Contribution à l'étude et à la modélisation de la mésostructure de composites polymères-noir de carbone

Les proprétés physiques des matériaux hétérogènes polymère/noir de carbone sont étroitement liées à l'arrangement des particules conductrices dans la matrice, c'est-à-dire à leur mésostructure. Afin d'étudier celle-ci, nous avons utilisé une extension de la microscopie à champ proche appelée Résiscope qui permet grâce aux propriétés électriques locales de ces matériaux de révéler les connexions électriques entre particules. L'analyse comparative de trois séries de matériaux ayant subi des mélanges différents a permis de montrer qu'un modèle de percolation ne représente que très imparfaitement la mésostructure des matériaux réels et qu'une analyse numérique appropriée des images fournit des renseignements sur la mésostructure à courte et à grande échelles. Enfin, nous avons entrepris l'élaboration de modèles de structures alternatifs fondés sur des données de microscopie électronique en transmission.The physical properties of heterogeneous materials, polymer/carbon black composites, depend closely on the arrangement of the particles in the matrix which is called the mesostructure. In order to study it, we have used an extension of the AFM microscope that takes advantage of the local electrical properties of the materials for characterizing the electrical connections among particles. The comparative study of three series of samples processed with different mixing conditions allowed us to show that percolation models do not represent adequately the actual mesostructure. Besides, appropriate numerical analysis of the images allowed us to deduce distinct information on the mesostructure at short and long scales. In a last part, we have initiated the construction of new mathematical models for the mesostructure based on transmission electronic micrographs of the materials