Diverses techniques peuvent être utilisées pour déterminer l'orientation moléculaire de matériaux polymères, comme par exemple la mesure du dichroïsme infrarouge à transformée de Fourier et de la biréfringence, qui fournissent des informations sur le second moment de la fonction d'orientation. L'orientation moléculaire d'un copolymère à base de polystyrène, poly(styrène-co-styrène acide sulfonique) 4.7% (PS-SSA 4.7%) et l'orientation moléculaire d'un mélange de PSSSA 5.0% avec poly(styrène-co-4-vinyl pyridine) 4.5% (PS-VP 4.5%) sont comparées avec celle du polystyrène (PS). Pour le polystyrène, une vue plus globale du comportement de l'orientation est obtenue en utilisant le principe de superposition temps/température pour tracer une courbe maître d'orientation-relaxation pour des vitesses exponentielles d'étirage. Le modèle de Doi-Edwards est utilisé pour simuler les courbes d'orientation et de relaxation du PS et du PSSSA4.7%. / For the measurement of molecular orientation, various techniques can be employed, for example Fourier Transform Infrared Dichroism and Birefringence that give information about the second moment of the orientation distribution function. The molecular orientation of a polystyrene (PS) based copolymer, poly(styrene-costyrene sulphonic acid) 4.7% (PS-SSA 4.7%), and a blend of PS-SSA 5.0% with poly(styrene-co-4-vinyl pyridine) 4.5% (PS-VP 4.5%), is compared with that of polystyrene. For polystyrene, a more general view of the orientation behaviour is obtained by drawing a master orientation-relaxation curve for exponential velocities of stretching. The Doi-Edwards model is used to simulate the orientation and relaxation curves for polystyrene and for poly(styrene-co-styrene sulphonic acid) 4.7%.

Cette thèse porte principalement sur la synthèse et l’étude d’une nouvelle famille de polymères π-conjugués à base de l’unité thiéno[3,4-d]thiazole (TTz) pour des applications en cellules photovoltaïques. En complément de cette thèse, une étude permettant d’augmenter l’étendue d’une nouvelle réaction de polymérisation, la polymérisation par hétéroarylation directe (DHAP) a été effectuée. Tout d’abord, une première série de polymères π-conjugués à base de l’unité TTz a été synthétisée en utilisant l’unité benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophène (BDT) comme comonomère. La caractérisation des propriétés optiques, électrochimiques et photovoltaïques de ces polymères a mené à l’obtention de résultats encourageants pour d’éventuelles applications en cellules solaires. L’étude s’est ensuite poursuivie en étudiant l’effet de l’ajout de groupements latéraux aromatiques sur l’unité TTz et sur l’utilisation de différents comonomères comportant un caractère riche ou pauvre en électrons sur les propriétés optiques et électrochimiques. Malgré l’obtention d’une large gamme de ces propriétés, les polymères synthétisés ne présentent pas, dans la plupart des cas, des caractéristiques photovoltaïques intéressantes. L’étude s’est donc poursuivie en revenant à l’étude du premier polymère synthétisé à base de BDT et de TTz (TTz-1). À partir de ce polymère, une famille de polymères a été synthétisée en ajoutant des espaceurs thiophènes et en variant la position et la longueur des chaînes alkyles dans le but d’influencer la morphologie obtenue à la suite de la fabrication de la couche active dans les dispositifs photovoltaïques. À la suite d’une optimisation rigoureuse des paramètres de fabrication des taux d’efficacité allant jusqu’à 4,89 % ont pu être obtenus avec le polymère TTz-19. En terminant, durant les travaux qui ont été réalisés pour cette thèse, une nouvelle réaction de polymérisation a été utilisée. Suivant des études déjà entreprises dans notre laboratoire, nous avons étudié l’étendue de cette réaction avec deux nouveaux composés pauvres en électrons, le furo[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (FPD) et le sélénophéno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (SePD). Cette étude a finalement démontré que la DHAP pouvait être appliquée efficacement à ces deux nouveaux monomères. / This thesis deals with the synthesis and the study of a new family of π-conjugated polymers based on the thieno[3,4-d]thiazole (TTz) moiety for their applications in photovoltaic devices. Complementary to this study, we also investiguated the scope of a new polymerization reaction, the direct (hetero)arylation polymerization (DHAP). First of all, a first series of conjugated polymers was synthesized by using the TTz moiety in combination with the benzo[1,2-b:4,5-b’]dithiophène (BDT) moiety as comonomer. The optical, electrochemical and photovoltaic characterization of those polymers led to interesting results regarding eventual applications in photovoltaic devices. Then, the study focused on the effet of the addition of aromatic lateral groups on the TTz moiety and the utilization of diffent electron-poor or electron-rich moieties as comonomers on the polymer optical and electrochemical properties. Even though a large diversity of optical and electrochemical properties were obtained, most polymers were not good candidate for photovoltaic applications. Then the study focuses on the firsts polymers synthesized based on the BDT and the TTz moieties. From this polymer structure, we develop a new series of polymers of the same family by adding thiophene spacers between the two comonomers and by using different alkyl chain at different positions in the optic to modify the morphologie obtained once the active layer is formed in the photovoltaic device. Photovoltaic devices were fabricated from those six polymers and, by a systematic optimization process, efficiencies reaching 4.89 % have been obtained with the polymer TTz-19. Finally, during this work, a new polymerization method allowing the reduction synthetic steps for the fabrication of polymers have been used. Following studies already started in our group, we investiguated the scope of the reaction by using two new electron-poor unit never used in DHAP, the furo[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (FPD) and the selenopheno[3,4-c]pyrrole-4,6-dione (SePD). This study showed that the DHAP reaction can be easily and efficiently applied to those two new electron-poor moities to obtain polymers with high yields and high molecular weights.

Les polyélectrolytes sont des chaînes polymériques le long desquelles sont reliés, par liaisons covalentes, des groupements ioniques. Ces groupements possèdent un contre-ion qui est mobile lorsque mis en solution. Ce projet de maîtrise fut axé sm la synthèse et la caractérisation de polyélectrolytes à base de 2,7-carbazole dans le but de faire des dispositifs électroniques à base de matériaux organiques ioniques. Au cours de ce projet, les polymères anioniques synthétisés furent le Poly[N-propane-3'-sulfonate-2,7-carbazole-alt-1,4-phénylène] de sodium, le Poly[N-butane-4'-sulfonate-2,7-carbazole-alt-l, 4-phénylène] de sodium ainsi que le Poly[N-butane-4'-sulfonate-2,7-carbazole]de sodium. Ces matériaux anioniques furent synthétisés dans l'optique de procéder à l'auto-assemblage de polymères cationiques et anioniques par la méthode de déposition couche-par-couche développée par Decher en 1991. Cette méthode permet la superposition de polymères anioniques et cationiques grâce aux interactions électrostatiques en effectuant plusieurs trempages consécutifs dans les solutions de polyélectrolytes. Les polycarbazoles utilisés lors de ce projet sont des semi-conducteurs organiques et de bons transporteurs de trous d'électrons. Il est donc possible de penser que ces matériaux pourraient éventuellement être utilisés pour la fabrication de cellules photovoltaïques, de transistors ou de diodes électroluminescentes. L'objectif de ce mémoire repose donc sur la synthèse de polyélectrolytes conjugués à base de 2,7-carbazole solubles dans l'eau. C'est dans cette optique que les différents chemins synthétiques utilisés ainsi que la caractérisation des produits obtenus seront présentés.

Cette thèse présente l'utilisation des électrons de basses énergies (< 100 eV) pour la modification chimique de polymères. Le travail porte sur la dégradation sous impact électronique de couches minces polymères, de l'ordre nanométrique, sur des substrats métalliques. L'étude de la dégradation a été effectuée par spectrométrie de masse, permettant ainsi l'identification des groupements chimiques résultant de l'interaction électrons-molécules et émis de la surface du matériau irradié. Trois polymères ont été choisis pour cette étude, soit le poly (téréphtalate d'éthylène), le polystyrène et un fluoropolymère biomédical conçu comme couche de protection contre les agents dégradants sur les endoprothèses vasculaires. Les deux premiers polymères ont été sélectionnés afin d'étudier le vieillissement d'un diélectrique et la faisabilité d'un procédé de modification de surface permettant un contrôle précis des altérations chimiques suite au bombardement, tout en évitant l'implantation ionique. Dans le cas du fluoropolymère, l'étude par impact électronique de basses énergies a permis de simuler les conséquences de l'interaction des rayons X servant en imagerie avec le milieu organique environnant ou le métal constituant la prothèse. Cette interaction produit des électrons de basses énergies qui occasionnent une dégradation du fluoropolymère dont les produits peuvent être toxiques à la santé du patient. Les résultats démontrent que l'irradiation électronique produit une émission anionique selon deux mécanismes distincts. L'attachement dissociatif d'électrons est caractérisé par un processus résonant avec formation d'un anion temporaire excité dont l'énergie de maximum de rendement d'émission a été évaluée en dessous de 15 eV dans le cas des trois matériaux. Le second processus de production anionique est principalement caractérisé par une rupture directe non résonante de la liaison moléculaire (dissociation dipolaire) dont les énergies de seuil sont supérieures aux énergies de maximum de rendement de l'attachement dissociatif. Les fonctions d'émission cationique ne présentent aucun maximum d'émission caractéristique de l'attachement dissociatif et indiquent que seuls les processus non résonants produisent des ions positifs lors de la dégradation électronique. Suite aux résultats obtenus, des processus de dégradation sont suggérés, expliquant les mécanismes de dégradation de ces polymères sous irradiation électronique de basses énergies.

Mémoire numérisé par la Direction des bibliothèques de l'Université de Montréal.

Nos travaux sont consacrés à la fabrication, à la mise en œuvre et aux caractérisations de mélanges de polymères thermoplastiques thermostables destinés à des applications aéronautiques hautes températures. Le Poly(éther cétone cétone) PEKK, polymère semi-cristallin, a été choisi pour sa température de transition vitreuse (Tg) et son point de fusion (Tf) élevés. Les polyimides amorphes utilisés pour leur Tg élevée, sont le Poly(éther imide) PEI et le (polyimide) PI. Le but de ces mélanges est d’augmenter la Tg du PEKK, sans augmenter sa température de fusion. Ces travaux ont abouti à la caractérisation thermique, mécanique et rhéologique de chacun des polymères purs ainsi qu’à la définition d’un protocole de fabrication des mélanges. Les propriétés des mélanges ont alors été caractérisées par analyses thermomécaniques, par balayage calorimétrique différentiel et par des essais de traction afin de faire ressortir les meilleurs candidats pour les applications visées. Les modèles empiriques classiques de variation de la Tg prennent en compte seulement la composition des mélanges. Dans ce travail, nous proposons de corriger ceux-ci par la prise en compte de la variation du taux de cristallinité qui influe sur la composition de la phase amorphe et ainsi permettre une prévision plus fine de ce paramètre. La tenue au vieillissement à court terme des différents polymères dans un fluide aéronautique a aussi été abordée, et a montré que le PEKK a un effet protecteur sur les mélanges. / This PhD work presents the fabrication, processing and characterizations of thermoplastic thermostable polymer blends. It aims at finding new materials useable at high temperatures for aeronautical applications. Poly(ether ketone ketone), PEKK, a semi-crystalline polymer, has been chosen for its high glass transition temperature (Tg) and high melting point (Tf). Amorphous polyimides, that have been used for their high Tg, are Poly(ether imide), PEI, and Polyimide, PI. The aim of these blends is to increase the Tg of the PEKK without increasing its Tf. We have measured the thermal, mechanical and rheological properties of each neat polymer and the processing conditions of the blends have been defined. The properties of the blends have been characterized by thermomechanical analyses, differential scanning calorimetry and tensile tests to focus on the better candidates for the aimed applications. The classical empirical models of the Tg composition dependence take only into account the blends composition. We propose to correct them taking into account the crystallinity level, that affects the blends composition and predict a better prediction of the Tg . The short term ageing of these polymer blends specimens in a commonly used aeronautic fluid has also been studied, and showed the protection effect of the PEKK polymer in the blends.

Les céramiques de type non-oxyde à base de silicium ont été très largement étudiées en raison deleurs incroyables propriétés thermostructurales généralement très supérieures à celles desmatériaux conventionnels. En particulier, les carbonitrures de bore et de silicium (SiBCN)proposent une grande fiabilité mécanique et sont stables jusqu’à des températures de l’ordre de2200 °C en raison de la faible mobilité atomique de leurs structures. Le développement de la voie« polymères précéramiques » s’est avéré primordial pour la réalisation de céramiques techniquesaux propriétés contrôlées. Au travers de la thermolyse des polymères, une large gamme decéramiques peut être obtenue à partir de précurseurs moléculaires en contrôlant à la fois lastructure de l’unité monomérique et le degré de polymérisation, mais aussi la procédure dethermolyse. La thermolyse directe des polymères est compatible avec plusieurs types detechniques de mise en forme et offre la possibilité de réaliser des structures et des objets deformes complexes. Le nanomoulage à partir d’un moule poreux et le co-assemblage d’unpolymère précéramique et d’un bloc copolymère sont deux voies largement empruntées pour laproduction de céramiques poreuses ordonnées. Ce manuscrit présente une étude sur l’élaborationde céramiques de type SiBCN mésoporeuses ordonnées selon la méthode du nanomoulage. Lamise en forme de ces poudres céramiques par frittage flash conduit alors à la fabrication demonolithes à porosité hiérarchisée. Une deuxième partie envisage également l’utilisation d’uncopolymère tribloc comme agent structurant pour la synthèse de matériaux mésoporeux ordonnésde type carbure de silicium. / SiC based non-oxide type ceramics have been largely studied due to high thermostructural properties.In particular, Silicoboron carbonitrides (SiBCN) display high mechanic reliability and stay stableuntil temperature such as 2200 °C due to a low atomic mobility in their structure. The developpementof the Polymer Derived Ceramics (PDCs) route played a major role in the production of technicalceramics with controlled properties. Through the thermolysis of preceramic polymers, a large rangeof ceramics can be obtained from molecular precursors while controlling at the same time themonomeric unit structure, the polymerization level but also the thermolysis process. Directthermolysis of polymers is compatible with many shaping techniques and offers the opportunity torealize complex shapes/structures. Nanocasting from a porous template and self-assembling of apreceramic polymer and multi-bloc copolymers are the main strategies leading to organized porousceramics. This document is about the fabrication of organized mesoporous SiBCN-type ceramics viananocasting. The shaping of such ceramic powders with the spark plasma sintering technique leads tomonoliths with hierarchical porosity. A second part considers the use of a commercial tri-blockcopolymer as structuring agent for the synthesis of SiC-type ordered materials.

Dans cette étude nous utilisons une méthode expérimentale novatrice, la mesure du bruit en 1/f, pour approfondir la compréhension des mécanismes de transport dans les compo-sites polymères conducteurs : polyaniline (PANI) - polyméthacrylate de méthyle (PMMA). Une description précise du dispositif utilisé pour ces mesures est présentée. L'influence de la forme de l'échantillon, de la position des contacts électriques et de la méthode de mesure (2 ou 4 contacts) sur le niveau de bruit enregistré est discutée. Puis nous montrons que les composites PANI-PMMA présentent un bruit en 1/f dont l'amplitude S_R, en fonction de la concentration et de la résistance R, suit les lois d'échelle de la percolation avec des exposants critiques kappa=2.19 et w=1.15. L'influence des défauts est testée par l'introduction intentionnelle de coupure dans le réseau conducteur de PANI. La plus forte sensibilité de S_R, comparée à R, est mise en évidence expérimentalement et par simulation numérique.

Au moins une fraction de la phase amorphe des polymères semi-cristallins, confinés par des lamelles cristallines, est dans un état hors d'équilibre, de sorte qu'un " vieillissement physique " ou une " cristallisation secondaire " peut être observé (par exemple, par calorimétrie), et ce, même au-dessus de la température de transition vitreuse. Cette question a déjà été abordée dans la littérature dans plusieurs polymères semi-cristallins à la pression atmosphérique. Cependant, et en dépit de l'influence bien connue de la pression sur la mobilité moléculaire, la sensibilité à la pression de ces réarrangements microstructuraux n'a jamais été regardée. Cette étude porte sur l'évolution microstructurale du poly-éther-éther-cétone (PEEK) sous haute pression, en comparaison avec la pression atmosphérique. Ce phénomène est suivi par calorimétrie différentielle à balayage (DSC). Une influence significative de la pression est mise en évidence : elle agit sur le confinement des réarrangements dans des domaines spatialement limités. La stabilité et la coexistence de différents processus de réorganisation induits par des recuits successifs sont également étudiées. Enfin, les relations entre phase amorphe contrainte et " libre " sont discutées. En effet, la fraction libre de la phase amorphe se relaxe lors de recuits à la pression atmosphérique et se densifie lors de recuits sous haute pression. Tous ces résultats permettent d'étayer la discussion sur les phénomènes mis en œuvre lors de l'évolution microstructurale du PEEK, à savoir un " vieillissement physique " ou de la " cristallisation secondaire ", avec un faisceau d'éléments convergents en faveur du premier.

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