23/09/2025: soutenance de thèse de Alaa ISMAEL

Résumé

Ce travail porte sur la polymérisation in situ du polypyrrole (PPy), un polymère conducteur, sur des fils de lin selon différentes stratégies afin d'améliorer leur potentiel électrothermique tout en préservant leurs caractéristiques à un degré acceptable pour l’impression 3D. Le lin (Linum usitatissimum) a été sélectionné en raison de ses propriétés mécaniques favorables, de son profil d’analyse de cycle de vie et de sa pertinence industrielle. Des techniques de caractérisation ont été sélectionnées pour évaluer la distribution, l'épaisseur et la localisation (surface vs. intra fibre) de la couche de PPy, ainsi que l'état du dopant du polymère. Les modifications de la composition biochimique, de la texture de la surface et de l'intégrité mécanique qui en résultent ont été analysées. L'impact  de l'humidité relative sur la stabilité dimensionnelle, les performances mécaniques et le comportement électrothermique (élévation thermique par effet Joule) a été étudié pour comprendre le potentiel d'actionnement à double mode - induit par l'humidité et stimulé électriquement. Afin d'assurer la transition vers une application pratique, cette étude porte également sur le passage à une échelle supérieure du procédé de fonctionnalisation. Une stratégie de revêtement continu sur fil a été développée puis le fil fonctionnalisé a été co-extrudé avec une matrice thermoplastique. Les filaments obtenus ont ensuite été utilisés pour l'impression 3D de structures bicouches, conçues pour exploiter l'actionnement passif (induit par l'humidité) et actif (induit par l'électricité), démontrant en partie l’efficacité de la fonctionnalisation. Une discussion sur les pertes liée aux étapes des procédés est proposée.

Abstract

This work focuses on the in situ polymerization of polypyrrole (PPy), a conductive polymer, on flax yarns using different strategies to improve their electrothermal potential while preserving their characteristics to an acceptable degree for 3D printing. Flax (Linum usitatissimum) was selected for its favorable mechanical properties, its life cycle analysis profile, and its industrial relevance. Characterization techniques were selected to assess the distribution, thickness and localization (surface vs. intra-fibre) of the PPy layer, as well as the dopant status of the polymer. The resulting changes in biochemical composition, surface texture and mechanical integrity were analyzed. The impact of relative humidity on dimensional stability, mechanical performance and electrothermal behavior (thermal elevation due to the Joule effect) has been investigated to understand dual-mode actuation- induced by humidity and electrical stimuli. To ensure the transition to practical application, this study also focuses on scaling up the functionalization process. A continuous yarn coating strategy was developed, followed by co-extrusion of the functionalized contineous with a thermoplastic matrix. The resulting filaments were then used for 3D printing of bilayer structures, designed to exploit passive (humidity-induced) and active (electricity-induced) actuation, demonstrating in part the effectiveness of functionalization. A discussion of losses related to the process steps is provided.