Propriétés mécaniques de films polymères ultraminces

Abstract

This thesis describes a few experimental approaches designed to measure the mechanical properties of ultrathin polymer films (with thickness between 20 and a few hundreds of nanometers). Our experiences aim to understand the effect of confinement and of the surfaces on their properties. We present mainly the conception and the use of a dewetting experiment of thin films on a liquid substrate. The technique is shown to allow a direct and simple measurement of the viscoelastic properties of the polymer films above $T_g$. The results obtained on ultrathin films bring evidence that the rubbery plateau of polystyrene is unaffected by the confinement up to a fraction of the coil size. For the same films, the viscosity is found to be greatly reduced as compare to the bulk value. Some other phenomenon encountered during the wetting or dewetting of polymer films are also discussed. In a second part, we present another experiment based on a wrinkling instability occuring in the glassy state. A simple observation of the wrinkles allow to follow the variations of the elastic modulus. Finally, we report an AFM study that aims to investigate the effect of the surfaces and the interfaces in a filled elastomer.Cette thèse présente quelques approches expérimentales destinées à mesurer les propriétés mécaniques de films de polymères ultraminces, d'épaisseurs comprise entre 20 et quelques centaines de nanomètre. Nous présentons principalement la conception et l'exploitation d'une expérience de démouillage de films ultraminces sur substrat liquide. Nous montrons dans un premier temps que cette technique permet une mesure simple des propriétés viscoélastiques des films de polymères au dessus de Tg. Les résultats obtenus sur des films ultraminces mettent en évidence que le module au plateau caoutchoutique du polystyrene n'est pas affecté par le confinement, alors même que la viscosité est fortement réduite lorsque l'épaisseur des films est comparable au rayon de gyration des polymères. Divers phénomènes liés au mouillage ou au démouillage de films sont également abordés. Dans une seconde partie, nous présentons une autre expérience fondée sur une instabilité mécanique sur des films vitreux. Une simple observation des motifs induits permet de suivre l'évolution du module élastique dans le domaine vitreux. Enfin, une étude portant sur les possibilités d'investigations des effets de surface et d'interface par AFM sur des élastomères chargés est présentée dans une troisième partie