Étude des propriétés thermiques et de la morphologie des nanobiopolymères à base de poly acide

173 Pages·2017·3.34 MB·French

by  Kahina Issaadi

Étude des propriétés thermiques et de la morphologie
des nanobiopolymères à base de poly acide lactique:
effet de la composition et de la nature de la nanocharge
Kahina Isaadi Issaadi
To cite this version:
Kahina Isaadi Issaadi. Étude des propriétés thermiques et de la morphologie des nanobiopolymères
à base de poly acide lactique: effet de la composition et de la nature de la nanocharge. Matériaux.
UniversitédeBretagneSud; UniversitéAbderrahmaneMira-Bejaïa(Bejaïa, Algérie), 2015. Français.
￿NNT: 2015LORIS388￿. ￿tel-01307026v2￿
HAL Id: tel-01307026
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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE
MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE

UNIVERSITE A.MIRA-BEJAIA
FACULTE DE TECHNOLOGIE
DEPARTEMENT DE GENIE DES PROCEDES

THÈSE
En Cotutelle
DOCTEUR DE L’UNIVERSITE A.MIRA BEJAIA (ALGERIE)
Domaine : Génie des Procédés Filière : Génie des Procédés
Spécialité : Génie des Procédés

DOCTEUR DE L’UNIVERSITE DE BRETAGNE SUD LORIENT
(FRANCE)

Présentée par

Kahina ISSAADI

Étude des propriétés thermiques et de la morphologie des
nanobiopolymères à base de poly acide lactique : effet de la composition
et de la nature de la nanocharge

Soutenue le : ………………. Devant le Jury composé de :

Mustapha Kaci Professeur U n i v e rsité A.Mira-Béjaia Président
Abderrahmane Habi MCA Université A.Mira-Béjaia Rapporteur
Yves Grohens Professeur Université de Bretagne Sud Rapporteur
Assia Sihem Hadj Hamou Professeur USTHB – Alger Examinatrice
Jose-Marie Lopez-Cuesta Professeur Ecole des mines d’Alès Examinateur
Anne Bergeret Professeur Ecole des mines d’Alès Examinatrice

Année Universitaire : 2014/2015
Étude des propriétés thermiques et de la morphologie des nanobiopolymères à base de poly acide lactique Kahina Issadi 2015
Étude des propriétés thermiques et de la morphologie des nanobiopolymères à base de poly acide lactique Kahina Issadi 2015
VALORISATION DES TRAVAUX DE RECHERCHE DE THESE

Les travaux de thèse ont fait l’objet d’une publication internationale dans le journal «Applied
Clay Science», revue spécialisée dotée d’un facteur d’impact de 2.70.

Kahina Issaadi, Abderrahmane Habi, Yves Grohens, Isabelle Pillin, Effect of the
montmorillonite intercalant and anhydride maleic grafting on polylactic acid structure and
properties, Applied Clay Science 107 (2015) 62–69.

Deux autres publications sont rédigées dont une est soumise dans la revue Polymer Testing
dotée d’un facteur d’impact de 1.82 et l’autre prête à être soumise.

De plus, les résultats des travaux de recherche ont fait l’objet de communications
internationales et nationales:

1. Kahina Issaadi, Abderrahmane Habi, Yves Grohens, Isabelle Pillin, « Nanobiocomposites à
base de poly acide lactique», 6ème Forum de Béjaia « l’université et le monde productif », 01 au
04 juillet 2012 à l’université de Béjaia (Algérie).

2. Kahina Issaadi, Abderrahmane Habi, Yves Grohens, Isabelle Pillin, « Le Poly acide lactique
greffé anhydride maléique comme matrice et comme compatibilisant dans les nanocomposites
PLA/Argiles», congrès GFP – BPG 2013,18 au 21 Novembre 2013 à l’université de Roubaix
(France).

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REMERCIEMENTS

Ce travail a été réalisé dans le cadre d’une cotutelle de thèse entre le Laboratoire des
Matériaux Organiques de l’Université de Béjaia (LMO) et le Laboratoire d’Ingénierie des
Matériaux de Bretagne de l’Université de Bretagne Sud en France (LIMATB).

Miséricorde et louanges à ALLAH qui m’a donné la force, la santé et surtout la foi de mener
mon humble travail à terme sans perdre courage malgré les difficultés.

Ma gratitude sincère et profonde est adressée à mon Directeur de thèse, Monsieur
Abderrahmane HABI, Maître des Conférences, Habilité à diriger des recherches à l’Université de
Béjaia, et mon Co-directeur de thèse, Monsieur Yves GROHENS, professeur à l’Université de
Bretagne Sud à Lorient, pour m’avoir intégrée dans leurs équipes de recherche, de la confiance
qu’ils m’ont accordée en me proposant ce thème. Je les remercie infiniment pour leurs nombreux
conseils, remarques et suggestions qui m’ont permis d’améliorer constamment la qualité de ce
travail ainsi que pour la gentillesse et la patience qu'ils ont manifestées à mon égard durant cette
thèse. Je ne sais pas comment présenter mes remerciements et ma reconnaissance à Isabelle
PILLIN, docteur, ingénieur à l’Université de Bretagne Sud à Lorient, pour son encadrement
généreux, pour le temps qu’elle m’a consacré et l’aide précieuse non seulement dans
l’expérimentation mais aussi dans les interprétations et la rédaction de ma thèse et de mes articles,
Je la remercie des échanges souvent riches que nous avons eus au cours des réunions ou des
discussions; elle a vraiment su me transmettre une partie de sa passion pour la recherche.
Qu'ALLAH tout puissant leur accorde tout ce qu'ils désirent au monde et bien plus encore.

Un grand merci à Monsieur Mustapha KACI, Professeur à l’Université de Béjaia, que je
respecte et estime particulièrement en tant que professeur mais aussi en tant présidant de mon jury.
Je remercie chaleureusement Madame Assia Siham HADJ-HAMOU, Professeur à
l’Université des Sciences et de la Technologie Houari Boumediene, Alger, Monsieur Jose-Marie
Lopez-Cuesta et Madame Anne Bergeret, Professeurs à l’Ecole des mines d’Alès, pour avoir
accepté de donner de leur temps, malgré leurs nombreuses occupations, pour examiner ce travail et
participer au jury.

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Que la faculté de TECHNOLOGIE de l’université de Béjaia, l’organisme EGIDE et le
programme TASSILI-CMEP 12 MDU 871 trouvent en ces lignes l’expression de ma profonde
reconnaissance, pour l’appui accordé à ce travail à travers le financement de mes stages à Lorient
dont cinq stages m’ont été accordés par la faculté de Technologie et les trois autres par le
programme Tassili-CMEP. Je les remercie pour les moyens techniques offerts pour le bon
déroulement de tous les travaux de cette thèse.

Un gros merci pour les ingénieurs et les techniciens du laboratoire LMO de l’Université de
Bejaia. Je remercie également l’équipe de LIMATB et entre autre Abdelkader Bendahou, Hervé
Bellegou, Mickael Castro, Antoine Kervoelen et Françoise Péresse pour le temps qu’ils ont
consacré à m’aider pour la prise en main des moyens expérimentaux et à répondre à mes questions.
Merci à tous mes amis (es) du laboratoire entre autres pour les bons moments passés tout le long de
ces années. Je pense en particulier à mes collègues qui étaient, pour moi, plus que des collègues. Je
leur exprime toute mon amitié, ma profonde sympathie et je leur souhaite beaucoup de bien.

Mes pensées vont finalement à l’ensemble de mes proches. Leur amour, leur confiance et
leur soutien m’ont aidé à surmonter cette épreuve. Je pense naturellement à mon tendre mari…
Abdelhak qui m’a donné la force intérieure d’aller au bout de ce parcours. Veuille m’excuser pour
les heures, les soirées, les week-ends et les vacances que je t’ai empruntés; j’espère pouvoir te les
rendre très vite. Je voudrais témoigner également toute mon affection à mes parents et beaux
parents pour l’appui moral déterminant. Ces quelques mots ne suffiront jamais à exprimer tout ce
que je leur dois.

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DEDICACES

Je dédie cette thèse
À

mon chéri Abdelhak,
mes parents et beaux parents,
mes sœurs et frérèes
et toute ma belle famille ainsi que tous mes amis (es).

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Introduction générale .................................................................................................. 1
Chapitre I : Les nanocomposites à matrice biodégradable ............................................................... 7
I. Introduction .............................................................................................................. 7
II. Généralités sur les polymères biodégradables .................................................... 7
II. 1. Définition ................................................................................................................................. 7
II. 2. Production des polymères biodégradables .............................................................................. 8
II. 3. Classification et application des polymères biodégradables ................................................... 9
II. 3. 1. Polymères biodégradables issus de ressources fossiles .............................................................................. 9
II. 3. 2. Polymères biodégradables issus de ressources renouvelables ................................................................. 10
II. 4. Le poly acide lactique ............................................................................................................ 12
II. 4. 1. Propriétés et application du PLA .............................................................................................................. 13
II. 4. 2. Fonctionnalisation du poly acide lactique ................................................................................................ 14
III. Les nanocharges .................................................................................................. 15
III. 1. Les argiles lamellaires .......................................................................................................... 16
III. 1. 1. Les montmorillonites naturelles (MMT) .................................................................................................. 16
III. 1. 2. Les montmorillonites organophiles (OMMT) .......................................................................................... 17
III. 2. Le graphène .......................................................................................................................... 17
III. 2. 1. Oxyde de graphite et oxyde de graphène ................................................................................................. 18
III. 2. 2. Synthèse du graphène .............................................................................................................................. 21
III. 2. 3. Techniques de caractérisation du graphène ............................................................................................ 24
IV. Les nanobiocomposites ....................................................................................... 26
IV. 1. Les voies de synthèse des nanocomposites .......................................................................... 27
IV. 1. 1. Intercalation par voie solvant .................................................................................................................. 27
IV. 1. 2. Intercalation par voie fondue ................................................................................................................... 27
IV. 1. 3. Intercalation par polymérisation in-situ .................................................................................................. 27
IV. 2. Les nanobiocomposites à base d’argiles lamellaires ............................................................ 28
IV. 3. Les nanobiocomposites à base de graphène ......................................................................... 31
IV. 3. 1. Propriétés rhéologiques ........................................................................................................................... 32
IV. 3. 2. Stabilité thermique ................................................................................................................................... 33
IV. 3. 3. Conductivité électrique ............................................................................................................................ 33
IV. 3. 4. Conductivité thermique ............................................................................................................................ 33
IV. 3. 5. Propriétés mécaniques ............................................................................................................................. 33
IV. 3. 6. Perméabilité aux gaz ................................................................................................................................ 34
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V. Conclusion ............................................................................................................. 34
Références bibliographiques .................................................................................... 35
Chapitre II : Matériaux et techniques expérimentales .................................................................... 39
I. Matériaux utilisés ................................................................................................... 39
I. 1. Poly acide lactique .................................................................................................................. 39
I. 2. Produits chimiques .................................................................................................................. 40
I. 3. Nanocharges ............................................................................................................................ 41
I. 3. 1. Cloisites® (C30B et C20A).......................................................................................................................... 41
I. 3. 2. Graphite naturel ......................................................................................................................................... 43
I. 3. 3. Graphène fonctionnalisé époxy .................................................................................................................. 43
II. Techniques de mises en œuvre ............................................................................ 43
II. 1. Greffage de l’anhydride maléique sur le poly acide lactique ................................................ 43
II. 2. Méthodes de préparation des films des nanobiocomposites à base de PLA et de Cloisite® . 44
II. 3. Préparation de l’Oxyde de Graphène (OG) ........................................................................... 44
II. 4. Préparation des nanobiocomposites poly acide lactique/oxyde de graphène (PLA/xOG) en
solution ........................................................................................................................................... 45
II. 5. Préparation des nanobiocomposites poly acide lactique/graphène fonctionnalisé époxy
(PLA/xGFe) par le mélange à l’état fondu ..................................................................................... 45
III. Techniques de caractérisation ........................................................................... 47
III. 1. Titrage chimique .................................................................................................................. 47
III. 2. Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier (IRTF) ............................................... 48
III. 3. Chromatographie d’Exclusion Stérique (CES) .................................................................... 48
III. 4. Etat de dispersion des nanocharges dans les matrices PLA, PLAgMA et PLA/PLA0,44. .. 49
III. 4. 1. Diffraction des Rayons X (DRX) .............................................................................................................. 49
III. 4. 2. Microscopie électronique à transmission (MET) ..................................................................................... 50
III. 4. 3. Mesures rhéologiques .............................................................................................................................. 50
III. 4. 4. Nano Spectrométrie de Masse à Ions Secondaires (SIMS) ...................................................................... 51
III. 5. Analyse Dynamique Mécanique (DMA) ............................................................................. 51
III. 6. Tests mécaniques de traction ................................................................................................ 52
III. 7. Test de perméabilité à la vapeur d'eau ................................................................................. 52
III. 8. Microscopie Electronique à Balayage (MEB) ..................................................................... 54
III. 9. Microscope à Force Atomique (AFM) ................................................................................. 54
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