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Cette étude porte sur la production et à la caractérisation de matériaux composites à base de matrices d’époxy modifiées par incorporation de particules de caoutchouc recyclées et dévulcanisées. Ces matrices sont renforcées par des fibres d'alumine (Al2O3- FA) et/ou par des nanoplaquettes de graphène (GnPs). Principalement, la fabrication, la caractérisation générale des composites ainsi que l’identification des mécanismes de renforcement à l’échelle micro et nano ont été réalisées. En outre, la fabrication de composites multifonctionnels à base de caoutchouc dévulcanisé et d'époxy a été réalisée pour des applications diverses potentielles dans les industries aéronautique et automobile. Dans un premier temps, les propriétés mécaniques et thermomécaniques des composites ont été étudiées de manière approfondie. L’étude mécanique a consisté à mesurer le module d’élasticité, la ténacité et la température de transition vitreuse. / Recycling of rubber is gaining importance across the world in many industries due to shrinking resources, increasing cost of raw materials, growing conscious about sustainable development as well as environmental issues. In the frame of the common research program between Michigan Tech University/USA and Supmeca/Paris-FRANCE, this PhD work is devoted to the design, development and characterization of recycled rubber modified epoxy-based composites . Additionally, alumina (Al2O3) fibers (AFs) and/or graphene nano platelets (GnPs) have been used as the basic reinforcements. A detailed experimental approach was adapted to these multifunctional composites for explaining of toughening mechanisms by means of fracture toughness test methods and scanning electron microscopy (SEM) on the fracture surfaces. Also, different case studies were included at the end of this work for various potential applications in aeronautic and automotive industries.