Cette étude a focalisé sur le retard de flamme du polybutylène succinate (PBS) qui est un polymère bio-sourcé et biodégradable et qui a des bonnes propriétés mécanique par multiple méthodes. Dans ce contexte, modification d’isosorbide a été réalisé pour obtenir des retardateurs de flamme bio-sourcé. Puis, isosorbide et poly(isosorbide)carbonate (PIC) a été extrudé avec PBS et des retardateur de flamme intumescent. Cela a montré l’augmentation des propriétés retard de flamme dans la phase condensé qui a une augmentation de taux de char et diminution de pHHR et THR. Un retardateur de flamme conventionnel, DOPO, a présenté des super propriétés de retard de flamme pour PBS dans la phase gazeuse. Il a montré une grande augmentation de temps d’ignition de 119 s à 410 s dans MLC test quand il est incorporé 10 wt% dans du PBS. Une UL-94 instrumentation original a été désigné pour l’investigation de ses mode d’action pendant un scénario de feu. Ces études ont fourni des informations pour les futurs travaux sur le retard de flamme des polymères bio-sourcés. / This study was dedicated to the development of flame retarded polybutylene succinate (PBS), a bio-based polymer, which possess good mechanical properties and biodegradability, by various different approaches. In this context, modifications of isosorbide were achieved to obtain bio-based flame retardants. Then isosorbide and poly(isosorbide) carbonate (PIC) were blended with PBS and APP to form intumescent flame retardant system acting as carbonization agent. It shows the improvement of the flame retardant properties in the condensed phase where the yield of residual char was increased and the pHRR and THR were decreased. A conventional flame retardant, DOPO, showed some super flame retardant property for PBS in the gaseous phase. It had an improvement of the ignition time from 119 s to 410 s in MLC test when 10 wt% of DOPO was incorporated in PBS. An original UL-94 instrumentation was designed to investigate its mode of action during a fire scenario. These studies have provided the information for the future works on flame retardancy of bio-based polymers.

Dans le but de développer des matériaux à partir d'une ressource renouvelable de moindre coût que l'amidon, des matériaux à base de farine de maïs ont été élaborés par extrusion-injection. La caractérisation des propriétés physico-chimiques de ces matériaux a révélé que le taux de glycérol (ajouté à la farine de maïs en tant que plastifiant) et le profil des zones de cisaillement employé lors de l'extrusion influencent significativement le taux de déstructuration de l'amidon et des protéines de la farine de maïs. Ceci a pu être établi en croisant notamment les résultats de l'analyse par diffraction aux rayons X, par spectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier, de l'analyse calorimétrique différentielle à balayage à des observations par microscopie confocale à balayage laser des matériaux. De plus, le suivi des cinétiques d'hydrolyse en sucres réducteurs de l'amidon par des enzymes amylolytiques en présence et en absence d'enzymes protéolytiques a pu être relié à la déstructuration des protéines. Les matériaux obtenus présentent cependant des inconvénients rédhibitoires pour certaines applications comme l'hygroscopie élevée et le vieillissement rapide dans le temps. L'ajout de polybutylène succinate (PBS) au mélange farine-glycérol a cependant permis de conduire à une amélioration des propriétés mécaniques et à une réduction de l'hygroscopie de ces matériaux. Les observations de la morphologie de ces matériaux par microscopie électronique à balayage ont montré que la farine de maïs et le PBS sont incompatibles et présentent une morphologie qui varie selon le taux de PBS dans le mélange (30, 50 ou 70%). L'étude de la cinétique d'hydrolyse de l'amidon de la farine de maïs par des enzymes amylolytiques a permis de mettre en évidence l'influence de plusieurs facteurs : (i) la cristallinité de l'amidon, (ii) l'aire spécifique, (iii) la porosité et (iv) la morphologie des matériaux. De plus, l'évaluation de la biodégradation par voie microbienne en milieu liquide et solide par voie aérobie ou anaérobie a montré les mêmes tendances globales que les résultats obtenus par voie enzymatique. Ainsi, les matériaux élaborés à partir des formulations présentant des proportions de PBS excédant 50 % ne sont pas biodégradables au sens de la norme ISO 14855/1999 et sont également faiblement hydrolysés par les enzymes amylolytiques.

Dans le contexte actuel d'une prise de conscience environnementale générale, concernant plus particulièrement la gestion des polymères en fin vie, la thèse se propose d'étudier la substitution d'une matrice non biodégradable (Polyéthylène) par une matrice biodégradable (Polybutylene Succinate) dans le cadre de la propriété singulière de thermorétraction mise à profit dans le secteur de l'emballage.Ce travail de thèse, cofinancé par un industriel du secteur de l'emballe et par l'Agence de l'Environnement et de la Maitrise de l'Energie (ADEME) a donc consisté à :- Mettre en évidence l'influence des branchements longs contenus dans certains polymères, ainsi que leurs mélanges avec des polymères linéaires sur le comportement rhéologique en cisaillement et en élongation,- Proposer une modélisation de la contrainte interne stockée lors de l'étape de mise en forme par extrusion de film à plat (extrusion dite « cast ») en vue de prédire la contrainte de thermorétraction,- Etablir le lien entre la structure des matériaux, ses conditions de mise en œuvre et la morphologie du film final afin d'établir une corrélation avec le taux de rétraction.Dans un premier temps, cette étude a été réalisée sur des matrices modèles de polyéthylènes et ensuite transposée à une matrice biodégradable de Polybutylène Succinate. / Due to environmental concerns growth including the management of the end of life of polymer wastes, the present work proposes to study the feasibility of a substitution of conventional non-biodegradable polyethylene by a biodegradable matrix of Polybutylene Succinate in order to produce heat shrinkable films with equivalent properties. This property is mostly used in the packaging industry to wrap product such as six packs bottles, cans or other food products together.This work half-financed by a packaging company based in France and by the French environment and energy management agency consisted on:- Highlight the impact of the macromolecular architectures of the polymers and their blends on the rheological behavior under shear and elongational flow,- Developing a modeling approach of the stress stored in the molten polymer during the cast film extrusion process in order to predict the shrinkage stress,- Correlate the structure of the materials with their processing conditions and the morphology(ies) of the final film in order to correlate them with the shrinkage rate.The first part of this work was dedicated to the understanding of the shrinkage mechanism and to develop an approach on polyethylenes matrices used as models and then to transpose this approach to a biodegradable matrices of Polybutylene Succinate and therefore conclude on the feasibility of the use of such a matrices for heat shrinkable films for packaging application.

Dans le but de développer des matériaux à partir d’une ressource renouvelable de moindre coût que l’amidon, des matériaux à base de farine de maïs ont été élaborés par extrusion-injection. La caractérisation des propriétés physico-chimiques de ces matériaux a révélé que le taux de glycérol (ajouté à la farine de maïs en tant que plastifiant) et le profil des zones de cisaillement employé lors de l’extrusion influencent significativement le taux de déstructuration de l’amidon et des protéines de la farine de maïs. Ceci a pu être établi en croisant notamment les résultats de l’analyse par diffraction aux rayons X, par spectroscopie infra-rouge à transformée de Fourier, de l’analyse calorimétrique différentielle à balayage à des observations par microscopie confocale à balayage laser des matériaux. De plus, le suivi des cinétiques d’hydrolyse en sucres réducteurs de l’amidon par des enzymes amylolytiques en présence et en absence d’enzymes protéolytiques a pu être relié à la déstructuration des protéines. Les matériaux obtenus présentent cependant des inconvénients rédhibitoires pour certaines applications comme l’hygroscopie élevée et le vieillissement rapide dans le temps. L’ajout de polybutylène succinate (PBS) au mélange farine-glycérol a cependant permis de conduire à une amélioration des propriétés mécaniques et à une réduction de l’hygroscopie de ces matériaux. Les observations de la morphologie de ces matériaux par microscopie électronique à balayage ont montré que la farine de maïs et le PBS sont incompatibles et présentent une morphologie qui varie selon le taux de PBS dans le mélange (30, 50 ou 70%). L’étude de la cinétique d’hydrolyse de l’amidon de la farine de maïs par des enzymes amylolytiques a permis de mettre en évidence l’influence de plusieurs facteurs : (i) la cristallinité de l’amidon, (ii) l’aire spécifique, (iii) la porosité et (iv) la morphologie des matériaux. De plus, l’évaluation de la biodégradation par voie microbienne en milieu liquide et solide par voie aérobie ou anaérobie a montré les mêmes tendances globales que les résultats obtenus par voie enzymatique. Ainsi, les matériaux élaborés à partir des formulations présentant des proportions de PBS excédant 50 % ne sont pas biodégradables au sens de la norme ISO 14855/1999 et sont également faiblement hydrolysés par les enzymes amylolytiques. / In order to develop materials from a cheaper renewable resource than starch, materials based on corn flour were prepared by extrusion and injection. The physicochemical characterization of these materials revealed that the glycerol content (used as plasticizer) and the profiles of shear zones used during extrusion significantly influence the destructuration intensity of starch and proteins of that composed corn flour. This could be established by combining the results of X-ray diffraction analysis, Fourier transform infrared spectroscopy, differential scanning calorimetry, and laser scanning confocal microscopy observations. In addition, the kinetics of the hydrolysis of starch into reducing sugars by amylolytic enzymes in the presence and absence of proteolytic enzymes significantly differed only when the initial structuration of proteins in corn flour was preserved. The materials obtained presented limitations for some applications namely due to their high hygroscopicity and rapid aging over time. The addition of polybutylene succinate (PBS) to flour-glycerol mixture improved mechanical properties and reduced hygroscopicity of the materials. The observation of these materials by scanning electron microscopy showed that corn flour and PBS are incompatible and have a morphology that varies according to the PBS content in the mixture (30, 50 or 70%). The study of the hydrolysis kinetics of starch corn flour by amylolytic enzymes contributed to highlight the influence of several parameters : (i) starch crystallinity, (ii) specific area, (iii) porosity, and (iv) material morphology. In addition, the evaluation of the microbial biodegradation in liquid and solid media aerobically or anaerobically showed the same overall trends as the results obtained by enzymatic hydrolysis. Thus, materials produced from formulations having PBS ratios exceeding 50% are not biodegradable according to the ISO 14855/1999 and are weakly hydrolyzed by amylolytic enzymes.