Les matériaux composites à matrice polymère sont couramment utilisés dans des structures dont la durée de vie peut dépasser la dizaine d’années. En conditions de service, ils peuvent être soumis à des sollicitations thermiques, mécaniques et hydriques, couplées ou non, et subissent également un vieillissement, c’est-à-dire une évolution de leur structure induisant une modification, et souvent une dégradation de leurs performances via divers mécanismes. Ceci est particulièrement vrai pour les propriétés ignifuges et thermomécaniques. Si de nombreuses études traitent de l’impact du vieillissement sur les propriétés mécaniques, peu de travaux mettent en évidence une perte partielle ou totale de résistance au feu de matériaux ignifugés après vieillissement. Par ailleurs, une tendance forte aujourd’hui est le développement de matériaux composites renforcés par des fibres naturelles, susceptibles de remplacer les fibres de verre. Cependant, les fibres naturelles sont sujettes à dégradation en conditions hygrothermiques ou hydrothermiques. De même, les systèmes retardateurs de flamme les plus étudiés aujourd’hui, à base de phosphore, sont sensibles à ce type de vieillissement.Ces travaux de thèses rapportent l’évolution du comportement au feu et thermomécanique d’un composite à matrice époxy renforcé par des fibres de lin et contenant un retardateur de flamme phosphoré face à divers scénarios de vieillissement. Afin de comprendre l’influence des paramètres de vieillissement, des environnements hygrothermiques à 70°C et humidité relative variable mais également hydrothermique ont été imposés aux composites ignifugés avec deux retardateurs de flammes phosphorés différents. L’influence de la température, ainsi que celle d’un séchage, ont également été étudiées. L’évolution des propriétés du biocomposite ignifugé, que ce soit les propriétés mécaniques ou la réaction au feu, a été mise en relation avec la quantité d’eau absorbée par celui-ci lors du vieillissement. Enfin, puisque les composites étudiés peuvent être utilisés pour des applications exigeant un maintien des performances mécaniques en cas d’incendie, ces travaux de thèse ont porté également sur l’évolution des propriétés mécaniques des différents matériaux étudiés vieillis hydrothermiquement après une exposition à un flux de chaleur correspondant à un début d’incendie. / Polymeric materials, especially composites are used for long term applications. When used, those materials can be subjected, for example, to thermic, mechanical or hydric stresses but can also age. Indeed, with time, there will be an evolution of their structure leading, in most cases, to an alteration of their properties via several mechanisms. This is all the more true for their mechanical and fire performances. If many studies analyze the influence of ageing on the mechanical properties of a composite, few highlight a partial or total drop of fire performances of a fire-retarded composite. Moreover, the substitution of glass fibers by natural fibers is a trend in constant evolution but those natural fibers can be easily degraded during a hygrothermal or hydrothermal ageing. Similarly, flame retardant containing phosphorous are more and more studied while being sensitive to those types of ageing.This thesis reports the evolution of a thermoset composite (epoxy matrix) reinforced with natural fibers (UD flax fibers) and containing a phosphorous flame retardant through various ageing scenarios and the impact of ageing on their mechanical properties and their fire performances. In order to understand the influence of the various ageing parameters, hygrothermal and hydrothermal ageings were carried out on flame-retarded composites with two different phosphorous flame retardants. This allowed us to connect the alteration of properties and the amount of water absorbed during ageing. Finally, since sometimes the studied composites must maintain their mechanical properties even exposed to a fire, this thesis also reports the impact of a short exposition to a heat flux similar to small fire on the various studied composites that have been previously subjected to a hydrothermal ageing.

En France, Le secteur du bâtiment représente 40% de la consommation énergétique et 25% des émissions de CO₂. Afin de réduire ces impacts, une nouvelle Réglementation Thermique 2012, est rentrée en application. Dans ce contexte, l’Ecole Centrale de Lille et l’entreprise Norpac ont choisi d’engager une thèse CIFRE dans le but de développer un nouveau système d’isolation thermique par l’extérieur pour le bâtiment. Le choix s’est porté sur l’utilisation de matériaux textiles pour composer ce système appelé « Isolpac », en partenariat avec les entreprises Dickson, PEG, et l’association CLUBTEX. Les travaux de recherche ont d’abord été consacrés à la caractérisation hygrothermique, mécanique et chimique des différents matériaux qui composent le nouveau panneau d’isolation afin de définir leur propriétés intrinsèques, de les comparer avec des matériaux classiques, et de pouvoir valider leur choix pour le nouveau système. Deux méthodes d’essais de vieillissement accéléré ont été appliquées aux toiles.Ensuite, un intérêt particulier a été porté sur l’équilibre hygrothermique du panneau, à travers une simulation dynamique sur le logiciel Wufi® réalisée suite à la caractérisation préalable. En outre, la réaction au feu des panneaux et des perspectives d’essais pour garantir les performances mécaniques ont été étudiées.Enfin, la recherche de techniques de fixation et d’assemblage des panneaux est présentée. Des essais de pose in situ à l’échelle 1 ont été réalisés. Les perspectives d’essais liés à la résistance mécanique et au feu du système sont présentées. Un projet de façade démonstratrice est décrit afin d’être le support d’une demande d’avis technique expérimental du CSTB. / In France, the building industry represents 40% of the total energy consumption and 25% of the total carbon dioxide emissions. In the objective of decreasing those impacts, a new thermal regulation called “Réglementation Thermique 2012” (RT2012), has been applied. In that context, the Ecole Centrale de Lille and the company Norpac, have chosen to engage a CIFRE thesis in order to develop a new external thermal insulation system for buildings. It was chosen to use textile materials to compose that system called “Isolpac”, in partnership with Dickson, PEG and the CLUBTEX association. At first, the research work was devoted to the hygrothermal, mechanical and chemical characterisation of the different materials composing the new insulation panel, to define the intrinsic properties of different materials, to compare them with conventional materials, in order to validate the choice of materials for the new insulation system. Two accelerated ageing methods were applied on the fabrics.Then, a particular interest is focused on the hygrothermal equilibrium of the panel by using a dynamic simulation on the software Wufi® following the previous characterization. Moreover, a work on the fire reaction of the panel and on the perspectives of other tests needed to guarantee the mechanical strength was carried out.Finally, the search of fixation and assembling techniques for the panels is presented. Installation in situ at scale one were made. The perspectives of tests for qualifying the mechanical strength and the fire resistance are described. A project of a demonstrating façade is presented to be the support for a demand of an Experimental Technical Agreement of the CSTB

En dépit de leurs propriétés uniques, les polymères sont très sensibles à la température et sont susceptibles de s'enflammer en présence d'une source de chaleur et au contact de l'air. Afin de remplacer les additifs retardateurs de flammes halogénés, soumis à certaines inquiétudes et restrictions, nous avons étudié de nouveaux systèmes retardateurs de flammes à base d'oxydes minéraux nanométriques concernant deux polymères : le poly(méthacrylate de méthyle) (PMMA) et le polystyrène (PS). Trois stratégies ont été mises en place. Nous avons examiné dans un premier temps l'influence des oxydes d'aluminium et de silicium nanométriques sur les propriétés ignifuges et les mécanismes de stabilité thermique des nanocomposites à matrices thermoplastiques. Divers paramètres ont été évalués comme le taux d'incorporation, la composition chimique des oxydes et le type de matrice polymère. L'impact de la modification de surface des nanoparticules sur la réaction au feu des composites a été également analysé. Les traitements de surface des oxydes concernent des greffages de molécules organiques de faible masse molaire, le dépôt de couches inorganiques et le greffage d'oligomères. Enfin, des combinaisons d'additifs phosphorés et de nanocharges, vierges ou modifiées, ont mis en évidence des synergies notables sur la réaction au feu. L'étude du procédé d'ignifugation des composites a été réalisée notamment par l'analyse approfondie des résidus charbonnés.

Les polyesters insaturés sont des résines thermodurcissables particulièrement appréciées pour leur facilité de mise en œuvre et leur coût modéré. Cependant, comme tous les polymères organiques ils ont une réaction au feu médiocre, ce qui est critique dans un certains nombres de d'applications. L'objectif de cette thèse était d'élaborer de nouvelles formulations de résines ayant un comportement au feu amélioré. La première stratégie développée a été le greffage de monomères phosponés dans la matrice polyester. Des monomères méthacryliques et styrénique ont été synthétisés et utilisés pour remplacer une partie du styrène dans la résine. La stabilité thermique des résines modifiées est diminuée, mais leur comportement au feu est globalement meilleur. Des effets du phosphore en phase gazeuse et en phase condensée ont pu être mis en évidence.Dans une seconde partie, une sélection de particules se distinguant par leur nature, leur taille et leur facteur de forme a été testée. Si l'impact des ces charges est assez limité lorsqu'elles sont utilisées individuellement, des tests calorimétriques ont révélé que certaines combinaisons de particules pouvaient améliorer significativement la réaction au feu des résines. Enfin, des associations d'additifs phosphorés et de particules submicroniques ont été investiguées. Le polyphosphate d'ammonium se distingue des autres additifs par un impact très important sur le comportement au feu et particulièrement par le charbonnement important qu'il engendre, cependant sa combinaison avec des charges inorganiques ne s'est pas révélée probante. / Unsaturated polyesters are thermoset resins particularly appreciated for their low cost and easy processing. Nevertheless one of their main drawbacks is their poor fire resistance. The aim of this PhD thesis was to prepare new resin formulations with an improved fire behaviour. The first part of this work was dedicated to the grafting of phosphorous monomers in the polyester matrix. Methacrylic and styrenic monomers were synthesized and used to replace of part of the styrene in the resin. Resin thermal stability was decreased, but on the whole their fire behaviour was improved. Condensed phase and gas phase effects of phosphorus were highlighted.In a second part, a screening of various kinds of particles with different sizes was performed. Calorimetric tests revealed that, while the effect of these particles used alone is limited, a decrease of resin flammability could be achieved with specific combinations. Finally, commercial phosphorous additives were associated with submicronic fillers. From all the additives tested, ammonium polyphosphate stands out, with a powerful impact on the resin fire reaction and especially a much increased charring. However, its combination with inorganic particles was not conclusive.