L'augmentation des besoins en énergie électrique et l'éloignement croissant des lieux de production par rapport aux centres de consommation impulsent le développement du transport d'énergie en courant continu. Dans le cas des câbles haute tension à courant continue (HTCC) à isolation polymère, la problématique de la fiabilité est liée à l'établissement, sous l'effet des fortes contraintes électrothermiques, de zones de charges électriques dans le diélectrique et au niveau des interfaces isolant/compound semi-conducteur. De telles accumulations de charges (dites charges « d'espace » car reparties dans un espace isolant) peuvent faire vieillir prématurément les isolations, voire les faire claquer de manière intempestive. La mise en œuvre de nouveaux matériaux et l’optimisation des structures isolantes pour câbles HTCC nécessitent ainsi le suivi des zones de charges d’espace avec la plus grande précision. Il est alors nécessaire de développer des techniques de mesure non destructives, telle que la méthode de l’onde thermique (MOT), basée sur l’application d’un faible échelon de température à une structure isolante et sur la mesure d’un courant transitoire provoqué par la redistribution des charges d’influence aux électrodes.Ce travail porte sur la faisabilité et la mise en œuvre expérimentale d’une installation, basée sur le principe de la MOT, visant à mesurer les charges d’espace dans des échantillons isolants comportant des couches semi-conductrices, avec une résolution la plus proche possible du degré d’homogénéité des interfaces (de l’ordre du micromètre).Après avoir passé en revue les problématiques des diélectriques soumis à des forts champs continus et les méthodes de mesure de charges d’espace existantes, le mémoire présente divers aspects et grandeurs liés au principe de la MOT, ainsi qu’à la définition et à l’estimation des résolutions spatiales. Des simulations analytiques et numériques sont par la suite menées pour étudier les apports d’une mise en œuvre de la MOT sur des structures isolantes de polyéthylène réticulé chimiquement de 100 µm d’épaisseur avec des électrodes semi-conductrices de 30 µm. Elles montrent que l’application d’échelons de température d’amplitudes n’affectant pas les états électrique et de surface des matériaux se traduit par des signaux de mesure de plusieurs nano ampères pour des variations de champ résiduel de l’ordre du kV/mm par micron. La génération de ces signaux, nécessaires à des mesures ayant une dynamique suffisante et à des résolutions s’approchant du micron, requière des échanges thermiques hautement efficaces entre la source de chaleur (liquide caloporteur) et l’isolant. Une étude par simulation multi-physique bidimensionnelle est réalisée afin d’analyser le transfert de chaleur par contact direct entre un liquide caloporteur et un échantillon-type. Elle permet de définir et d’optimiser une structure innovante de diffuseur thermique et dans laquelle l’échange de chaleur entre le fluide et l’échantillon s’opère par contact direct, assurant ainsi une efficacité bien supérieure aux structures existantes.Le développement d’un outil de mesure par la MOT, basé sur les conclusions des travaux de simulation, est par la suite présentée. Il associe un système hydropneumatique, un diffuseur haute efficacité favorisant la dynamique du transfert thermique et un système de capteurs, en augmentant ainsi l’amplitude des signaux, la reproductibilité et la précision de la mesure. Des mesures d’étalonnage sur des échantillons cibles montrent, par rapport aux résolutions disponibles sur ce type de structure (autour de 10 µm), des améliorations d’un facteur 2 à 5 pour la résolution de positionnement et une résolution de discernement proche de l’état de l’art. L’analyse critique du banc développé, corroborée aux prédictions des simulations, met également en évidence la marge de progression sensible de l’outil, dont les évolutions proposées permettront d’accroître les performances. / The increasing needs of electric power and the placement of power plants at more and more remote locations with respect to the users promote the development of electric power transport by DC submarine or terrestrial links. In the case of high voltage direct current (HVDC) cables with polymeric insulation, reliability is strongly affected by the development, under high electrical and thermal stress, of electric charges in the bulk of the dielectric and at the insulator/semiconductor interfaces. These accumulations of charges (called space charges as they are distributed in an insulating space) may lead to premature ageing and breakdown. The setup of new materials and the optimization of insulating structures for HVDC cables require a precise follow-up of the space charge zones. It is therefore necessary to develop non-destructive space charge measurement techniques, as the thermal step method (TSM), which is based on the application of a low temperature step to an insulating structure and on the measurement of a transient current due to the redistribution of influence charges at electrodes.The present work concerns the feasibility and the experimental set up of a device, based on the principle of the TSM, aiming to measure the space charges in insulating samples with semi-conducting electrodes, with a resolution approaching the degree of homogeneity of the interfaces (i.e., of micrometric order).After having reviewed the problematic of the dielectrics subjected to high dc fields and the existing space charge measurement methods, this dissertation presents several aspects and parameters related to the principle of the TSM, as well as to the definition and to the estimation of spatial resolutions. Analytical and numerical simulations are then carried out to study the contributions of a TSM-based setup on insulating structures composed of 100 µm-thick cross-linked polyethylene slabs provided with 30 µm-thick semiconducting electrodes. They show that the application of temperature steps, with amplitudes that do not affect the electrical and surface states of the materials, leads to measurement signals of several nano amperes for variations of the remnant electric field of the order of the kV/mm per micron. Highly effective thermal exchanges between the heat source (heating or coolant liquid) and the insulator are required to generate such signals, needed for measurements of sufficient dynamics and for resolutions approaching the micrometer. A bi-dimensional multi-physics simulation study is made, in order to analyze the heat transfer through a direct contact between the coolant liquid and a sample of the aimed type. The study allows to define and to optimize an innovating structure of thermal diffuser, where the heat exchanges operates by direct contact, thus providing a much better efficiency than the existing structures.The development of a TSM-based measurement tool, using the fallouts of the simulations, is then presented. It associates a hydro pneumatic system, a high efficiency diffuser favoring the dynamics of the thermal transfer and a sensor system, thus increasing the amplitude of the signals, the reproducibility and the accuracy of the measurements. Calibration measurements on the aimed samples show, with respect to the resolutions available on this type of structures (close to 10 µm), enhancements by a factor of 2 to 5 for the positioning resolution an a discerning resolution close to the state of the art. The critical analysis of the developed bench, corroborated to the predictions of the simulations, also puts into focus a significant room for improvement of the tool, for which evolutions proposed in this work would allow to enhance the performance.

La réaction d'hydrogénation des alcènes est une réaction clé dans de nombreux procédés industriels permettant la production de produits de commodité et de spécialité. D’importants efforts de recherche ont donc été réalisés pour développer des systèmes catalytiques de plus en plus productifs et sélectifs. Parmi les nombreux catalyseurs homogènes et hétérogènes développés à ce jour, les complexes organométalliques d’Iridium(I), très prometteurs, ont été préparés depuis la découverte du catalyseur de Crabtree, [Ir(COD)(py)(PCy3)]BF4, pour répondre à des problèmes de sélectivité dans l'hydrogénation asymétrique ou celle d’oléfines tétrasubstituées fortement encombrées en conditions homogènes. Cependant, l'utilisation industrielle de ce complexe organométallique d’Ir (I) est limité par sa décomposition rapide en solution, qui conduit à la formation de complexes polynucléaires (hydrures pontés d'Iridium) très stables et inactifs en catalyse. Le but de ce travail de thèse a été de développer des matériaux catalytiques contenant des complexes Ir(NHC) isolés à la surface d’une silice contenant des fonctionnalités imidazolium parfaitement distribuées le long de ses canaux poreux. L'isolement des unités Ir(I) sur le support de silice devrait permettre d’empêcher les processus bimoléculaires de désactivation et faciliter la récupération du catalyseur. La préparation des matériaux catalytiques cible se fait grâce a la transformation des unités imidazolium contenues dans le matériau de départ en carbenes d’argent N-hétérocycliques, qui sont ensuite transmétallés en carbènes d’iridium avec le complexe [Ir(COD)Cl]2. Les matériaux obtenus ont été caractérisés par diverses techniques, notamment une technique de RMN très avancée : la RMN de l’état solide utilisant la polarisation nucléaire dynamique. Ceci a permis de mieux comprendre la structure moléculaire des sites de surface iridiés. Les performances catalytiques des complexes Ir-NHC supportés ont été testées dans réaction d’hydrogénation des alcènes et comparées à celles de leurs homologues homogènes. Divers substrats oléfiniques et différentes conditions de réaction ont été testées. Les résultats montrent que le catalyseur supporté est beaucoup plus stable et 50 fois plus actif en terme de vitesse et de productivité. Cette approche a été étendue au développement de catalyseurs d’iridium supportés sur polymère. Le support choisi a été un polyéthylene téléchélique contenant des fonctionnalités iodées terminales. Le solide obtenu après incorporation de l’iridium a été caractérisé par RMN et spectrométrie de masse (MALDITOF). Les performances catalytique de ce nouveau système ont été elles aussi comparées a celles de complexes homologues en solution / Alkene hydrogenation is a key in many bulk and fine chemicals production processes. Major efforts were therefore directed towards the preparation of ever more productive and selective catalysts. Among the large number of homogeneous and heterogeneous catalysts, promising Iridium (I) organometallic complexes were prepared since the discovery of the well-known Crabtree’s catalyst, [Ir(COD)(py)(PCy3)]BF4, to address selectivity issues in homogeneous asymmetric hydrogenation or hydrogenation of highly hindered tetrasubstituted olefins. However, the industrial use of Ir organometallic complexes as catalysts is limited by their fast decomposition leading to the formation of highly stable and inactive polynuclear iridium hydridebridged complexes. The goal of this PhD project was to elaborate supported Ir(I)-NHC catalytic material to prevent such bimolecular deactivation processes. The targeted supported Ir complexes were based on hybrid organic-inorganic material containing regularly distributed imidazolium units along the pore-channels of the silica framework. Beside the Ir-site isolation on the silica support, this catalytic system was also expected to ease catalyst recovery at the end of the hydrogenation. The preparation of the final systems relies on the preparation of supported silver carbenes first, and further transmetallation with an Ir-precursor, namely [Ir(COD)Cl]2. The materials were characterized by several techniques as for example advanced solid state NMR using Dynamic Nuclear Polarization to gain insight into the molecular structure of the Ir surface sites. Catalytic performances of the supported Ir-NHC complexes were tested in alkene hydrogenation and compared to those of homogeneous homologues. Several different substrates and reaction conditions were tested. The results showed that the supported catalyst was much more stable and 50 times more active in term of rate and productivity. A polymer supported Ir-complex was also elaborated using a telechelic polyethylene iodide as support. The polymeric materials were fully characterized by NMR and MALDI-TOF experiments and their catalytic performances were compared to those of molecular analogues and those of silica supported systems

Malgré les propriétés remarquables de polyéthylène de masse molaire très élevée(UHMWPE), une généralisation de son application est limitée en raison des difficultésrencontrées lors de sa mise en forme, liées au taux d’enchevêtrement important deschaînes.Le but de ce travail est de développer des nanocomposites et des mélanges à base depolyéthylène, par polymérisation in situ. A cet effet, des catalyseurs métallocènes et despost-métallocènes ont été immobilisés par différentes méthodes sur la silice mésoporeuseSBA-15. Le système poreux de ce support, avec des canaux bien définis à l'échellenanométrique, peut entraîner des effets de confinement des chaînes macromoléculaireset/ou permettre un mélange intime des polymères.Le comportement de la polymérisation de l'éthylène par catalyses homogène et supporté,ainsi que les méthodes d'immobilisation utilisées et leur effet sur l'activité depolymérisation et des masses molaires, ont été évalués.Une caractérisation complète des nanocomposites et des mélanges comprenant différentsaspects des matériaux (morphologie, cristallinité et homogénéité) a été réalisée. Lespropriétés thermiques et mécaniques des matériaux finaux ont été également évaluées.D'une manière générale, les nanocomposites à base de polyéthylène et les mélanges enréacteur ont montré des propriétés mécaniques améliorées, en termes de moduled'élasticité, résistance mécanique, ténacité et résistance au fluage, par comparaison avec lespolyéthylènes communs. En traitant la poudre d'UHMWPE par moulage, par compression àhaute pression et au-dessous de sa température de fusion, une augmentation remarquabledes paramètres mécaniques a été obtenue.Les résultats préliminaires sur la préparation de nanocomposites en utilisant desnanocristaux de cellulose ont montré que cette approche est faisable et qu’elle présente unpotentiel de développement. / Despite the remarkable properties of ultra-high molecular weight polyethylene, itsapplication is limited by the difficulties encountered in conventional melt processing duethe high degree of entanglement of the chains.The aim of this work is to develop polyethylene based nanocomposites and in-reactorblends, by in situ polymerization. For this purpose metallocenes and post-metallocenecatalysts were immobilized by different methods on mesoporous silica SBA-15. The poroussystem of this support, with well-defined channels at the nanometric scale, may causeconfinement effects of macromolecular chains and/or potentiate intimate mixing ofpolymer blends.Ethylene polymerization behavior of the homogeneous and the supported systems alongwith the immobilization methodologies used and their effect on the polymerization activityand polymer molar masses were evaluated.A complete characterization of the nanocomposites and blends comprising different aspectsof the materials properties (morphology, crystallinity and homogeneity) was carried out.The thermal and mechanical properties of the final materials were also evaluated.In a general way the polyethylene based nanocomposites and in-reactor blends showedimproved mechanical properties, in terms of elastic modulus, mechanical strength,toughness and creep resistance, when compared with neat polyethylenes. By processing theUHMWPE powders by compression molding, at high pressure and below its meltingtemperature a remarkable increase of the mechanical parameters was obtained.Preliminary results on the preparation of nanocomposites using cellulose nanowhiskershave shown that this approach is feasible and show potential for further development.

Le principal objectif de cette thèse est de définir les conditions d’obtention de nanocomposites sous forme de fils de polyéthylène téréphtalate chargés dont la capacité d’absorbant hyperfréquence est exaltée dans le domaine 300 MHz à 3 GHz. Le procédé de fabrication de fil repose sur une technique d’extrusion qui a été adaptée de l’échelle industrielle vers l’échelle du laboratoire.Cet objectif principal se subdivise ainsi en plusieurs objectifs secondaires :Rationalisation et compréhension du procédé d’extrusion à l’échelle industrielle : les paramètres expérimentaux de la ligne d’extrusion ont été établis empiriquement par un industriel. Ces valeurs paramétrées de températures et de vitesses conditionnent ainsi la résistance mécanique et le diamètre du fil produit. Un des problèmes récurrents dans la plasturgie est la variabilité des lots de matière première et l’ajustement des paramètres expérimentaux qui en découlent. L’influence de chacun de ses paramètres sur les caractéristiques physico-chimiques du fil à chaque étape de la ligne est actuellement inconnue des industriels. Une compréhension de ces paramètres expérimentaux pourrait permettre un ajustement plus simple de ceux-ci en fonction des lots et une optimisation du procédé d’extrusion.Étude de l’homothétie entre la réplique miniature et la ligne d’extrusion originale : la ligne d’extrusion de laboratoire a été créée à partir du modèle de la ligne d’extrusion industrielle. Les dimensions ont ainsi été réduites et la disposition des différents éléments a été adaptée. Ce redimensionnement pose le problème de la réelle homothétie entre les deux lignes. Des critères de conformité seront ainsi établis pour permettre une comparaison entre les deux lignes.Étude de la matière polyéthylène téréphtalate : l’objectif est d’étudier les différentes transitions de phases d’un polymère semi-cristallin pouvant se produire lors du procédé d’extrusion. Les mécanismes de cristallisation et la nature des cristallites qui sont formées sont effectivement déterminants pour la tenue mécanique du fil ciblée par l’industriel.Blindage électromagnétique et permittivité diélectrique : les processus et les grandeurs physiques à l’origine de l’interaction d’une onde électromagnétique avec un matériau permettront d’aboutir aux propriétés physiques ciblées pour le blindage électromagnétique. La permittivité diélectrique et notamment la partie imaginaire relative aux pertes est une grandeur déterminante pour notre application.Nanocomposites pour le blindage électromagnétique : une étude bibliographique approfondie permettra de déterminer une liste d’additifs potentiels pour le blindage électromagnétique. Cette étude se focalisera sur les matériaux compatibles avec la nature de la matrice polymère polyéthylène téréphtalate. L’axe de recherche principal portera sur les matériaux absorbants dans la gamme des hyperfréquences.Étude du niveau de blindage électromagnétique apporté par les charges : des échantillons de polyéthylène téréphtalate vierge et chargés, sous forme de plaques, permettront de chiffrer l’efficacité de blindage électromagnétique avec un dispositif de mesure créé au laboratoire.Conception de fil conformément aux attentes de l’industriel : un des objectifs ciblés est de réussir à transposer les paramètres d’extrusion de fil de polyéthylène téréphtalate à un fil de nanocomposite chargé. Ceci passera par une étude complète des caractéristiques physico-chimiques et des mécanismes de cristallisation.Enfin, un des objectifs ciblés par cette thèse est de proposer aux industriels une technique d’analyse fiable, simple et rapide pour caractériser et identifier leurs produits. / The main objective of this thesis is to define the conditions for manufacturing a nanocomposites in the form of charged polyethylene terephthalate wires suitable for an electromagnetic shielding. The wire manufacturing process is based on an extrusion technique that has been adapted from the industrial scale to the laboratory scale.This main objective of this study is then subdivided into several secondary objectives:Rationalization and understanding of the extrusion process on an industrial scale: the experimental parameters of the extrusion line were established empirically by an industrialist. These parameterized values of temperatures and drawing rates thus condition the mechanical strength and the diameter of the wire produced. One of the recurring problems in the plastics industry is the variability of batches of raw material and the adjustment of experimental parameters that results. The influence of each of its parameters on the physicochemical characteristics of the wire at each step of the line is currently unknown to industrialists. An understanding of these experimental parameters could lead to a simpler adjustment of these parameter and to an optimization of the extrusion process.Study of the homothety between the miniature replica and the original extrusion line: the laboratory extrusion line was created from the model of the industrial extrusion line. The dimensions have been reduced and the layout of the various elements has been adapted. This resizing poses the problem of the real homothety between the two lines. Compliance criteria will be established to allow a comparison between the two lines.Study of the polyethylene terephthalate material: the objective is to study the different phase transitions of a semicrystalline polymer that may occur during the extrusion process. The crystallization mechanisms and the nature of the crystallites that are formed are indeed determining for the mechanical strength of the yarn targeted by the manufacturer.Electromagnetic shielding and dielectric permittivity: the processes and the physical quantities at the origin of the interaction of an electromagnetic wave with a material will lead to the targeted physical properties for the electromagnetic shielding. The dielectric permittivity and in particular the imaginary part relating to losses is a determining variable for our application.Nanocomposites for Electromagnetic Shielding: An in-depth literature review will determine a list of potential additives for electromagnetic shielding. This study will focus on materials compatible with the nature of the polyethylene terephthalate polymer matrix. The main research focus will be on absorbent materials in the microwave range.Study of the level of electromagnetic shielding provided by the charges: samples of raw polyethylene terephthalate and loaded, in the form of plates, will be used to quantify the electromagnetic shielding effectiveness with a measurement device created in the laboratory.Wire manufacturing at the laboratory scale : one of the targeted objectives is to successfully transpose the extrusion parameters of polyethylene terephthalate wire to a loaded nanocomposite wire. This will go through a complete study of physicochemical characteristics and crystallization mechanisms.Finally, one of the objectives targeted by this thesis is to offer manufacturers a reliable, simple and fast analysis technique to characterize and identify their products.

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.

Dans ce projet de doctorat, des membranes microporeuses (fibres creuses) et hautement hydrophobes à base de polyéthylène basse densité (LDPE) pour utilisation dans la capture du CO2 dans des contacteurs gaz-liquide à membrane (GLMC), ont été fabriquées en utilisant une nouvelle méthode simple, sans solvant ou diluants, autant écologique qu’économique, et qui ne nécessite aucun post-traitement mécanique ou thermique. Pour produire des fibres creuses et contrôler leur porosité, on combine deux techniques, l’extrusion et le lavage de sel. Un mélange de LDPE et de particules de NaCl de différentes concentrations en sel conduit à la production des fibres (par extrusion) qui sont ensuite immergées dans l’eau pour éliminer le sel emprisonné dans le polymère et obtenir autant une structure microporeuse qu’une surface rugueuse hautement hydrophobe. La nouvelle méthode constitue une alternative très prometteuse aux méthodes actuellement utilisées pour la fabrication des membranes hydrophobes, principalement basées sur un processus d'inversion de phase qui implique des solvants toxiques et coûteux. Les membranes fabriquées ont été caractérisées en termes de morphologie, densité, porosité et distribution de taille des pores, hydrophobicité, pression de percée et propriétés mécaniques. Comme le phénomène de mouillage des membranes en contact avec les solutions absorbantes est la cause principale de la réduction de l’efficacité des GLMC à long terme, une étude approfondie sur la compatibilité membrane/liquide absorbant a été réalisée. La stabilité morphologique, chimique et thermique des membranes en contact avec différentes solutions aqueuses d'alcanolamines à base de monoéthanolamine (MEA) et 2-amino-2-hydroxyméthyl-1,3-propanediol (AHPD), ainsi que des mélanges MEA/PZ (pipérazine) et AHPD/PZ, a été investiguée en détail. / In this work, highly hydrophobic low density polyethylene (LDPE) hollow fiber membranes aiming to be used for CO2 capture in gas-liquid membrane contactors (GLMC) were fabricated using a simple, novel method, without solvent or diluents, economic and environmentally friendly, which does not require any mechanical or thermal post-treatments. In order to produce hollow fibers and control their porosity, the process combines melt extrusion and template-leaching techniques. A mixture of LDPE and NaCl particles first produce blends with different salt contents. A microporous structure and a rough highly hydrophobic surface can then be produced by leaching the salt particles from the hollow fiber matrix via immersion in water. The new method represents a very promising alternative to conventional membrane fabrication approaches which are mainly based on phase inversion process that involves toxic and expensive solvents. The fabricated membranes were characterized in terms of morphology, density, porosity and pore size distribution, hydrophobicity, breakthrough pressure and mechanical properties. Since the phenomenon of membrane wetting by liquid absorbents is the major cause of the reduction of long-term efficiency of GLMC, a comprehensive study on the compatibility between membrane and absorbent liquid was performed. Morphological, chemical and thermal stability of LDPE membranes in contact with different aqueous alkanolamine solutions including monoethanolamine (MEA) and 2-amino-2-hydroxymethyl-1,3-propanediol (AHPD), as well as blends of MEA/PZ (piperazine) and AHPD/PZ, was investigated in detail.

Ce travail de recherche se décompose en trois parties. Le premier volet fait part des différentes approches étudiées dans la littérature concernant les bois-plastiques (WPC) et de différentes possibilités existantes tout en mettant en avant les résultats préliminaires obtenus. Il rapporte aussi le potentiel des lignines comme agent de couplage. L’objectif du second volet est l’optimisation de l’efficacité de ce nouveau type d’agent de couplage en combinant des lignines modifiées à un agent de couplage commercial (le polyéthylène maléaté: MAPE). Finalement, le dernier volet reprend les connaissances développées dans les précédentes parties tout en ajoutant deux aspects : la résistance aux cycles de gel-dégel et l’effet des extractions à l’eau et à la soude. Le problème des WPC est lié aux caractéristiques extrêmement opposées des fibres naturelles et de la matrice polymère, ce qui les rend incompatibles. Une multitude de traitements physiques ou chimiques peuvent améliorer la compatibilité et les interactions interfaciales entre les composants. L'impact environnemental et économique de l'utilisation de produits chimiques dérivés du pétrole et la demande de valoriser les coproduits du bois offrent la possibilité d'utiliser les lignines estérifiées dans la production d’une nouvelle génération de WPC. Nous avons démontré la faisabilité de composites à base de polyéthylène haute densité (HDPE) contenant 30% de fibres d’écorces d'épinette noire, avec 5% (basé sur la masse de l'écorce) de lignine Kraft estérifié à l'anhydride maléique. La combinaison de lignines Kraft estérifiées avec du MAPE (à teneurs égales) a permis d’optimiser l’efficacité de l’agent de couplage avec une nouvelle façon d'améliorer la compatibilité entre les fibres et la matrice. Étant donné que les fibres naturelles contiennent de la lignine, la lignine estérifiée (deux estérifications étudiées : succinique et maléique) a créé une structure qui a agit comme un intermédiaire entre les fibres d'écorce et la matrice HDPE hydrophobe, grâce à sa haute porosité permettant un ancrage mécanique intéressant et des liaisons de type van der Waals ou d’interactions π-π donnant du liant à cette nouvelle structure. On a déterminé l'effet de la composition d'agent de couplage comme étant un facteur majeur sur les propriétés mécaniques. Une analyse statistique a permis de trouver les meilleurs paramètres pour optimiser les propriétés mécaniques des composites et optimiser cette approche novatrice d’agent de couplage pour les WPC. Il a finalement été décidé d’étudier l’effet d’extractions à l’eau ou à la soude des écorces sur les caractéristiques mécaniques tout en intégrant une analyse de la résistance aux cycles gel-dégel dans le cas d’une application extérieure du matériau, correspondant au contexte québécois. Il a été démontré que les différentes extractions n'altèrent pas les propriétés mécaniques en flexion et en traction. Mais le test de résistance aux gels-dégels met en valeur les caractéristiques des WPC. Un meilleur comportement a été trouvé pour les formulations avec un agent de couplage combinant les lignines estérifiées avec du MAPE. / This research work is divided into three parts. The first part is dedicated to the review of different approaches discussed in the literature concerning wood-plastic composites (WPC) and different possibilities while highlighting the preliminary results obtained. It also reported the potential of lignin as coupling agent. In the second part, the optimization of the effectiveness of this new type of coupling agent combining modified lignin with a commercial coupling agent (polyethylene maleate: MAPE) is discussed. Finally, the performance of the selected composites upon the freeze-thaw resistance tests and the effect of extractions (water and soda) on the characteristics (flexural and tensile properties) of composites containing bark fibers and modified lignin are presented in the last part. The problem of compatibility between the constituents of WPC is related to the extremely opposite characteristics of natural fibers and the polymer matrix. A multitude of physical or chemical treatments can improve compatibility and the interfacial interactions between components. The environmental and economic impact of the use of petroleum chemicals and the demand to valorize the co-products of wood transformation offers the possibility of using esterified lignin in the production of a new generation of WPC. We have demonstrated the feasibility of composite based on high density polyethylene (HDPE) containing 30% of black spruce bark fibers, with 5% (based on the mass of bark) of Kraft lignin esterified by maleic anhydride. The combination of esterified Kraft lignin with the MAPE (at equal levels) has been demonstrated to improve the compatibility between the bark fibers and the matrix. Given that natural fibers contain lignin, the esterified lignin (with succinic and maleic anhydride) is supposed to create a structure which acts as bond between the bark fibers and the hydrophobic matrix (HDPE). This action is related to the high porosity of esterified lignin as revealed by SEM, which allows for mechanical anchoring due to van der Waals or π–π interactions. The effect of the structure of coupling agent on the mechanical properties of the composites has been determined. A statistical analysis performed on the collected data made it possible to determine the best settings of parameters for optimal mechanical properties of composites, designed through the innovative approach of using esterified Kraft lignin as a coupling agent for WPC. Finally, the effect of water and soda extractions of bark fibers prior to their incorporation into composites was studied, on the mechanical characteristics of the composites. The composites with best mechanical performance were finally tested regarding freeze-thaw resistance since an outside application of the material, is anticipated in the Quebec context. However, the test for resistance to freeze-thaw positively influences the characteristics of WPC. It has been shown that different extractions do not affect the mechanical properties (flexural and tensile). Better behavior was found for formulations with a coupling agent combining lignin esterified with the MAPE.

Notre étude a porté sur la modélisation 3D du chauffage par rayonnement infrarouge et l'étirage soufflage des préformes utilisées dans le procédé de fabrication des bouteilles en P.E.T. L'objectif était de calculer sous une unique plateforme de simulation numérique par éléments finis, la cartographie thermique complète de la préforme en sortie du four, et la répartition finale d'épaisseur de la préforme en fin de soufflage. L'interaction entre les lampes halogènes et le matériau semi-transparent a été modélisée à l'aide de la méthode du lancer de rayons, permettant de prendre en compte les réflecteurs. Le terme source de rayonnement intégré dans l'équation de la chaleur a été calculé avec une loi de Beer-Lambert appliquée à chaque rayon émis par le filament de tungstène ou réfléchi par la céramique. La rotation de la préforme ainsi que son avance dans le four ont également été modélisées par interpolation de la divergence du flux radiatif calculée à l'instant initial vers celle de la configuration à l'instant considéré. L'étude de l'étirage et du soufflage de la préforme ont donné lieu à l'implantation d'une loi de comportement hyperélastique de type Mooney-Rivlin et une loi viscoplastique inspirée des travaux de G'Sell. Les développements numériques ont été validés par comparaison avec des modèles analytiques volumique de traction uniaxiale, de soufflage de tube et de sphère. Les techniques de remaillage nécessaire aux simulations des grandes déformations et la précision des algorithmes de contact intégrés dans le code de calcul par éléments finis Forge3® ont permis de montrer la faisabilité de la simulation de l'étirage-soufflage en 3D.

Les travaux décrits dans ce manuscrit ont trait à l’élaboration de supports organiques fonctionnels à base de polyisoprène pour la catalyse de polymérisation de l’éthylène par les métallocène et post-métallocène. Une série de polyisoprènes ω-OH et de copolymères à blocs de type polyisoprène-b-poly(méthacrylate de méthyle) et polyisoprène-b-poly(oxyde d’éthylène) de masse molaire variable a été réalisée par polymérisation anionique vivante. L’auto-assemblage dans l’heptane de ces (co)polymères conduit à la formation d’agrégats micellaires stables qui permettent l’immobilisation des systèmes catalytiques via des interactions créées entre le bloc polaire du support et l’activateur aluminique, le plus souvent le méthylaluminoxane. La polymérisation de l’éthylène en présence de ces supports organiques conduit, sans diminution d’activité catalytique, à la formation de particules de polyéthylène de taille micrométrique. Selon la même méthodologie, des polyisoprènes portant à leur extrémité une fonction borate ont été synthétisés et avantageusement utilisés comme supports activateurs de métallocènes pré-alkylés. Dans ce cas, des particules de polyéthylène de taille millimétrique ont pu être obtenues. / The work described in this manuscript relates the development of organic functional supports based on polyisoprene for the catalysis of ethylene polymerization by metallocenes and post-metallocenes. Polyisoprenes ω-OH and block copolymers [polyisoprene-b-poly(methyl methacrylate) and polyisoprene-b-poly(ethylene oxide)] with different molecular weights were synthesized by living anionic polymerization. Self-assembly in heptane of (co)polymers leads to the formation of stable micellar aggregates allowing the immobilization of catalytic systems created thanks to interactions between the polar block of the support and the aluminic activator, the most often methylaluminoxane. The ethylene polymerization in the presence of organic support drives, without loss of catalytic activity, to the formation of polyethylene particles of micrometer size. Using the same methodology, polyisoprenes bearing at their ends a borate function have been synthesized and advantageously used as supports activators of pre-alkylated metallocenes. In this case, polyethylene particles with a millimeter size have been obtained.

Objectif—Comparer les effets de la stérilisation au plasma de gaz de peroxyde d’hydrogène (HPGP) à l’oxyde d’éthylène (EO) et à la vapeur (ST) sur les propriétés physico-chimiques et d’adhésion bactérienne de fils de nylon et de polyéthylène. Design expérimental—Etude in vitro. Matériel—Des brins non stérilisés, stérilisés au HPGP, à l’EO et ST; de fil nylon leader (FNL), de fil de nylon pêche (FNP) et de fil de polyéthylène (PE) ont été utilisés. Méthodes—Une analyse de surface au spectroscope photo-électronique à rayons X (XPS), une mesure de l’angle de contact, une analyse par microscopie à force atomique (AFM) et l’adhésion bactérienne de Staphylococcus intermedius et d’Escherichia Coli ont été testés sur les brins. Résultats—Une oxydation de la surface de tous les échantillons stérilisés a été observée quelque soit la méthode de stérilisation. La stérilisation a augmenté significativement l’angle de contact pour tous les types de fil quelque soit la méthode. La rugosité n’a pas été affectée significativement par la méthode de stérilisation pour le FNL et FNP. L’adhésion bactérienne a été affectée significativement par la méthode de stérilisation. Le PE a un angle de contact, une rugosité et une adhésion bactérienne significativement plus élevée que le FNL et FNP, peu importe la méthode de stérilisation. Conclusion—La stérilisation au HPGP constitue une alternative intéressante à la vapeur et l’EO. Le PE n’est peut être pas un matériel idéal par sa capacité d’adhésion bactérienne. De futures études sont nécessaires pour déterminer la signification clinique de ces trouvailles. / Objective—To compare the effects of hydrogen peroxide gas plasma (HPGP), ethylene oxide (EO) and steam (ST) sterilizations on the physicochemical and bioadhesive properties of nylon and polyethylene lines used for stabilization of the canine stifle joint. Study Design—In vitro study. Samples—Non-sterilized, HPGP-, EO- and ST- sterilized samples of 36.3-kg test nylon leader line (NLL), 57.8-kg test nylon fishing line (NFL) and 2-mm Ultra High Molecular Weight Polyethylene (UHMPE) were used. Methods—Surface analysis of NLL, NFL and UHMPE non-sterilized and HPGP-, EO- and ST-sterilized samples was carried out by X-ray photoelectron spectroscopy (XPS), contact angle (CA) measurement, and atomic force microscopy (AFM). Staphylococcus intermedius and Escherichia Coli bacterial adherence were also tested. Results—Surface oxidation was observed on all samples sterilized with HPGP, EO or ST process. All sterilization methods significantly increased the CA for the NLL, NFL and UHMPE. The roughness was not significantly affected by the method of sterilization for NLL, NFL and UHMPE. Bacterial adherence was significantly affected by the method of sterilization for NLL, NFL and UHMPE. UHMPE had significantly higher CA, roughness and bacterial adherence compared to NLL and NFL, no matter which sterilization method was used. Conclusion—The effects of HPGP on the chemico-physical and bioadhesive properties of nylon and polyethylene lines compared positively to EO or ST, making HPGP an attractive alternative. UHMPE may not be a suitable material for suture prostheses regarding bacterial adherence properties. Future studies are required to determine the clinical significance of these findings.