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Nanocomposite materials made by dispersion of nano-scale fillers in a soft polymer matrix attract industrial interest because of their enhanced properties. During their formulation, filler-filler and filler-polymer interactions affect the dispersion of the particles, and thus the final nanocomposite structure. The filler dispersion as well as dynamical properties control many material properties and in particular the mechanical response of these materials.In this PhD work, we propose the study of nanocomposites made by dispersion of nano-metric hydrophilic silica particles in a soft hydrophobic polymer matrix of styrene/butadiene (SB), which is commonly used in car tire manufacturing. Since coating agents can react with the filler surface tuning the silica-silica and the silica-polymer interactions, they have been used to promote the compatibility between silica and SB. Firstly, we investigate “simplified industrial nanocomposites” obtained by solid mixing of SB and millimetric silica pellets. By a multiscale approach (microscopy and X-ray scattering, SAXS) we show that: i) the presence of a catalyzer (DPG) unambiguously amplifies the action of the coating agent; ii) the increase of silane content induces the progressive decrease of silica aggregate size. The study of the simplified industrial nanocomposites has been extended to a silica/SB model system. We developed an efficient method to surface-modify colloidal silica NPs in ethanol/water, to stabilize them in the same solvent (MEK) used to dissolve the polymer, and to obtain the final model nanocomposite by solvent casting. For the structural characterization of this multi-step system, we propose a combined SAXS-reverse Monte Carlo approach which allows to investigate the dispersion state of surface-modified silica NPs in precursor solvents (i.e., ethanol/water and MEK) and in the polymer matrix. The filler dispersion is influenced by the characteristics of the grafted silane molecule (varying hydrophobicity, grafting function, and density) and it is shown the quality of the dispersion state is maintained from the precursor suspension to the nanocomposite. Moreover, Broadband Dielectric Spectroscopy (BDS) has been used to investigate the role of silane coating agents in the segmental dynamics of model nanocomposites. We show that the silane molecules can act as plasticizers in pure styrene-butadiene matrices, inducing a significant decrease of the glass transition temperature. We also prove that the chemical surface-modification of the fillers does not affect the segmental dynamics (α-relaxation) in nanocomposites, whereas the presence of “free” silane molecules in the polymer bulk can induce a detectable plasticization effect.; Les matériaux nanocomposites obtenus par la dispersion de charges nanométriques dans un polymère ont de nombreuses applications industrielles à cause de l’amélioration des propriétés des matrices. La dispersion des charges pendant le procès de préparation des nanocomposites est déterminée par les interactions entre charges et avec le polymère. L’état final de dispersion impacte les propriétés structurales, dynamiques et mécaniques du matériau.Dans ce travail de thèse, nous proposons l’étude de nanocomposites produits par dispersion de billes de silice hydrophiles dans une matrice de polymère hydrophobe, i.e., styrene-butadiene (SB), couramment utilisé dans les pneumatiques. Nous avons notamment étudié l’impact des agents de recouvrement - des silanes réagissant avec la surface des charges – qui sont utilisés afin de promouvoir la compatibilité entre la silice et le SB.Dans un premier temps, nous avons étudié des matériaux composites industriels simplifiés obtenus par l’incorporation de silice hautement dispersible dans le SB. En couplant des expériences de diffusion des rayons-X aux petits angles (DXPA) avec de la microscopie, nous avons montré que : i) la présence d’un catalyseur (DPG) amplifie l’effet de l’agent de recouvrement; ii) l'augmentation de la quantité de silane favorise la réduction de la taille des agrégats de silice. De plus, un système modèle équivalent au système industriel simplifié a été développé, mais avec une silice colloïdale. Nous avons mis au point une nouvelle méthode pour modifier la surface des billes de silice en suspensions dans en mélange eau/éthanol. Ces nanoparticules sont ensuite stabilisées dans le même solvant utilisé pour la dissolution du SB, le MEK. Enfin, le composite modèle est obtenu par évaporation du solvant. La dispersion des billes de silice greffées a été étudiée en suspension (i.e., dans le mélange eau/éthanol et MEK) et dans le nanocomposite, en couplant DXPA avec des simulations de Monte-Carlo inverse. Nous avons montré que la qualité de la dispersion dépend du type de silane utilisé et qu’elle est transférée du solvant (MEK) au composite. De plus, l’impact des agents de recouvrement sur les propriétés dynamiques (relaxation α) du système modèle a été étudié par spectroscopie diélectrique, BDS. Nous avons découvert que les agents de recouvrement peuvent plastifier le SB pur, en induisant une baisse significative de la température de transition vitreuse. Dans les composites, la modification de l’état de surface des billes par l’agent de recouvrement n’altère pas la relaxation α. Cependant, la présence de molécules de silane libres dans la matrice polymère du nanocomposite peut également induire un effet de plastification.

National audience; Préface. Cet ouvrage fait suite à l’Ecole thématique Neutrons et Matière Molle qui s’est déroulé du 23 au 27 mai 2009 sous le soleil de la Grande Motte, dans le cadre des Ecoles d’été organisée chaque année par la Société Française de neutronique. L’objectif de cette Ecole était de présenter les techniques de diffusion neutronique à la communauté scientifique de la matière molle, une communauté large aux contours flous formée de physiciens, chimistes et biologistes. Le but était de montrer les atouts importants et spécifiques des neutrons pour les problématiques scientifiques de la matière molle (substitution isotopique, variation de contraste, dynamique de l’hydrogène, mesures non destructives…) afin d’attirer de nouveaux utilisateurs dans le domaine et de transformer ces néophytes en neutroniciens chevronnés. Le programme de l’Ecole s’est donc articulé autour d’un corpus de cours de base sur les propriétés des neutrons et les techniques de diffusion neutronique les plus utiles pour la matière molle (diffusion de neutrons aux petits angles, réflectivité de neutrons, temps de vol, spin-écho), illustré par des cours sur des sujets de recherche actuels pour lesquels les neutrons, en complément d’autres techniques, ont permis des avancées importantes ces dernières années. Le présent recueil s’en fait donc l’écho et le Lecteur pourra trouver aussi bien des cours d’introduction que des cours dédiés à des problématiques précises. Nous espérons ainsi que, depuis le stagiaire de mastère jusqu’à l’utilisateur patenté, chacun trouvera la réponse à la question qu’il se pose. Ce recueil est écrit en langue française. C’est un choix délibéré parce que nous pensons qu’il est important d’avoir des ouvrages de référence dans notre langue, certains scientifiques, souvent parmi les plus jeunes, étant parfois moins familiers avec la langue de Shakespeare qu’avec celle de Molière. Cet ouvrage n’a pas pour vocation de remplacer les ouvrages de référence déjà existant, puisque les techniques neutroniques sont bien établies, mais de présenter ces techniques avec la vision du scientifique de la matière molle. Il complète en ce sens parfaitement la collection SFN qui couvre maintenant pratiquement l’ensemble des thématiques de la diffusion neutronique. Il y a donc nécessairement des recoupements avec certains des ouvrages de cette collection dédiées à des thématiques proches (par exemple Surfaces, Interfaces, Milieux Confinés par Diffusion de Neutrons ou Neutrons et Biologie). Nous incitons donc le Lecteur à se référer aux ouvrages de cette collection s’il désire approfondir certains points, non traités dans le présent recueil ou de façon trop elliptique, car nous sommes surs qu’il y trouvera son bonheur ! Enfin, nous voulons rappeler que cette Ecole n’est pas la première consacrée au domaine, puisqu’il a déjà été organisé une école thématique axée sur La Diffusion aux Petits Angles en 1998 à Albé, par Jean-Pierre Cotton, un des pères fondateurs de l’utilisation de la technique pour l’étude des polymères, et Frédéric Nallet, qui nous a fait l’honneur de bien vouloir faire un cours d’introduction lors de « notre » Ecole. Cette école d’Albé fut un succès et parmi, les nombreux jeunes élèves présents à Albé, certains furent de brillants orateurs dix ans plus tard à la Grande Motte. Le nombre important de jeunes participants à la Grande Motte montre que la technique n’a absolument rien perdu de son attrait. Le dernier chapitre de ce recueil présente d’ailleurs les principales évolutions techniques qui se sont développées entre les deux écoles et qui permettent de faire des expériences dont on n'aurait osé rêver il y a vingt ans. Nous espérons que le flambeau va de nouveau se transmettre et que des élèves de la Grande Motte nous présenterons l’intérêt non démenti des neutrons pour la matière molle au cours d’une future Ecole qui pourrait s’intituler Neutrons et nanosystèmes intelligents. Et pourquoi pas à la Guadeloupe...Bonne lecture !