 10%, NMDEA 5.67%wt, NCO index of 100 and 1 mole of EG. in condition of curing at 70 °C. In comparison to non-solvent based and solvent based commercial adhesives, the adhesive strengths of these synthesized cWPU adhesive were superior.

L'objectif de ce travail de thèse était la synthèse d'un nouveau matériau polyuréthane biorsourcé composé par du caoutchouc naturel modifié chimiquement et par du poly(ε-caprolactone), (PCL), en présence ou absence d'isocyanates. Des oligoisoprènes téléchéliques hydroxylés (HTNR) ont été obtenus après époxidation du caoutchouc naturel et réduction des oligomères carbonyles. Plusieurs paramètres ont été étudiés comme la nature et la quantité relative de diisocyanate, le rapport molaire entre diisocyanate et diol (NCO:OH), l'influence de la masse molaire des diols HTNR et PCL, le pourcentage de 1,4-butane diol (BDO, extenseur de chaîne), et le rapport molaire entre les diols HTNR:PCL. Trois types de diisocyanate ont été employés : isophorone diisocyanate (IPDI), toluène-2,4-diisocyanate (TDI) et hexaméthylène diisocyanate (HDI). Masses molaires différentes ont été utilisées pour les diols HTNR et PCL: 1700, 2800 et 2900 g/mol pour HTNR et 530 et 2000 g/mol pour PCL. Le rapport molaire entre NCO:OH était entre 0,75:1,00 - 2,85:1,00. Les PU ont été préparés par la méthode " one shot " et les structures chimiques des HTNR et PU ont été identifiées par 1H-NMR et FTIR. La résistance à la traction et à la rupture ont été étudiées. La caractérisation a été conduite par DSC, DMTA, ATG et spectroscopie Raman. Une étude préliminaire a montré que la masse molaire du PU augmentait avec le rapport NCO:OH et le temps de réaction, et que le chloroforme n'était pas un bon solvant pour obtenir des films. Le tetrahydrofurane était le solvant le plus approprié et il a été utilisé par la suite pour toutes les polymérisations. Le rapport NCO:OH = 1,25:1,00 s'est révélé optimal pour obtenir des films. L'analyse FTIR a permis de vérifier la présence de liaisons uréthane, de points de réticulation et de branchements. Le polyuréthane a montré des propriétés mécaniques excellentes dépendantes de la composition chimique. Si on exclue l'utilisation de PCL2000 et de HDI, le comportement à la traction était caractéristique des élastomères. Les PU étaient amorphes sauf lorsque le HDI a été employé. Duos ce cos été obtenais un PU semi cristallin. Cette cristallinité augmente le module de Young, la résistance à la rupture, la dureté et la stabilité thermique du PU. Pour ce PU ont observé une séparation de phase entre les segments du PCL et du HTNR. Les chaînes plus longues et plus flexibles du HTNR et leur non polarité sont responsables de la diminution des propriétés mécaniques et des températures de transition. Le materiae pane d'un comportement élastomère a un comportement plastique pour un rapport NCO:OH élevé (2,85 :1,00). Le dégréé de réticulation élevé a été retenu comme la cause pour laquelle il n'y avait pas de séparation de phase entre les segments souples et durs. La liaison hydrogène entre le diol PCL et le segment hard a généré des Tg élevées. Les spectres Raman ont montré la formation de la liaison uréthane du PU contenant différents diisocyanates. La synthèse de PU sans diisocyanate a été obtenue grâce à une réaction de polyaddition entre des carbonates cycliques téléchéliques dérivés du PCL et du caoutchouc naturel, et la 1,4-butylène diamine. Les structures contenant des carbonates cycliques ont été obtenues grâce à la modification des groupes OH sur le HTNR et le PCL à groupes carboxyle, utilisant l'anhydride succinique, et a la réaction successive avec le glycérol carbonate.

Cette thèse de doctorat vise à caractériser expérimentalement la propagation de fissures de fatigue dans le caoutchouc naturel, en s'intéressant notamment à la zone située au voisinage de la pointe de fissure et au phénomène singulier de cristallisation sous tension. Les travaux ont pour objectif principal d'expliquer la remarquable résistance à la fissuration du caoutchouc naturel rapportée depuis un certain nombre d'années dans la littérature. Des essais de mesure de vitesse de propagation de fissure en fatigue sont d'une part menés de sorte à cerner l'influence de divers paramètres expérimentaux tels que la nature de la matrice élastomère, le taux de noir de carbone incorporé à cette dernière et les conditions de sollicitation, sur la résistance à la propagation. D'autre part, différentes méthodes expérimentales sont mises en oeuvre à différentes échelles pour caractériser la zone se trouvant au voisinage de la pointe de fissure. Un rayonnement synchrotron permet notamment de caractériser le phénomène de cristallisation par la technique de diffraction des rayons X aux grands angles. Ces résultats expérimentaux sont également comparés aux mesures de champs de déformation par la technique de corrélation d'images numériques. Par ailleurs, la mise en place d'un essai de fatigue au sein d'un microscope électronique à balayage permet d'observer in situ les mécanismes de propagation présents en fond de fissure. Finalement, la confrontation de l'ensemble de ces résultats expérimentaux mène à discuter de l'influence que peut avoir le phénomène de cristallisation sous tension sur la résistance à la propagation de fissure en fatigue.