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I.1. Introduction Depuis les années 1940, la communauté des matériaux a pris conscience de l’intérêt que pouvaient présenter les composites. Ces matériaux sont constitués de l’assemblage d’aux moins deux phases de natures différentes [1, 2]. On distingue généralement une ossature, appelée renfort, qui assure la tenue mécanique et une protection, dénommée matrice, qui peut être un polymère assurant la cohésion de la structure [3, 4]. Au cours des dernières décennies, ces matériaux ont été particulièrement étudiés en raison de la possibilité de combiner les propriétés de chacun des constituants, voir générer les propriétés hybrides issues du mélange de ceux-ci. Toutefois, l'apparition des nanocharges ayant une des trois dimensions à l'échelle du nanomètre a permis de mettre en évidence que l'effet du renforcement devient de plus en plus remarquable à mesure que la taille individuelle de la charge diminue. D'où la naissance des matériaux nanocomposites. I.2. Matériaux nanocomposites Les nanocomposites proviennent de la combinaison d’une matrice (polymère, céramique, métal,…) et de charge qui possède au moins une dimension de l’ordre du nanomètre [5, 6]. L’interaction à l’échelle nanométrique de ces deux constituants permet d’obtenir des propriétés supérieures à celle des composites traditionnels. Ainsi dans le cas des nanocomposites à matrice polymère, l’amélioration simultanée de plusieurs propriétés a déjà été observée [7, 8]. L’enjeu de la mise en œuvre de ces nouveaux matériaux est d’obtenir la dispersion la plus fine possible des charges. I.2.1. Nanocomposites à matrice polymères Les nanocomposites polymères consistent en une matrice polymère dans laquelle sont dispersées des nanoparticules. Ces nanoparticules de formes anisotropes, ont des structures lamellaires, tubulaires, ou encore fibrillaires. On peut ainsi classer les nanocomposites polymères selon la dimension de la charge incorporée. On en distingue trois types: 1.2.1.1. Renforts de type 3D : les trois dimensions de la charge sont de taille nanométrique. La charge se présente sous forme de sphère. Exemple : la silice souvent utilisée dans les silicones, le noir de carbone utilisé comme renfort dans les pneus [9]. 1.2.1.2. Renforts de type 2D : deux des dimensions sont de taille nanométrique. La charge se présente donc sous forme de tube (nanotubes de carbone) [10] ou sous forme de fibre (silicates aciculaires: la sépiolite).
1.2.1.3. Renforts de type 1D : une seule dimension est de l’ordre du nanomètre. La charge se présente sous forme de feuillet (feuillets de graphites ou feuillets d’argiles : la Montmorillonite [11]). Le Tableau I.1 répertorie les dimensions caractéristiques de différents renforts microniques et nanométriques [12]. Tableau I.1 : Dimensions caractéristiques de différents renforts microniques et nanométriques [12]. Renfort Géometrie Dimensions caractéristiques Facteur de forme (L/ Ф, L/e) Surface spécifique (m 2 /g ) Noir de carbone Sphérique Ф= 250 nm 1 7 - 12 Silice pyrogène Ф= 5 - 10 nm 50 - 400 Nanotube de Tubulaire Ф =1 - 50 nm >1000 100 - 400 carbone L=10 - 100 μm Talc Lamellaire L=1 - 20 µm 5-20 2 - 35 Montmorillonite L=0.6 -1 µm 600-1000 700 - 800 Les propriétés des nanocomposites polymères dépendent non seulement des caractéristiques individuelles de leurs composantes (charge et matrice polymère), mais également des interactions interparticulaires. Lorsque la dispersion de la charge est totalement établie, la combinaison d’une importante surface interfaciale et de distances interparticulaires très courtes affecte considérablement le comportement du nanocomposite. Ainsi l’incorporation de nanocharges au sein de ces matériaux permet de modifier considérablement leurs propriétés telles que : mécaniques [13], thermiques [14], électriques [15] ou encore magnétiques [16]. Ces caractéristiques attrayantes ouvrent de vastes perspectives d'application dans des domaines comme : l’emballage alimentaire, l'automobile, et bien d’autres. I.2.2. Renforts nanométriques à base d’argile L'idée d'incorporer l’argile à des polymères n'est pas récente. Elle a été pour la première fois utilisée en 1961 par Blumstein [17] dans le but d'intercaler un monomère vinylique par polymérisation au sein de la Montmorillonite. Cependant, les recherches consacrées aux systèmes polymère/argile ont connu un grand foisonnement, vers la fin des années 80, notamment avec les travaux du centre de recherche de Toyota au Japon en 1987 [18, 19] qui ont démontré que l’introduction de la montmorillonite, même à une faible quantité, produit une amélioration importante des propriétés thermiques et mécaniques [20] (Tableau I.2). Depuis, un grand effort a été consacré à la recherche et au développement de ces matériaux [21, 22].
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