Cette thèse se propose de développer de nouvelles stratégies d'amélioration du comportement au feu du PolyEthylène Téréphtalate (PET) recyclé. L'objectif de ce travail est d'engendrer de nouveaux domaines d'application du PET recyclé en tant que plastique technique. Trois stratégies complémentaires ont été mises en place. La première a été de mélanger le PET avec du PolyCarbonate (PC) afin de créer un composite plus résistant au feu. Ces mélanges PET/PC ont été compatibilisés, par extrusion réactive, par ajout de catalyseur qui accélére la réaction de transestérification et forme alors des copolymères PET-PC stabilisant le mélange. La seconde stratégie a été d'augmenter la viscosité du PET grâce à des réactions d'allongement de chaînes. Le composé choisi est le TriPhenylPhosphite (TPP) car il peut jouer le rôle à la fois d'allongeur de chaînes mais aussi de retardateur de flamme grâce à sa teneur en phosphore. Une synergie importante entre les copolymères et le TPP a été mise en évidence. Enfin, la troisième stratégie a été d'utiliser des nanocharges modifiées par du phosphore. Les deux nanocharges qui ont été utilisées sont la montmorillonite et le kaolin. Grâce à ces trois stratégies, les performances mécaniques et thermiques des composites deviennent très intéressantes.

Thèse en cotutelle, doctorat en génie du bois et des matériaux biosourcés : Université Laval, Québec, Canada Philosophiæ doctor (Ph. D.) et E Cen Lille Villeneuve d'Ascq, France / Le bois est un matériau composite naturel utilisé, entre autres, dans la finition d'intérieur comme couvre-plancher. Il est apprécié pour son aspect, sa disponibilité et son faible impact environnemental. Cependant, son usage est limité au Canada dans les bâtiments non résidentiels, notamment à cause des risques de propagation des flammes. L'ignifugation du bois regroupe tous les traitements qui lui sont appliqués pour le rendre moins combustible. Les approches traditionnelles d'ignifugation du bois, l'imprégnation et les revêtements, sont consommatrices de matière d'origine fossile et nécessitent parfois l'utilisation de procédés complexes. Afin de réduire l'impact environnemental des traitements, des approches par traitement de surface ont été proposées pour les textiles et ont démontré des résultats très prometteurs. Ces traitements visent à concentrer l'action d'ignifugation à la surface exposée au feu afin de limiter la consommation de matière ainsi que l'impact du traitement sur le matériau et sur l'environnement. Dans le cadre de ce projet, deux traitements de surface ont été étudiés. Tout d'abord, une nouvelle méthode de dépôt de complexes polyélectrolytes a été développée en utilisant l'imprégnation en surface à pression réduite. Les complexes polyélectrolytes ont été lyophilisés dans un premier temps afin d'étudier leurs propriétés. Cette approche nous a permis de mettre en avant l'impact du ratio entre deux polyélectrolytes sur la stabilité thermique du complexe, qui a impacté la performance au feu du bouleau jaune traité (Betula alleghaniensis, Britt). Un faible gain de masse a été identifié comme un facteur limitant la performance au feu et plusieurs approches ont été étudiées pour augmenter celui-ci. La surface du bois a ainsi été activée par délignification et l'ajout d'agents de mouillage dans la solution a augmenté sa mouillabilité. D'autre part, des nanoparticules ont été ajoutées à la formulation, mais les performances n'ont pas été améliorées, les nanoparticules modifiant le mode d'action des complexes polyélectrolytes. En ce qui concerne la seconde approche, le traitement de surface par dépôt plasma jet atmosphérique a été étudié. Plusieurs précurseurs ont été déposés sur de l'érable à sucre (Acer saccharum, Marsh.) et sur de l'érable à sucre préalablement traité avec un primaire d'adhésion photopolymérisé. Cette comparaison a mis en avant l'importance de la préparation de la surface de dépôt sur la performance au feu obtenue. Lorsque les échantillons sont préparés avec un primaire d'adhésion photopolymérisé, un dépôt homogène est obtenu par plasma et ce dernier présente un effet de synergie en ce qui concerne le comportement au feu. / Wood is a natural composite material used in interior finishing as flooring. It is appreciated for its appearance, availability, and low environmental impact. However, its use is limited in non-residential construction because of the risk of fire propagation. Fireproofing of wood considers all treatments applied to wood to make it less combustible. Traditional approaches to fireproof wood, such as impregnation, are fossil fuel, energy, and time consuming. Surface treatment approaches have been proposed for textiles and have shown very promising results limiting the amount of used chemicals and thus its impact on the environment. Indeed, surface treatments aim at concentrating the fireproofing action on the surface exposed to the fire. In this project, two surface treatments were studied. First, a new method for the deposition of polyelectrolyte complexes was developed using surface impregnation at reduced pressure. The performance of a polyelectrolyte deposit was studied on the freeze-dried polyelectrolyte complexes. This approach allowed us to highlight the effect of the ratio between two polyelectrolytes on the fire performance of yellow birch (Betula alleghaniensis, Britt). Mass gain was identified as a limiting factor to improve the fire performance and several approaches were studied to increase it either by activating the wood surface by delignification or by increasing the wettability of the solution by adding wetting agents. Nanoparticles have also been added to the formulation, but no improvement of the fire performance was noticed. As a second approach, surface treatment by atmospheric jet plasma deposition has been studied. Several precursors were deposited on sugar maple (Acer saccharum, Marsh.) virgin or pretreated with a photopolymerized primer. This comparison highlighted the importance of the preparation method of the substrate in fire performance. Better performance was obtained on samples pretreated with a light-cured primer since in that case a homogenous deposit was obtained and could act as a fire protective barrier.

L'objectif principal de ce travail concerne le développement de nouveaux matériaux polymères techniques ou composites anti-feu, éco-compatibles, tout en incorporant un faible taux de charges dans le but de conserver les performances physiques et mécaniques des matériaux élaborés, pour des applications axées sur la fabrication de fils ignifuges. L'étude est basée sur la génération in situ de charges inorganiques fonctionnalisées en matrice polymère fondu au cours du procédé d'extrusion par des réactions d'hydrolyse-condensation des précurseurs alcoxysilanes. Les caractérisations morphologiques et chimiques ont mis en évidence la formation de ces composites. La compréhension des mécanismes d'ignifugation mis en jeu a mis en évidence une nette modification du comportement au feu du matériau avec l'ajout de charges silicophosphorées ce qui prouve l'intérêt de disperser les fonctions ignifugeantes par cette approche originale. Une ouverture sur les systèmes azotés a été également mise en évidence. Les performances feu évaluées à l'aide d'un microcalorimètre à combustion et d'un calorimètre à cône ont également permis de comparer des composés phosphorés introduits par la voie additive avec la charge silicophosphorée générée in situ / The main objective of this work is the development of new fire retardant, eco-friendly, engineering composites, with the incorporation of a low load of fillers in order to maintain the physical and mechanical properties. The study is based on the in situ generation of functionalized inorganic fillers in the polymer matrix during the melt extrusion process by hydrolysis-condensation reactions of alkoxysilane precursors. Morphological and chemical characterization revealed the formation of these composites. Fire tests data showed a significant modification in the fire behaviour of the materials with the addition of the silico-phosphorylated fillers, which proves the interest of dispersing the fire retardant functions by this novel approach. An opening on nitrogen systems was also highlighted. The fire performance evaluated using a microcalorimeter and a combustion cone calorimeter was also used to compare phosphorus compounds introduced by the additive approach and the silico-phosphorylated filler generated in situ the molten copolymer

E PVC est l'un des polymères les plus employés dans les matériaux actuels et l'adjonction de plastifiants permet de modifier ses propriétés (température de transition vitreuse, module…) permettant ainsi l'utilisation de ce polymères dans des applications où de la souplesse est requise (textiles enduits, par exemple). Actuellement, les phtalates sont les plastifiants les plus utilisés même s'ils sont de plus en plus décriés du fait de leur toxicité. Le développement de nouveaux agents plastifiants est un domaine de recherches intenses et les matières premières bio-sourcées s'avèrent être une alternative intéressante aux plastifiants pétro-sourcés. Le travail de cette thèse se propose d'investiguer le développement de plastifiants du PVC bio-sourcés de type lipidique possédant de surcroit des propriétés ignifugeantes évitant ainsi l'ajout d'additifs supplémentaires dans les formulations de PVC devant résister au feu. Dans un premier temps, l'oléate, le linoléate de méthyle et le diacide (D18 : 1) ont été fonctionnalisés par modification chimique de leurs groupements ester et/ou de leurs insaturations pour mener à des dérivés lipidiques phosphorés. Cinq candidats plastifiants bio-sourcés ont ainsi pu être synthétisés et le scale up de la synthèse de l'un des candidats à l'échelle du kilogramme a pu être réalisé dans le cadre de cette thèse. Dans un deuxième temps, des tests de plastification du PVC avec divers candidats ont été réalisés en collaboration avec la société Serge FERRARI. L'étude des propriétés thermiques, mécaniques et thermomécaniques des films de PVC plastifiés obtenus, comparativement au plastifiant phtalate DINP et au plastifiant bio-sourcé commercial RADIA 7295, a permis d'éliminer différents candidats pour n'en finalement retenir que deux. Des profils de dégradation thermique satisfaisants, des basses valeurs de Tg, des allongements à la rupture importants (320 et 365 % respectivement) et proches de ceux obtenus avec le DINP, ont confirmé l'efficacité plastifiante de ces deux composés phosphorés bio-sourcés. Les tests au feu LOI et au cône calorimètre ont également prouvé le caractère ignifugeant de ces deux composés qui conduisent à des résultats du même ordre de grandeur que ceux atteints avec le plastifiant phosphonate commercial de référence S141 / Poly(vinyl chloride) is one of the most manufactured and consumed thermoplastics in the world. The addition of plasticizers allows modifying its properties (glass transition temperature, modulus…) and then to use this polymer for applications where flexibility is needed (coated textiles, for instance). Nowadays, phthalates are the main candidates for PVC even if they have been more and more controversed due to their possible toxicity. To substitute these petro-based plasticizers, researches are focused on alternative plasticizers based on bio-based raw materials. This PhD work proposes to investigate the development of new bio-based plasticizers for PVC, from lipidic derivatives, and having simultaneously flame retardant properties, avoiding the addition of any other additives in PVC during compounding. In the first part, methyl oleate, methyl linoleate and diacid D18 : 1 have been functionalized by modification of their ester groups and/or their doubles bonds to give phosphorylated lipidic derivatives. Thus, five bio-based plasticizers have been synthesized and the synthesis of one candidate on the scale of the kilogram has been successfully performed during this PhD work. Secondly, the plasticizing efficiency of several candidates with PVC has been evaluated in collaboration an industrial company. Thermal, mechanical and thermomechanical properties of the obtained soft PVC films were studied, in comparison with those obtained with the phthalate plasticizer DINP and the commercial bio-based plasticizer RADIA 7295. These analyses allowed the disposal of some of the bio-based plasticizers to finally keep only two candidates. Satisfying thermal degradation profiles, low Tg, and important elongation at break values (320 % and 365 % respectively) close to those obtained with DINP, confirmed the plasticizing efficiency of these two bio-based phosphorylated plasticizers. Fire tests like the LOI test and the cone calorimeter also proved the flame retardant properties of these two candidates, leading to similar results than the ones reached with the phosphonate plasticizer S141