L’objectif de ce travail est de préparer des polymères composites antimicrobiens, utilisant de l’acide polylactique (PLA) et/ou du caoutchouc naturel époxydé et incluant des particules d’argent insérées dans des matrices zéolites (AgZ), agissant en tant que composé actif. Un des verrous contrôlant l’activité antibactérienne des matériaux synthétisés est relié à l’étude de l’absorption de l’eau. En effet la mise en œuvre de composites PLA antibactériens rencontre le problème du caractère faiblement hydrophile de PLA, induisant une faible efficacité antimicrobienne. Ainsi afin d’amplifier l’activité antibactérienne des composites AgZ/PLA, une solution prometteuse consiste à introduire un second polymère hautement polaire et flexible. Le caoutchouc naturel époxydé a été ainsi sélectionné pour être associé au composite AgZ/PLA et le taux d’absorption d’eau mesuré témoigne d’un accroissement notable. La morphologie et la distribution des particules AgZ a été étudiée. L’accroissement remarquable du caractère antibactérien des composites ENR/AgZ/PLA a été démontré ; ainsi des tests menés sur S. aureus montrent que la croissance bactérienne a été inhibée à hauteur de 98-99%. L’étude a aussi été menée en fonction de la proportion de caoutchouc et des particules AgZ. De plus les composites ENR/AgZ/PLA possèdent une plus haute résistance à l’impact comparés à l’emploi de PLA pur, suggérant ainsi que ces nouveaux composites pourront constituer des matériaux de choix pour des applications à la fois antibactériennes et nécessitant une résistance à l’impact forte. / The aim of this work is to prepare antibacterial polymers composites, involving especially poly(lactic acid) (PLA) and epoxidized natural rubber (ENR) in the presence of silver-substituted zeolites (AgZ) as an active ingredient. Herein, the key to control the antibacterial activity of the composites which is the water absorption characteristic was thoroughly studied. In general, the fabrication of antibacterial PLA composites encounters with the problem relating to the poor hydrophilicity of PLA which is the cause of antibacterial ineffectiveness. To enhance the antibacterial activity of the composites, blending with the second polymer having high polarity and flexibility is a promising way to produce the antibacterial AgZ/PLA composite. Herein, epoxidized natural rubber (ENR) was selected to blend with AgZ/PLA composites and the increase in the water absorption percentage could be observed. The morphology as well as the AgZ distribution in the composites were also investigated. The remarkable enhancement of antibacterial activity of ENR/AgZ/PLA composites was observed because more than 98-99% inhibition of S. aureus growth was found. Furthermore, the effects of rubber content and amount of AgZ on the antibacterial activity of the composites were investigated. Moreover, the ENR/AgZ/PLA composites possessed the higher impact resistance compared to neat PLA, suggesting that the improved composites might be a choice in applications at which both antibacterial activity and impact resistance property are of great importance.

Le caoutchouc naturel présente une très bonne résistance à la propagation de fissure. Cette particularité est généralement attribuée dans la littérature à sa capacité à cristalliser sous déformation. A ce jour, l'essentiel des travaux dans ce domaine porte sur des échantillons réticulés par une vulcanisation dite efficace, c’est-à-dire dont les noeuds de réticulation sont principalement composés de ponts monosulfures. Pour certaines applications, et parce qu’elle est réputée conduire à de meilleure propriétés en fatigue, il est intéressant d'utiliser une vulcanisation dite conventionnelle. Le matériau est alors composé majoritairement de ponts polysulfures. Le phénomène de cristallisation sous déformation, exacerbée en pointe de fissure en raison d'une amplification du champ de déformation, semble être l'un des mécanismes responsables de l'accroissement de la durée de vie en fatigue du matériau vulcanisé de manière efficace. Cependant, sur matériaux vulcanisés de manière conventionnelle et thermo-oxydés (77°C), cette corrélation doit être confirmée en raison d’une évolution importante de l'architecture du réseau élastomère pendant son vieillissement pouvant en effet avoir un impact important sur la capacité du matériau à cristalliser sous déformation. Cette étude se propose donc de caractériser l’évolution de réseaux élastomères vulcanisés de manières conventionnelles pendant leur vieillissement thermo-oxydant, puis d’évaluer leur résistance à la propagation de fissure à différents niveaux de déformation macroscopique. Des analyses in situ WAXS sous rayonnement synchrotron en fond de fissure permettent alors de relier ces résultats à l'évolution de l’aptitude de ces matériaux à cristalliser sous déformation. / Natural rubber (NR) is largely used in the tire industry due to its excellent mechanical properties, e.g. its very good resistance to fatigue crack growth at high strain. It is generally accepted that this outstanding behavior is related to its ability to crystallize under strain. Such phenomenon, so called SIC, strongly depends on parameters like temperature, strain rate as well as the architecture of the rubber network. The microstructure of this network is formed during the crosslinking process and depends on the vulcanization system, i.e. “Efficient” or “Conventional”. The former vulcanization recipe consists in the formation of short or monosulfide bridges in the elastomer network whereas the latter (necessary to ensure a good adhesion between metallic and rubber parts in a tire) will mainly create longer polysulfide bridges. During its life, the tire will be submitted to a slow aerobic ageing which will cause structural modifications of the initial network and therefore an evolution of the rubber ability to crystallize under strain and to resist against crack propagation. In general, the structural modifications are caused by complex chemical mechanisms, highly sensitive to temperature, leading to chain scission and chain crosslinking. They can also involve sulfur bridge reorganization when NR is conventionally vulcanized. Nevertheless, most of the literature on NR ageing has been performed on efficiently cross-linked NR, and in thermal conditions which are much too severe to be representative of the material ageing in tire applications. Within this frame, our objective is to study this material when it is aged at 77 °C in air. Such parameters have been identified as capable of reproducing more realistically and over a reasonable duration, the ageing of rubber in some use conditions. After characterization of the evolution of the aged materials microstructure, their crack propagation resistance will be studied at 0.01 Hz for different values of macroscopic deformations. Time resolved Wide Angle X-ray scattering (WAXS) measure-ments, carried out at room temperature, will then provide information on the crystallization process around the crack tip. Based on these results, the relation between the network evolution during ageing, the fatigue properties and the ability to strain crystal-lize in such conditions will be established in this work.

Cette thèse comporte une étude expérimentale sur la dynamique de croissance par fatigue d’une fissure dans un caoutchouc naturel renforcé avec des nanoparticules (silice, noir de carbone). Elle s’inscrit dans un cadre industriel visant à mieux comprendre si l’amélioration des performances apportée par la silice dans les caoutchoucs synthétiques est transposable au caoutchouc naturel qui cristallise sous contrainte. L’objectif est de comprendre comment la rupture en fatigue dépend de la nature du matériau et des paramètres de contrôle de l’expérience. La dynamique de croissance de la fissure est suivie à l’aide d’une caméra optique et une caméra infrarouge permet d’évaluer l’auto-échauffement. La morphologie des faciès de rupture est caractérisée par observation post mortem (MEB, profilométrie optique). L’influence de la température, de la fréquence, de la nature et du taux de charge a été étudiée. Dans tous les cas, la croissance de la fissure devient instable à partir d’un certain niveau de déformation. Cela se traduit sur les courbes de l’énergie de déchirure en fonction de la vitesse de la fissure par l’existence de deux branches distinctes : une branche à vitesse basse où une morphologie de rupture très rugueuse, pouvant présenter des signes de cavitation, est observée ; une branche à haute vitesse où la surface de rupture présente des stries dont la taille croît avec la vitesse. En contraste avec les données de la littérature, nous démontrons qu’il faut au minimum deux cycles de fatigue pour former une strie. Le seuil d’apparition des instabilités et le seuil de rupture catastrophique dépendent de la nature des renforts et des conditions expérimentales / In this thesis, we present an experimental study on fatigue crack growth dynamics in a natural rubber filled with silica or carbon black nanoparticles. This work has been developed in an industrial context aiming to transpose the qualities of silica filler on synthetic rubber to natural rubber, which has a strain induced crystallization behavior. The main research objective is to understand the influence of material and test parameters on fatigue fracture of rubber. Crack growth dynamics is followed by video tracking using optical and thermo-graphic cameras. The later allows us to measure the heating build-up of specimens due to cyclic loading. The morphology of rupture surfaces is characterized by post mortem observation (SEM, optical profilometry). The influence of temperature, frequency, kind of filler and filler rate has been studied. Whatever the compound or test conditions, crack growth becomes unstable starting at a certain strain level. This behavior is clearly visible on the curves of tear energy vs. crack growth rate, where two branches of crack velocity appear. In the low velocity branch, the roughness of rupture surfaces is very important because of cavities formation. In the high velocity branch, the morphology of rupture surfaces is characterized by sawtooth striations; their size increase with velocity. We demonstrate that, in contrast with literature data, at least two fatigue cycles are needed to form one striation. The instability occurrence and catastrophic rupture thresholds depend on filler type and test conditions

Cette thèse a pour objectif de développer une nouvelle approche bio-inspirée des processus de polymérisation conduisant à la formation de polyterpènes et ultérieurement du caoutchouc naturel, un polyisoprène de structure purement 1,4-cis de forte masse molaire dont les propriétés sont encore inégalées par ses homologues synthétiques. Pour cette raison la production mondiale de caoutchouc naturel demeure stratégique et est toujours proche de 10 millions de tonnes, soit environ 45% de la demande mondiale annuelle en élastomères. Alors que les voies de synthèse développées jusqu’à présent pour accéder à des homologues du caoutchouc naturel sont basées sur la polymérisation par voie anionique ou par coordination de l’isoprène,l’approche suivie par la nature pour synthétiser les polyterpènes est basée sur la polymérisation à caractère cationique d’un autre monomère, le pyrophosphate d’isopentényle (IPP) qui est la brique de construction universelle de la famille des terpènes. Le projet a pour objet de tenter de reproduire au plus près le procédé naturel et d’utiliser, d’une part, la voie cationique pour polymériser des modèles de l’IPP et l’isoprène en utilisant des homologues du pyrophosphate dediméthylallyle (DMAPP, amorceur employé par la nature) comme amorceurs et des acides de Lewis pour mimer les cations divalents (Zn2+, Mg2+ or Mn2+) qui assistent les enzymes au cours des étapes d’ionisation et d’activation mises en jeu au cours de la biosynthèse, afin d’accéder à des polyterpènes approchant la structure des produits naturels. Contrairement à la nature, nous avons obtenus des oligomères de structure 1,4-trans avec de plus, de nombreuses structures cyclisées. D’autre part, nous avons également cherché à améliorer les propriétés d’un polyisoprène 1,4-cis obtenu par polymérisation anionique afin d’approcher celles du caoutchouc naturel. Nous avons développé une fonctionnalisation des chaines de polyisoprène 1,4-cis permettant d’ancrer des groupements urées susceptibles d’établir un réseau physique de liaisons hydrogènes. Nous avons montré que les polyisoprènes modifiés possèdent des propriétés viscoélastiques comparables à celles du caoutchouc naturel non vulcanisé obtenu par coagulation du latex. / Although synthetic rubbers, including high cis-content polyisoprene (PIP), are used in a broad range ofapplications, they are far from achieving the performances of natural rubber (NR), a 100% 1,4-cis polyisoprenewith very high molar mass. Therefore, NR produced exclusively by hevea (whereas more than 2,500 plant species are known to produce polyterpene-based polymers) is still dominant in many engineering applications since its exceptional properties grants this polymer a strategic resource material which holds a significant marketshare (about 45%).. The only alternative plant species under cultivation, Parthenium argentatum, also calledguayule, produces a latex yielding rubber with properties close to those of hevea rubber, and marketed as “non allergenic natural rubber” but with a higher cost complex extraction processes The NR biosynthesis process isdescribed as a polymerization process involving a series of enzymatic reactions using isopentenyl pyrophosphate(IPP) as elementary building brick. Besides, synthetic PIPs with high cis-content were already produced fromisoprene monomer by Ziegler-Natta, lanthanide-based or anionic-type polymerizations. Currently, no syntheticPIPs mimics the performance of NR, maybe because 100% 1,4-cis PIP could so far not been produced synthetically. A close inspection of the NR biosynthesis process led us to postulate that this latter is consistent with a transferless, stereospecific carbocationic-type polymerization mechanism. We then propose to develop this new bio-inspired cationic-like polymerization approach with the aim to produce polyterpenes and then NR homologues of tailored molar mass and microstructure that could exhibit properties close to natural polyterpenes by using IPP homologues and isoprene as monomers, DMAPP homologues asinitiators and Lewis acids to mimick the divalent cations (Zn2+, Mg2+ or Mn2+) that assist the enzymes during the initiation end activation steps. For the cationic polymerization of isoprene, oligomers with 1,4-trans and cyclized structures were obtained. We also develop new routes to modify polyisoprenes obtained by anionic polymerization in order to establish hydrogen interaction. To this end, different urea groups were grafted and the modified polyisoprene exhibite delastomeric properties close to the one of a non-vulcanized NR obtained by latex coagulation

Le but de la présente étude était de vérifier l'influence de deux compartiments du latex d'Hevea brasiliensis, les lutoïdes et le sérum C, sur le durcissement au stockage et sur la mésostructure du caoutchouc naturel (NR). L'implication des composants minéraux du latex a fait l'objet d'un focus spécial. La mésostructure du NR a été étudié par fractionnement par couplage flux-force à flux asymétrique couplé à un détecteur à diffusion de lumière multiangulaire (AF4-MALS) et par chromatographie d'exclusion de tailles équipée d'un détecteur de diffusion de lumière multiangulaire (SEC- MALS). La spectrométrie de masse couplée à une torche à plasma (ICP- MS) a été utilisée pour déterminer la composition en éléments minéraux du NR.L'AF4 - MALS et l'ICP-MS n'ayant jamais été utilisées pour l'analyse du NR, les méthodes ont été développées. Pour l'AF4 - MALS, la meilleure séparation entre les deux populations principales, chaînes de polyisoprène isolées (pelote statistique) et les microagrégats (Gel<1μ), a été obtenue avec une diminution linéaire, plutôt qu'exponentielle, du flux croisé. Pour l'ICP-MS, les optimisations réalisées concernent la quantité de NR à échantillonner, la méthodologie de solubilisation des cendres, la concentration des solutions de cendres et la gestion des interférences m/z . Tous les éléments, excepté le soufre, ont été analysés en utilisant un mélange H2/He comme gaz de collision-réaction (mode CCT H2/He). La teneur en soufre a été déterminée par le rapport m/z égal à 48 (32S16O+) en mode CCT O2.Les différents compartiments du latex des champs (crème, skim, sérum C et lutoïdes) ont été séparés par centrifugation à grande vitesse. L'évolution de la mésostructure des films obtenus à partir de ces trois latex; latex des champ (FL), le latex de crème (CL) et de latex de skim (SK), par un procédé de structuration lente (échantillons stockés à température ambiante dans le laboratoire pendant 3 mois) a été suivie par SEC- MALS. Le skim n'étant pas sensible au processus de structuration lente, le nombre des étapes de centrifugation a été réduit. La stabilité des lutoïdes a été étudiée par un paramètre qualitatif (état visuel des lutoïdes après centrifugation) et un paramètre quantitatif (indice d'éclatement ou BI). Bien que les deux méthodes n'aient pas donné de résultats strictement corrélées, le BI peut être un bon indicateur de la stabilité des lutoïdes. Pour les échantillons de FL, une bonne corrélation entre la stabilité des lutoïdes et le durcissement au stockage (P) a été observée. Pour déterminer si des composés du C-sérum étaient également impliqués dans le durcissement au stockage, des expériences supplémentaires ont été effectuées en ajoutant des quantités variables de sérum C ou de lutoïdes à des particules de caoutchouc purifiées. L'augmentation à la fois de les quantités de sérum C et des lutoïdes a entrainé une augmentation du durcissement au stockage (P).La mésostructure des films et des feuilles séchées de l'air (ADS) préparés à partir des FL et CL a été analysée par SEC-MALS et AF4-MALS. Pour les échantillons d'ADS, quelle que soit la technique utilisée, les échantillons de FL présentaient des Mw, Mn et Gel>1μ supérieurs aux échantillons de CL. Cette différence entre échantillons de FL et de CL n'a pas été observée pour les échantillons de films. / The aim of the present work was to study the influence of two Hevea brasiliensis latex compartments, namely lutoids and C-serum, on the storage hardening and on mesostructure of natural rubber (NR). A special focus was done on the involvement of mineral components of latex. The NR mesostructure was studied by asymmetrical flow field-flow fractionation coupled to a multiangular light scattering detector (AF4-MALS) and by size exclusion chromatography equipped with a multiangular light scattering detector (SEC-MALS). Inductively coupled plasma mass spectrometry (ICP-MS) was used to determine the mineral element composition of NR.As AF4-MALS and ICP-MS were never used for NR analysis, the methodologies were developed. For AF4-MALS, the best separation between the two main populations, namely isolated polyisoprene chains (random coil) and microaggregates (Gel<1µ) was given by a linear decrease, rather than exponential, of the cross-flow. For ICP-MS, the optimizations were in terms of amount of NR to be sampled, ash solubilisation methodology, ash solutions concentrations and m/z interference management. All elements, except sulfur, were determined using a mixture H2/He as collision-reaction gas (CCT H2/He mode). Sulfur content was determined through the m/z equal to 48 (32S16O+) in the CCT O2 mode.The different compartments of the whole field latex (cream, skim, C-serum and lutoids) were separated by high speed centrifugation. The mesostructure evolution of films obtained from these 3 lattices; whole field latex (FL), cream latex (CL), and skim latex (SK), by a slow structuring process (samples stored at room temperature in the laboratory for 3 months) was followed by SEC-MALS. As it was observed that the skim was not sensitive to the slow structuring, the centrifugation steps were reduced.Lutoid stability was studied by a qualitative parameter (visual lutoid status after centrifugation) and a quantitative parameter (bursting index or BI). Although the two methods could not provide strictly correlated results, BI can be a good indicator of lutoid stability. For the FL samples, a good correlation between the lutoid stability and storage hardening (ΔP) was observed. To determine if some compounds of C-serum are also involved in the storage hardening, additional experiments were done adding variable quantities of C-serum or lutoids to purified rubber particles. The storage hardening (ΔP) increased by the increase of both C-serum and lutoid quantities.The mesostructure of films and air dried sheet (ADS) made from FL and CL lattices (obtained from reduced centrifugation process) were analyzed by SEC-MALS and AF4-MALS. Concerning the ADS samples, whatever the technique used, FL samples exhibited a higher Mw, Mn, and Gel>1µ than CL samples. This difference between FL and CL samples was not observed for film samples. The microaggregates (Gel<1µ) were presented in all samples but the FL samples had more compact microaggregates, with a much higher Mw than the CL samples. Moreover, AF4 showed that the structure of microaggregates was very different between ADS and film samples. The Mw of microaggregates of ADS was 2 to 4 times higher than that of films. The mineral elements were determined only on samples from ADS (FL and CL). The main elements in NR were K, P, Mg, and S, in decreasing order. The purification of rubber particles affected the decrease in the element contents. During the storage of the latex at room temperature, only calcium content decreased, for both FL and CL samples.

Pour l’apprentissage de modèles prédictifs, la qualité des données disponibles joue un rôle important quant à la fiabilité des prédictions obtenues. Ces données d’apprentissage ont, en pratique, l’inconvénient d’être très souvent imparfaites ou incertaines (imprécises, bruitées, etc). Ce travail de doctorat s’inscrit dans ce cadre où la théorie des fonctions de croyance est utilisée de manière à adapter des outils statistiques classiques aux données incertaines.Le modèle prédictif choisi est l’arbre de décision qui est un classifieur basique de l’intelligence artificielle mais qui est habituellement construit à partir de données précises. Le but de la méthodologie principale développée dans cette thèse est de généraliser les arbres de décision aux données incertaines (floues, probabilistes,manquantes, etc) en entrée et en sortie. L’outil central d’extension des arbres de décision aux données incertaines est une vraisemblance adaptée aux fonctions de croyance récemment proposée dans la littérature dont certaines propriétés sont ici étudiées de manière approfondie. De manière à estimer les différents paramètres d’un arbre de décision, cette vraisemblance est maximisée via l’algorithme E2M qui étend l’algorithme EM aux fonctions de croyance. La nouvelle méthodologie ainsi présentée, les arbres de décision E2M, est ensuite appliquée à un cas réel : la prédiction de la qualité du caoutchouc naturel. Les données d’apprentissage, essentiellement culturales et climatiques, présentent de nombreuses incertitudes qui sont modélisées par des fonctions de croyance adaptées à ces imperfections. Après une étude statistique standard de ces données, des arbres de décision E2M sont construits et évalués en comparaison d’arbres de décision classiques. Cette prise en compte des incertitudes des données permet ainsi d’améliorer très légèrement la qualité de prédiction mais apporte surtout des informations concernant certaines variables peu prises en compte jusqu’ici par les experts du caoutchouc. / During the learning of predictive models, the quality of available data is essential for the reliability of obtained predictions. These learning data are, in practice very often imperfect or uncertain (imprecise, noised, etc). This PhD thesis is focused on this context where the theory of belief functions is used in order to adapt standard statistical tools to uncertain data.The chosen predictive model is decision trees which are basic classifiers in Artificial Intelligence initially conceived to be built from precise data. The aim of the main methodology developed in this thesis is to generalise decision trees to uncertain data (fuzzy, probabilistic, missing, etc) in input and in output. To realise this extension to uncertain data, the main tool is a likelihood adapted to belief functions,recently presented in the literature, whose behaviour is here studied. The maximisation of this likelihood provide estimators of the trees’ parameters. This maximisation is obtained via the E2M algorithm which is an extension of the EM algorithm to belief functions.The presented methodology, the E2M decision trees, is applied to a real case : the natural rubber quality prediction. The learning data, mainly cultural and climatic,contains many uncertainties which are modelled by belief functions adapted to those imperfections. After a simple descriptiv statistic study of the data, E2M decision trees are built, evaluated and compared to standard decision trees. The taken into account of the data uncertainty slightly improves the predictive accuracy but moreover, the importance of some variables, sparsely studied until now, is highlighted.

Cette étude vise à mieux comprendre les mécanismes physiques à l'origine des propriétés mécaniques et des propriétés ultimes des caoutchoucs renforcés. Des échantillons de caoutchouc naturel dans lequel sont dispersés des agrégats de Silice précipitée ou de Noir de Carbone et vulcanisés au Soufre ont étés mis en oeuvre. Les principaux paramètres étudiés sont la densité de réticulation et l'interface charge-caoutchouc modifiée au moyen de différents traitements de surface de silice. L'impact des charges et du type d'interface sur les propriétés mécaniques dans le domaine des faibles déformations (effet Payne) et des grandes déformations est présenté. Le phénomène de cristallisation sous étirement dans le caoutchouc naturel est étudié par diffraction des rayons X in-situ au cours d'essais de traction quasi-statiques ou d'essais dynamiques couplés à un système d'acquisition stroboscopique. Nous montrons une corrélation des mesures du module, du degré de gonflement à l'équilibre, de l'orientation des chaînes mesurée par diffusion de rayons X et de la densité de réticulation mesurée par RMN dans le caoutchouc naturel non chargé. Dans le caoutchouc naturel renforcé, les corrélations établies à l'aide de ces mêmes mesures permettent de préciser les mécanismes de renforcement aux faibles et aux grandes déformations. Enfin, la résistance à la déchirure est évaluée en géométrie cisaillement pur sur les matériaux non-renforcés et renforcés. Les effets du type d'interface, de la densité de réticulation et de la vitesse d'essai sur la résistance à la déchirure sont présentés. Nous discutons également les profils de déformation locale obtenus par corrélation d'image / This study aims at better understanding the physical mechanisms responsible for the mechanical and ultimate properties in reinforced rubber materials. Sulfur vulcanized samples made of a Natural Rubber matrix in which aggregates of precipitated Silica or Carbon Black are dispersed have been manufactured. The main control parameters are the crosslink density and the filler/rubber interactions through different silica surface treatments. The effect of fillers and interface type on the mechanical properties in the small strain regime (Payne effect) and large strain regime is presented. X-ray diffraction experiments have been performed to study the phenomenon of strain-induced crystallization (SIC) both during quasi-static tensile tests and dynamical tests coupled to a stroboscopic acquisition device. Mechanical measurements have proved to correlate fairly well to the crosslink density measured by NMR, to equilibrium swelling degree and to the average chain segment orientation measured by X-ray scattering in unfilled natural rubber in agreement with the rubber elasticity theory. In reinforced materials, the correlation of those different measurements of local chain stretching give new insights on the reinforcement mechanisms at small and large strain. Tear experiments have been performed on Pure Shear pre-notched unfilled and filled samples. The influence of interface type, crosslink density and test drawing speed on tear resistance are presented. Local strain profiles obtained from digital image correlation and the crystallized fraction profiles from in-situ X-ray diffraction are also discussed

Ce manuscrit présente la synthèse de nouveaux matériaux élastomères dérivés du caoutchouc naturel et de monomères organiques possédant des propriétés antifouling et/ou antibactériennes, liés de manière covalente au réseau polymère. Des monomères acrylates originaux comportant un groupement bioactif (un groupe guanidinium ou des dérivés de l'acide Zostérique) ont été synthétisés et co-polymérisés avec des oligomères acrylates téléchéliques. Aucun relargage significatif des monomères bioactifs n’'a eu lieu après immersion dans l'eau. Les films auto-portés synthétisés uniquement à partir des oligoisoprènes de type acrylate ont montré une faible activité antibactérienne qui a pu être drastiquement améliorée en intégrant aux films des monomères bioactifs. Les revêtements se sont montrés actifs contre plusieurs souches de bactéries pathogènes, parmi lesquelles P.aeruginosa, S.aureus, Bacillus subtilis et S.epidermidis. Afin de greffer de manière covalente des brosses d'oligoisoprène sur des surfaces, de nouveaux oligoisoprènes bifonctionnels comportant un groupe terminal alkoxy-silane ont été préparés puis couplés avec des matériaux à base de silicium. Une autre approche a également été étudiée, consistant à pré-fonctionnaliser la surface avec des groupements amino puis à partir de ces fonctions à greffer des oligomères ayant des extrémités carbonylés. La post-polymérisation à partir des extrémités de chaîne libres à la surface a donné un revêtement épais d’'oligoisoprène offrant une forte résistance à l'immersion dans des solvants (eau, THF). De cette manière, nous avons pu accéder à des couches moléculaires denses et liées, à des films minces et à des revêtements épais. / This manuscript presents the synthesis of new elastomeric materials based on natural rubber derived building blocks and organic monomers having antifouling and/or antibacterial properties, covalently bound to the polymer network. Original acrylate monomers bearing an organic bioactive moiety (a Guanidinium group or Zosteric acid derivates) were synthesized and co-polymerized with telechelic acrylate oligomers from polyisoprene. No significant leaching of the bioactive monomers occurred and the material resisted to long water immersions. Freestanding films prepared from acrylate oligoisoprenes also showed a weak antibiofouling activity which was drastically increased by integrating the guanidinium and the Zosteric acid monomers. The coatings were active against several strains of pathogenic bacteria among which Pseudomonas aeruginosa, Staphylococcus aureus, Bacillus subtilis and Staphylococcus epidermidis. In order to covalently graft oligoisoprenes to surfaces, new bifunctional oligoisoprenes bearing an alkoxy-silane end moiety were designed and coupled with silicon-containing materials. An alternative approach was followed by prefunctionalizing the surface with amino groups and by covalently grafting oligomers with carbonyl chain-ends. Post-polymerization from the surface free chain-ends resulted in a thick oligoisoprene coating with strong resistance to solvent immersion (water, THF). In this way, we were able to build dense and tethered molecular layers, thin films and thick coatings.

Les élastomères sont renforcés grâce à l'incorporation de charges telles que les noirs de carbone ou encore la silice.<br />Ce qui leur confère de meilleures propriétés (résistance à la rupture, abrasion, rigidité...). Actuellement, les charges<br />renforçantes les plus souvent utilisées sont les noirs de carbone. La substitution de cette charge classique par la silice constitue un challenge dans l'industrie pneumatique. En effet, il est admis que la silice diminue la résistance au roulement des pneus, de matrice synthétique, tout en conservant une bonne adhérence. La particularité de cette étude est d'analyser l'influence du renfort par la silice sur le comportement mécanique en endurance du caoutchouc naturel. Son principal objectif est de comprendre l'influence de la morphologie de la silice (surface développée en interaction avec le caoutchouc, dispersibilité, activité chimique) sur le comportement<br />mécanique et plus spécialement sur la durée de vie en fatigue du caoutchouc naturel ainsi chargé. L'élaboration de deux matériaux permettant d'établir l'influence de la morphologie de la silice constitue une première étape déterminante du travail. Elle se base sur l'incorporation de deux nuances de silice précipitée dans une matrice de caoutchouc naturel pouvant présenter des propriétés rhéologiques similaires. Les essais de caractérisation mécanique (monotones et cycliques) selon différents types de sollicitation (traction, compression, relaxation, traction cyclique, torsion) ainsi que des essais de traction in situ au MEB permettent d'identifier les mécanismes de déformation, de renfort et d'endommagement présents. L'interprétation des résultats de cette campagne expérimentale est basée sur une caractérisation microstructurale approfondie de l'état de dispersion de la silice ainsi que celui de la cristallisation de la matrice en caoutchouc naturel.. Les résultats des essais de fatigue ainsi que les observations microscopiques des mécanismes de propagation des fissures en fatigue permettent d'établir un critère de durée de vie prenant en compte les modes de sollicitation (traction, compression, et torsion). Celui-ci est capable de prévoir la durée de vie ainsi que le lieu d'amorçage des fissures. Il s'avère que, selon le mode de sollicitation appliqué, les propriétés de dispersion de la silice sont plus ou moins importantes dans le renforcement et l'endurance du caoutchouc naturel chargé de silice.<br />Ce travail fait donc appel à la physico-chimie, à la mécanique et aux observations microstructurales, en allant de l'élaboration des matériaux jusqu'à la modélisation mécanique du comportement et de la durée de vie.

Cette thèse porte sur l’étude du comportement mécanique et vibratoire d’un composite biosourcé incorporant un matériau viscoélastique. Les matériaux étudiés sont des stratifiés en composite lin/greenpoxy et des stratifiés viscoélastiques composés d'un noyau viscoélastique en caoutchouc naturel confiné entre deux composites. La première partie du travail a été consacrée à l’étude de l’influence de l’intégration de la couche viscoélastique sur le comportement mécanique des composites. L’analyse des résultats expérimentaux et l’observation des signaux d’émission acoustique obtenus dans ces composites soumis à différentes sollicitations mécaniques en statique et en fatigue ont permis d’identifier les signatures acoustiques des mécanismes d’endommagement prépondérants dans les deux matériaux. Dans un deuxième temps, les propriétés dynamiques de ces composites ont été déterminées à partir des essais de vibration. Les résultats obtenus ont montré que la couche viscoélastique a joué un rôle majeur dans l'amortissement et la dissipation d'énergie des composites. Suite à cette analyse, nous avons mis en place une procédure, utilisant la méthode des éléments finis, pour calculer l’amortissement de ces matériaux. Dans le but de mettre en évidence l’influence des caractéristiques de la couche viscoélastique, une étude paramétrique a été menée sur le composite viscoélastique, permettant d’optimiser l’amortissement de ce matériau en faisant varier divers paramètres. Enfin, le comportement visqueux des composites a été caractérisé par la méthode de résonance non linéaire en faisant varier l’amplitude d’excitation. / This thesis focuses on the study of the mechanical and vibration behaviour of a flax fibre reinforced composites with and without an interleaved natural viscoelastic layer. The composite materials have been characterized experimentally using different mechanical and vibrational tests. First, both types of composites were studied using uni-axial tensile and three-points bending tests. Acoustic emission (AE) has been often used for the identification and characterization of micro failure mechanisms in composites. The results showed that these composites have very high specific characteristics. It can be used for applications currently using composites reinforced with synthetic fibres such glass, carbon…. Next, experimental and finite element vibration analyses were carried out on the composites with and without an interleaved natural viscoelastic layer. A good agreement between the two methods was obtained. It has been shown that the viscoelastic layer plays a major role in damping because it has a high level of energy dissipation. Therefore, it improves with a significant way the modal properties of the composite. Finally, nonlinear resonance tests were performed on the composites. It has been shown that the viscoelastic layer generates a nonlinear behaviour in the material. The linear and nonlinear, elastic and dissipative parameters have been calculated to deduce finally that nonlinear parameters are more sensitive to heterogeneities than those derived from linear vibration tests.