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National audience; Nous proposons l'étude de matériaux composites industriels simplifiés constitués de caoutchouc non réticulé (copolymère styrène-butadiène " SBR ") renforcés par des charges nanométriques de silice hautement dispersible. Afin d'identifier les mécanismes physico-chimiques responsables de ce renforcement et être capable de l'optimiser, nous devons comprendre les corrélations existantes entre les propriétés macroscopiques du matériau et la structure des charges à différentes échelles. Pour cela, une large campagne d'expériences de diffusion des rayons-X aux petits angles (DXPA) ainsi que de nombreux clichés de microscopie électronique ont été réalisés. En couplant ces données avec des simulations Monte-Carlo, il a été notamment possible de mettre en avant la présence d'une organisation à trois niveaux en partant de billes élémentaires d'une dizaine de nanomètres formant des agrégats eux-mêmes arrangés selon un réseau tridimensionnel branché existant à travers tout l'échantillon. Afin de déceler les corrélations existantes entre structure et propriétés, nous nous sommes attachés à décrire systématiquement l'influence de paramètres-clés tels que la fraction volumique en silice, le type de polymère employé (greffable sur la silice ou pas) ou leur masse molaire sur la morphologie des charges (par exemple la taille des agrégats) ainsi que sur le comportement mécanique (par exemple leur module d'élasticité) des composites. Ce travail a permis d'identifier la densité de greffage des chaines comme le paramètre définissant la structure des composites et impactant significativement le renforcement. Ces travaux résolument tournés vers la compréhension fondamentale, sont aussi une contribution à la recherche d'une loi de comportement décrivant l'effet de la structure des charges sur les performances des pneumatiques. Cette dernière doit permettre de répondre à des problématiques rencontrées en ingénierie telles que la résistance à l'usure, l'adhérence, ou la résistance au roulement.

Since 1992 and the apparition of highly dispersible silica as a nanofiller in the green-tire formulation, the structure and dynamics of precipitated silica-SBR nanocomposites produced by solid phase mixing is of a great interest for manufacturers. In this work, we make use of SAXS and TEM to investigate the organization of silica nanoparticles (Rsi 10nm) varying the filler fraction while dynamics is studied by broadband dielectric spectroscopy (BDS) and rheology. The structural analysis of such complex materials revealed a multi-scale filler organization based on a 3D fractal network built up from aggregates made of nanoparticles [1]. The characteristics (size, average aggregation number, compacity...) of such aggregates are extracted from a combined analysis of SAXS and TEM data taking into account the aggregate polydispersity (Nagg50, 35%). Jointly with mechanical experiments, this analysis enables us to estimate the critical aggregation volume fraction at which the network fully percolates (Figure 1a). In the same context, the ionic conductivity () measured by BDS at high temperature displays a jump from 12.7% of silica that we associate with the percolation threshold observed in rheology (Figure 1b). Moreover, at lower temperatures, a Maxwell-Wagner-Sillars process related to the charges blocked at the interface between silica and polymer is observed at temperatures higher than the glass transition in the nanocomposites.