• Langue : Français
• Discipline : Génie des matériaux
• Identifiant : 2025ULILN033
• Type de thèse : Doctorat
• Date de soutenance : 04/12/2025

Résumé en langue originale

Maintenir le corps humain en état de confort thermique est essentiel au bien-être et au bon fonctionnement biologique. Dans des environnements extrêmes ou soumis à des variations rapides de température, les mécanismes naturels de régulation deviennent insuffisants, provoquant un stress thermique. Pour y remédier, la gestion thermique personnelle, reposant sur le développement de vêtements intelligents, constitue une approche prometteuse. En agissant directement sur le microclimat entre la peau et le textile, elle permet de réguler localement la température sans recourir à des systèmes énergivores de chauffage ou de climatisation.Cette thèse s'inscrit dans le développement de matériaux innovants destinés à la gestion radiative de la chaleur corporelle. Elle porte sur la conception et l'élaboration de membranes polymères composites intégrant des microstructures tridimensionnelles d'oxyde de zinc (ZnO), matériau reconnu pour sa stabilité, sa non-toxicité et ses propriétés optiques remarquables. L'objectif est de créer une barrière thermique efficace, capable de limiter les pertes de chaleur par rayonnement infrarouge, principal mode de dissipation de la chaleur au repos.La démarche adoptée combine la synthèse, la caractérisation et la modélisation. Les microstructures hiérarchiques de ZnO ont été élaborées par voie hydrothermale, procédé offrant un contrôle précis de la morphologie et une excellente qualité cristalline. Les paramètres de synthèse (température, concentration, temps de croissance) ont été optimisés afin d'obtenir des architectures tridimensionnelles favorisant la réflexion du rayonnement infrarouge. Ces structures ont ensuite été incorporées dans des matrices polymères souples, formant des membranes composites à propriétés thermiques et optiques ajustables.Les matériaux obtenus ont été caractérisés à l'aide de techniques multi-analytiques (XRD, MEB, FTIR, Raman, UV-Vis, DSC, TGA). Les résultats montrent une corrélation directe entre la morphologie du ZnO et la réponse optique dans le domaine moyen infrarouge. L'étude a été complétée par une modélisation théorique fondée sur le modèle de Maxwell-Garnett, permettant d'estimer l'indice de réfraction et le coefficient d'extinction effectifs des composites, et de valider les observations expérimentales.Les membranes développées présentent une amélioration significative de la réflexion infrarouge, confirmant leur potentiel en tant que barrières thermiques radiatives. En limitant les pertes de chaleur émises par le corps, elles ouvrent la voie à la conception de textiles intelligents capables d'assurer un confort thermique durable sans apport énergétique externe. Ce travail s'inscrit dans une perspective de développement durable et d'innovation textile, en proposant une alternative abordable et écologique aux matériaux métalliques conventionnels.Réalisée dans le cadre du projet national ANR-POCOMA (Polymer Membranes for Personal Thermal Comfort Management), cette thèse associe recherche fondamentale et application industrielle. Elle démontre que la structuration contrôlée du ZnO au sein de matrices polymères offre une voie prometteuse pour la création de textiles fonctionnels à gestion radiative, contribuant à une réduction de la consommation énergétique et à l'amélioration du confort thermique individuel.

Résumé traduit

Maintaining the human body in a state of thermal comfort is essential for well-being and proper physiological function. In extreme environments or under rapid temperature fluctuations, natural thermoregulatory mechanisms can become insufficient, resulting in thermal stress. To address this, personal thermal management, based on the development of smart textiles, represents a promising approach. By acting directly on the microclimate between the skin and the fabric, it enables local temperature regulation without relying on energy-intensive heating or cooling systems.This thesis focuses on the development of polymer membranes designed for radiative heat management. It involves the design and fabrication of composite polymer membranes incorporating three-dimensional zinc oxide (ZnO) microstructures, a material known for its stability, non-toxicity, and remarkable optical properties. The objective is to create an efficient thermal barrier that can limit heat loss through infrared radiation, which is the primary mode of heat dissipation at rest.The research approach combines synthesis, characterization, and modeling. Hierarchical ZnO microstructures were synthesized via a hydrothermal method, offering precise control over morphology and high crystalline quality. The synthesis parameters (temperature, concentration, and growth time) were optimized to obtain three-dimensional architectures promoting infrared reflection. These structures were then incorporated into flexible polymer matrices, forming composite membranes with tunable thermal and optical properties.The obtained materials were characterized using a multi-analytical approach (XRD, SEM, FTIR, Raman, UV-Vis, DSC, TGA). The results reveal a direct correlation between the ZnO morphology and the optical response in the mid-infrared range. The experimental findings were complemented by theoretical modeling based on the Maxwell-Garnett effective medium theory, allowing estimation of the refractive index and extinction coefficient of the composites, and confirming the consistency between theory and experiment.The developed membranes exhibit a significant enhancement of infrared reflectivity, confirming their potential as radiative thermal barriers. By reducing body heat losses, they pave the way for the design of smart textiles capable of ensuring sustainable thermal comfort without external energy input. This work aligns with the principles of sustainable development and textile innovation, offering an affordable and eco-friendly alternative to conventional metallic materials.Conducted within the framework of the national project ANR-POCOMA (Polymer Membranes for Personal Thermal Comfort Management), this research bridges fundamental science and industrial application. It demonstrates that the controlled structuring of ZnO within polymer matrices provides a promising route for the development of radiative heat management textiles, contributing to energy savings and enhanced personal thermal comfort.