Face à la pénurie de granulats alluvionnaires, l’utilisation de granulats issus de roches massives est devenue systématique pour la formulation de mortiers ou de bétons. Ainsi, la part des granulats concassés de roche massive a fortement augmenté lors de la dernière décennie alors que, pour des raisons normatives dans le domaine du recyclage, la part des granulats recyclés est amenée à le faire lors de la prochaine. La relation de ces granulats avec l’eau et, plus particulièrement, de leur fraction fine est beaucoup plus complexe que celle de leurs prédécesseurs, les granulats naturels alluvionnaires. Ces particules plus poreuses sont à même d’absorber des quantités d’eau plus importantes mais elles le font, par ailleurs, avec des cinétiques peu comparables. Pour contrôler l’absorption d’eau des granulats poreux, il est d’usage de compenser l’absorption des granulats au moment de la formulation après avoir caractériser les granulats. Cependant, l’angularité et la rugosité de surface des granulats recyclés imposent d’adapter les normes actuelles utilisées pour la caractérisation de granulats alluvionnaires. Dans ce travail de thèse, nous proposons de mettre en place différentes méthodes pour caractériser les granulats concassés et recyclés. Dans un premier temps, nous étudions la méthode consistant à déterminer l’absorption d’eau par séchage de granulats saturés et nous montrons que cette méthode est plus particulièrement adaptée dans le cas de granulats de morphologie anguleuse. En effet, nous montrons que la baisse du taux de séchage est bien associée au passage de l’évaporation inter-grains à l’évaporation de l’eau intra-grains et que cette méthode permet une bonne estimation de l’absorption de granulats fins poreux. Dans un second temps, nous montrons que l’étude de la perte de rhéologie d’un mortier, à travers des mesures d’étalement, permet de déterminer l’absorption d’eau de granulats poreux. Nous étendons, dans une deuxième partie, notre étude aux conséquences inhérentes à l’utilisation de ces granulats dans un nouveau matériau cimentaire. Nous observons, à l’aide de la spectrométrie RMN, les transferts d’eau de la pâte de ciment fraîche vers les granulats poreux. Nous observons que l’absorption d’eau de granulats recyclés peut être réduite dans une pâte de ciment fraîche par rapport à l’absorption dans l’eau pure. Nous montrons que le prétraitement thermique généralement imposé en laboratoire aux granulats recyclés impacte la microstructure par la déshydratation d’hydrates tels que les aluminates et les silicates de calcium. En présence de la solution interstitielle de la pâte de ciment, la réhydratation des anhydres peut amener à une précipitation de calcium dans la porosité qui limite l’absorption par colmatage des pores / The environmental threat on non-renewable resources such as rounded natural aggregates strongly affects the materials available for the production of mortar or concrete. This leads to an increase in the relative contribution of alternative resources such as recycled or crushed aggregates. The interaction of water with these inclusions, especially the finest sand particles, is far more complex than in the case of the standard rounded natural aggregates. These alternative particles are indeed able to absorb far more water with very different kinetics than their previous counterparts. In order to take into account aggregates water content and correct the resulting water absorption with the aim of always producing the same material with the same properties, it is usual to correct the amount of mixing water added in the mix-design. However, the traditional standard used to measure rounded aggregates water absorption is not suitable for crushed aggregates. We propose, as a first step, to develop tests allowing for the assessment of water absorption and its kinetics in the case of crushed and recycled sands. To achieve this, we measure rheology losses of mortars by slump flow test and drying kinetics of saturated porous aggregates. We show that these methods are suitable to determine water absorption of crushed or recycled aggregates. In the second phase, we study the consequences of the use of porous aggregates in a new cementitious material. We observe water transfers between aggregates and fresh cement paste using nuclear magnetic resonance. We measure a lower final water absorption in the fresh cement paste than in pure water. We show that oven-drying of recycled aggregates in laboratory can impact cement paste microstructure by hydrates dehydration like calcium silicates or calcium aluminates. The rehydration of anhydrous by interstitial solution of fresh cement paste involves calcium precipitation in the pores and this precipitation can reduce water absorption by clogging aggregates porosity

La ouate de cellulose utilisée pour l’isolation est fabriquée à partir de fibres de papier broyé, traitées avec des additifs minéraux agissant comme agents ignifuges et antifongiques. La conductivité thermique du matériau final est aux alentours de 0,04 W/m.K, ce qui est comparable à la laine de verre, avec l’intérêt d’être fabriqué à partir de matériaux recyclés, représentant un taux d’énergie grise beaucoup plus faible. Le mode de mise en oeuvre par voie humide de la ouate de cellulose a plusieurs avantages par rapport à la voie sèche. Le fait que les fibres de cellulose se rigidifient avec l’eau, empêche le tassement du matériau, qui peut engendrer des ponts thermiques dans l’enveloppe du bâtiment. Par contre, la durée de séchage peut être très longue et variable selon le dosage utilisé et les conditions ambiantes d’application. Ce projet de recherche vise à trouver l’additif idéal permettant d’accélérer le séchage tout en conservant une bonne cohésion du matériau et le maintien de ses propriétés isolantes. Deux types de ouate de cellulose utilisés en isolation ont été caractérisés. Ils ont montré des différences de composition chimique, granulométrie et morphologie. L’influence de leurs caractéristiques physiques telles que la rétention d’eau, les isothermes d’adsorption d’eau et les proportions d’eau libre et liée sur le séchage du matériau final a été mise en évidence. Du point de vue de la mise en oeuvre, il a été démontré que le dosage en eau avait un impact important sur les propriétés finales du matériau. La densité, la résistance en compression et la conductivité thermique augmentent avec le dosage en eau. Un minimum de 14 kPa pour le module de compression a été défini comme le seuil de résistance permettant d’éviter le tassement. Ces propriétés ont été comparées avec celles de la ouate de cellulose compactée à sec et les résultats ont montré la forte influence de la rigidification et de la fermeture des pores du matériau. Deux voies ont été envisagées pour résoudre le problème du temps de séchage : l’ajout d’additifs aux propriétés adhésives permettant de réduire la quantité d’eau introduite en renforçant la cohésion de l’isolant, et l’ajout d’additifs permettant de modifier la tension de surface pour faciliter le départ de l’eau. Les additifs biosourcés potentiels ont été caractérisés à différentes concentrations et classés selon leur viscosité et leur pouvoir collant. Malheureusement plusieurs additifs ont dû être rejeté car ils présentaient un couple « propriété adhésive/pompabilité » non adapté. Une gamme de tensioactifs a également été testée par rapport à leurs tensions de surface. Les formulations pompables ont étés caractérisées par rapport à leurs temps de séchage, résistance en compression et conductivité thermique. Les additifs qui ont montré des contributions positives sur le séchage sont les lignosulfonates et le tensioactif cationique CTAB. L’influence de ces deux additifs a ensuite été étudiée avec un modèle numérique à travers le logiciel WUFI en prenant en compte l’impact sur le séchage, la météo, le dosage liquide et l’épaisseur de l’isolant. Les conditions optimales ont été définies. Le lignosulfonate s’est avéré être l’additif le plus efficace. Une première évaluation de la performance des nouveaux isolants en termes de résistance au feu et à la moisissure a été réalisée et des indications pour la suite de l’étude ont été proposées. / Cellulose insulation is manufactured from recycled paper fibres, treated with mineral additives acting as flame retardants and antifungals. Its consistency is similar to cotton wool. The fibres are sold in bulk to be blown into the walls and attics. Its thermal conductivity is around 0.04 W/m.K, which is comparable to glass wool, but it is made with recycled materials and has much lower embodied energy levels. It can be either blown dry or sprayed with water. The wet spray method for cellulose insulation has several benefits compared to the dry process. Since the cellulose fibres become rigid after drying, it prevents the compaction of the material thus avoiding thermal bridges in the building envelope. However, the time to reach the dry state may be very long and variable depending on the dosage used and the environmental conditions of application. There are many bio-based additives that can contribute to the reduction of this period and improve the cohesion of the material. This research project aims to find the optimal additive for this application while retaining the favourable properties of the insulating material. Two cellulose types have been characterized with regards to the properties of the fibres to determine their performance with water. Both samples showed differences in chemical composition, grain size, and morphology. The values of water retention, water adsorption isotherms and the proportions of free and bound water have been factors which have shown an influence on the drying of the insulation. Density, compressive strength, and thermal conductivity increased with moisture dosage. A minimum of 14 kPa for the compression module was defined as the resistance threshold to avoid settling. These properties were compared with those of the cellulose insulation compacted to dryness and the results showed the strong influence of the stiffening and pore closing process upon drying, on these properties. Potential bio-based additives were classified and characterized with regards between concentration, viscosity, and adhesive strength. A relationship between these parameters was established. Most showed Newtonian behaviour at low concentrations, with some non- Newtonian concentrations having a pumpable viscosity. Unfortunately several additives which showed good adhesive properties were too viscous and vice versa. A range of surfactants were also considered. Sprayable formulations were characterized with respect to their drying time, compressive strength and thermal conductivity. Additives which have shown positive contributions drying are the lignosulfonate and the cationic surfactant CTAB. The influence of these additives on drying, with varying weather, liquid dosage and thickness of insulation was defined with a numerical model through the WUFI software. Optimal conditions in which the lignosulfonate additive is more effective have been defined. A first assessment of the performance of new formulation in terms of fire and mould was made and indications for the continuation of the study of the material were formalized.

Les systèmes à base de biopolymères à faible teneur en humidité sont couramment rencontrés dans les aliments. Bien entendu, il est primordial de comprendre les bases physiques de leur qualité: texture, performances dans le temps ou en fonction de leur composition. Le vieillissement physique des systèmes composites rend les changements survenant dans le stockage des produits comestibles difficiles à prévoir. Les objectifs de ce travail étaient d'évaluer l'incidence de la présence de saccharose et de la teneur en eau de fabrication sur les propriétés physico-chimiques du produit fini. La stabilité physique de ces matériaux a été contrôlée grâce à une étude à différentes échelles moléculaires. Ensuite, les relations entre les données multi-échelles ont été examinées. L'effet du saccharose (0 à 20%) et de l'eau d'alimentation (10 et 15%) sur les mélanges d'extrusion a été étudié à l'aide d'un extrudeur double vis conduit dans les mêmes conditions. Les propriétés physiques et microstructurales des produits extrudés expansés ont été examinées sous diverses conditions d'humidité relative. La réduction des teneurs en sucre et en eau d’alimentation a fait augmenter la pression et l’énergie mécanique spécifique, ce qui a réduit la dégradation de l’amidon et augmenté la viscosité dans l’extrudeur en particulier à la teneur en eau la plus élevée. L'augmentation de la pression dans l’extrudeur a entraîné une expansion plus importante des extrudés. Par contre, la technique d'imagerie neutronique montré que le saccharose réduisait la taille des pores, et donc augmentait la densité apparente et ce qui était particulièrement évident en utilisant. Cette technique a été appliquée pour la première fois sur des produits extrudés. Les images de tomographie 2D ont indiqué des différences structurelles internes entre les extrudés à différentes teneurs en saccharose et stockés à humidité relative différente. Toutefois, l'analyse d'images 3D a montré que l'impact de ces facteurs sur la distribution de la taille des pores et le taux de porosité n'était pas significatif. En fin d'extrusion, les échantillons étaient à l'état amorphe à la suite de la gélatinisation de l'amidon et de la fonte du sucre. Leursrs propriétés thermiques ont été analysées par analyse enthalpique différentielle (AED) et les températures e transition vitreuse ont été étudiées. Les thermogrammess d’AED ont été minutieusement étudiés via une déconvolution de la dérivée première de la variation d’enthalpie. Cette approche a mis en évidence que les systèmes composites étudiés présentaient des phases multiples avec des transitions vitreuses distinctes. Ces dernières sont associées à une phase riche en polymère (amidon principalement) et / ou à une phase riche en plastifiant (sucre) dont le comportement dépendait de la teneur en eau de l'échantillon. Les isothermes de sorption ont montré qu’aux faibles Aw et pour une valeur donnée, a la teneur en eau des extrudés diminuait avec l’augmentation des teneurs en saccharose et que l'effet inverse était observé aux aw élevées. L’étude de la cinétique apparente de lala diffusion de l'eau a mis en évidence deux sites de sorption différents. Le premier est caractérisé par une cinétique quasi constante qui pourrait correspondre à un phénomène d'adsorption à la surface. Le second site présente d’abord un ralentissement initial de la cinétique de sorption, tandis qu’une forte augmentation est constatée lorsque la teneur en eau était plus élevée. Ce comportement peut être lié à un effondrement de la structure. Une étude par RMN à cyclage de champ rapide à basse fréquence a montré que les temps de relaxation dépendaient de la teneur en saccharose et en eau. Une carte de stabilité a été tracée pour modéliser les évolutions rhéologiques des matrices avec la teneur en eau en lien avec les transitions de phases des matériaux (...). / Low-moisture biopolymer-based systems are commonly encountered in food. Obviously, understanding the physical basis of their quality: e.g texture, or performance over time or as a function of their composition is of primary importance. The objectives of this work were to evaluate how the presence of sucrose and water content affects physico-chemical properties. The physical stability of these materials were monitored through an insight at different molecular scales. Then the relations between the multi-scale studies were investigated. The effect of sucrose (0–20%) and feed water (10 and 15%) on extrusion blends was studied using a twin screw extruder under the same processing settings. The physical and microstructural properties of extruded products were examined at various RH. Reducing both sugar levels and feed water increased die pressure and specific mechanical energy, as a consequence, it reduced starch degradation and increased in viscosity. The effect was more pronounced with increasing feed water content. The increased die pressure resulted in higher expansion of the porous extrudates. Sucrose was shown to increase the bulk density and reduce the pore size, this was particularly evident by using neutron imaging technique. This technique was applied for the first time in extrudate. 2D tomography images indicated internal structural differences between extrudates containing different sucrose content and stored at low and high % RH, while 3D image analysis showed impact of these factors on pore size distribution and % porosity were not significant. The extruded samples were in the amorphous state as a result of starch gelatinization and sugar melting. Their thermal properties were analyzed with DSC and their Tg were studied. The DSC thermograms were thoroughly studied through a Gaussian deconvolution of the first derivative of their heat low. This approach evidenced a multiple phase behavior with different glass transitions in composite systems. They were associated with either a polymer-rich phase and/or a plasticizer-rich phase which behavior depended on the sample water content. Physical aging accompanied with an increase in rigidity at low aw, resulted in an increased bulk density and more pronounced with increasing sucrose content. Sorption isotherms showed the water content of extrudates decreased when product contains high sucrose at low aw range and the inverse effect was observed at high aw. Apparent kinetics of water diffusion showed two different sorption sites, the first kinetics was almost constant and could be adsorption phenomena at the surface. The second one reflected first an initial slowing in dynamics whereas a sharp increase was found at higher water content. Addition of sucrose or water decreased both Tgs in extrudates. Young's modulus showed water acts as anti-plasticizer at low aw, while it shows a plasticizing effect at high aw. A stability map can explain the brittle-ductile transition occurred below Tg. Fast field cycling NMR study at low frequency highlighted that T1 depended on sucrose and water content. T1 and T2 measured using Low field NMR decrease as a function of water content, while the impact pf sucrose were not significant. T2 showing a minimum probably indicating the exchange of protons of water and macromolecules in composite system. The impact of sucrose content was not significant for T1 and for T2 at low water content. FFC NMR showed T1 results consistent with the LF NMR measurement.In conclusion, physicochemical studies of the influence of water and sucrose content on glassy materials showed that the material properties can be investigated at different levels from the macro- to the microscopic scale and these results clearly presented the need for complementary techniques to probe the dynamics in the glassy state of heterogeneous food systems that could be facilitated to manage the stability during storage of this type of dry products.

Les Lasers à Cascade Quantique (QCL) sont de "nouvelles" sources THz dont les progrès en termes de puissance, température de fonctionnement et qualité de faisceau sont remarquables. Les QCL sont utilisés dans des dispositifs d'imagerie THz continue pour le Contrôle Non Destructif de matériaux. Une première application de CND sur des matériaux composites permet de mettre en évidence de manière qualitative les défauts d'imprégnation des fibres par la résine ou les dommages causés par un impact. Des images à 3,8 THz, en transmission et ré flexion, ont pu être comparées avec une technique de CND par ultrasons. Une seconde application quantitative porte sur la concentration d'eau dans deux matériaux polymères à tendance hydrophobe : le polystyrène et le polypropylène. L'établissement d'une relation entre la transmittance de l'échantillon et sa prise de masse d'eau permet d'établir une cartographie quantifiée de la concentration d'eau. Ces cartographies sont nécessaires à la connaissance du processus de diffusion de l'eau dans les matériaux polymères. / Quantum Cascade Lasers (QCL) are "new" THz sources that have enjoyed remarkable progress in terms of power, operating temperature and beam quality. QCLs are used in continuous wave THz imaging setups applied to Non Destructive Testing of materials. A first qualitative application of NDT allows us to highlight defects in the fibers impregnation by resin or damages caused by an impact on composite materials. Transmission and reflection images at 3.8 THz are compared with a NDT ultrasonic technique. A second quantitative application relates to the water concentration in two hydrophobic polymeric materials: polystyrene and polypropylene. Establishing a relationship between the transmittance of the sample and mass water content enables us to draw up a quantified mapping of the latter. These maps are necessary for the understanding of the water diffusion process in polymeric materials.

Fort d’une croissance annuelle de l’ordre de 6%, le secteur des matériaux composites est actuellement en pleine expansion et se doit de répondre aux exigences d’un marché en constante évolution. Dans le même temps, la raréfaction des ressources pétrolières et l’augmentation de la conscience environnementale, conduisent à une demande croissante en matériaux bio-composites. Le remplacement des fibres synthétiques (fibre de verre en particulier) par des fibres naturelles engendre un intérêt certain dont les motivations principales sont la réduction de l’impact environnemental, la diminution des coûts et l’obtention d’un matériau plus léger à volume égal. Néanmoins, la faible compatibilité existante entre les fibres de cellulose hydrophiles et les matrices polymères hydrophobes, est un des inconvénients majeurs qui nuit au bon développement de ces matériaux. L’objectif de cette thèse est de développer une alternative aux fibres de verre pour l’élaboration de matériaux composites à matrice thermoplastique. Pour ce faire, l’intégration de filaments de cellulose (FC), fournis par Kruger notre partenaire industriel, a été étudiée. En plus d’apporter un côté « vert » au matériau final, les FC permettent de réduire le poids des composites par rapport à leurs homologues synthétiques. Néanmoins, la faible compatibilité entre les filaments polaires et la matrice apolaire ainsi que la grande capacité d’absorption d’eau des FC nous a conduit à développer différentes stratégies de modification chimique des FC, afin d’en accroitre le caractère hydrophobe. Ces modifications ont permis de renforcer les matériaux composites grâce à l’amélioration de l’adhésion entre les FC et la matrice, le tout en minimisant la perte de résistance mécanique causée par l’absorption d’eau. Les résultats obtenus après acétylation, alkylation et encollage sont décrits dans ce manuscrit. / Over the past two decades, the increase of environmental concerns and shortage of petroleum resources have provoked a growing interest in the use of natural fibers as an alternative to synthetic fibers for the reinforcement of composites. Natural fibers possess desirable specific properties including biodegradability, renewability and low-cost. In addition, they have densities much lower than synthetic fibers, which makes them interesting for different applications ranging from automotive parts to packaging. Despite their benefits, certain drawbacks such as incompatibility with the hydrophobic polymer matrix, a tendency to form aggregates during processing and a poor resistance to moisture absorption, reduce the potential of these fibers to be used as a reinforcement of hydrophobic thermoplastic matrices.This thesis aims to substitute glass fibers by cellulose fibers for their use in fiber-reinforced composites. Reinforcement of LDPE composites with cellulose filaments (CF), supplied by our industrial partner Kruger, was studied. CF appear to an interesting alternative to glass fibers because they possess desirable specific properties including biodegradability, low density, high tensile strength and modulus as well as providing a low-cost and renewable option. However, the weak interfacial adhesion between CF and LDPE, and the high moisture absorption of CF led us to carry out several chemical modifications of CF in order to increase their hydrophobicity. Modified CF-composites exhibit higher mechanical properties and lower water uptake than unmodified CF-composites. Results obtained from acetylation, alkylation and paper sizing are described in this manuscript.

Le soudage du bois est une technique d'assemblage sans adhésif de deux pièces de bois, leur soudure étant produite par friction mécanique sous pression des deux pièces. Ce procédé, applicable à des pièces de bois plates, d'essences identiques ou différentes, se prête à la fabrication de meubles et à la menuiserie. Cependant, le joint obtenu n'est pas de classe "extérieur", ce qui le réserve à un usage "intérieur". En effet, un joint destiné à une utilisation extérieure ou en milieu à humidité variable doit présenter une résistance élevée à l'eau. L'objectif principal de cette thèse est d'étudier la résistance à l'eau du bois soudé. A cet effet, des méthodes d'essais complémentaires et non-destructrices ont été utilisées, comme le scanner ou l'imagerie par résonance magnétique (IRM). L'influence des paramètres de soudage et des propriétés du bois sur, d'une part, la formation et la propagation des fissures dans la ligne de soudure, et sur, d'autre part, la densité et l'absorption d'eau de la soudure a été ainsi étudiée. Les expériences de cette thèse seront menées sur des échantillons de pin (Pinus sylvestris) de dimensions 200 mm x20 mm x 40 mm, coupés dans la direction longitudinale du fil du bois. La Norme Européenne EN 205 a servi de cadre pour déterminer la résistance des échantillons de pin en traction-cisaillement. Les méthodes d'essais (non-destructrices) ont été utilisées selon leur pertinence: le scanner a servi à étudier la formation et la propagation des fissures; l'imagerie par résonance magnétique (IRM) a permis quant à elle de caractériser la pénétration et l'infiltration d'eau dans le bois soudé.Le mécanisme d'adhérence du pin a été étudié grâce à la RMN MAS (spectrométrie à résonance magnétique nucléaire avec polarisation croisée et rotation à l?angle magique) du carbone13 et à la micro-densitométrie par rayons X. Ces différentes méthodes, non destructrices, offrent l'avantage d'une analyse non invasive et l'élimination de facteurs parasites liés à la préparation et à la coupe du bois. Voici en résumé les résultats obtenus les plus marquants: (1) Le scanner et l'imagerie par résonance magnétique (IRM) sont des méthodes de recherche particulièrement polyvalentes et adaptées à l'étude des bois soudés. (2) L'utilisation de bois de coeur, une pression de soudage de 1.3 Mpa et un temps de soudage de 1.5 s permettent d'augmenter la résistance à l'eau du pin soudé. (3) Des tests d'optimisation ont montré que la résistance du pin en traction-cisaillement est plus sensible aux variations de temps de soudage qu'au temps de refroidissement et qu'elle peut être optimisée à plus de 9.7 MPa en respectant une pression de 1.3 Mpa, un temps de soudage > 3.5 s et un temps de refroidissement < 60 s. (4) La résistance à l'eau du bois soudé peut être améliorée dans une certaine mesure en faisant varier paramètres de soudage et propriétés des essences, mais dans tous les cas, le recours à un imperméabilisant naturel et écologique reste nécessaire. (5) Le pin soudé possède une résistance à l'eau et en traction-cisaillement inhabituellement élevée, cela pouvant s'expliquer par une teneur en composés extractifs augmentée. (6) Des essais sous IRM ont montré que les causes de rupture du joint varient suivant l'essence: faible résistance à l'eau de la ligne de soudure dans le cas du hêtre soudé, retrait et expansion du bois dans le cas du pin soudé. (7) Les extractifs du pin améliorent nettement la résistance à l'eau du joint soudé, mais à un niveau qui ne lui permet cependant pas la certification "extérieur" sans protection. En revanche, il peut être certifié "semi-extérieur" avec protection. / Wood welding is a mechanical friction process allowing the assembly of timber without any adhesives. The process consists of applying mechanical friction, under pressure, alternately to the two wood surfaces to be welded. This process can be applied to weld two flat pieces of timber, originating from the same or different tree species, and can be used in the manufacture of furniture and wood joinery. The only limitation is that the joint is not exterior-grade, but only suitable for interior joints. Exterior use, or use in an environment with varying humidity demands water resistance of the welded joints. The main objective of this thesis is to study the water resistance of the welded wood. This is complemented with special attention to non-destructive test methods such as X-ray Computed Tomography (CT-) scanning and Magnetic Resolution Imaging (MRI). The influence of welding parameters and wood properties on crack formation and crack propagation in the weldline was investigated. The influence of these parameters on weldline density and water absorption in the weldline were also studied. Investigations in this thesis are based on welded samples of Scots pine (Pinus sylvestris) of the dimensions 200 mm × 20 mm × 40 mm which were cut in the longitudinal direction of the wood grain. The tensile-shear strength of the welded Scots pine samples were determined using European standard EN 205. Different non-destructive methods such as X-ray Computed Tomography (CT-) scanning to study crack formation and propagation, and magnetic Resolution Imaging (MRI) to characterize water penetration and the distribution mechanism in welded wood were used. Solid state CPMAS 13C NMR spectrometry and X-ray microdensitometry investigations were carried out to study the mechanism of adhesion in Scots pine. These various non-destructive methods offer the advantage of non-invasive analysis and the elimination of any artifacts present due to preparation and sectioning. The most important results are summarized as follows: (1) X-ray Computed Tomography (CT-) scanning and Magnetic Resolution Imaging (MRI) are versatile research methods applicable to investigations of welded woods. (2) Water resistance of welded Scots pine can be increased using heartwood, a welding pressure of 1.3 MPa, and a welding time of 1.5 s. (3) Optimization tests showed that the tensile-shear strength of Scots pine was more sensitive to welding time changes than holding time and could be optimized to more than 9.7 MPa using 1.3 MPa welding pressure, > 3.5 s welding time, and < 60 s holding time. (4) Changing welding parameters and wood properties can increase water resistance of welded wood to some extent, but treating the weldline with certain natural and environmentally-friendly water repellents is still necessary. (5) Welded Scots pine shows unusually high water resistance and tensile-shear strength. This may be explained by there being more extractives compounds in Scots pine. (6) MRI experiments showed that the origin of the joint failure in welded beech is poor water resistance of the weldline, while swelling and shrinkage of wood are the main reasons for joint failure of welded Scots pine. (7) Extractives in Scots pine dramatically improve water resistance of the welded joint, but not to a level to classify the joint as an unprotected exterior grade. However, it can qualify as a joint for protected semi-exterior application.

Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l'élaboration et l’étude des propriétés physiques et thermiques d’une nouvelle génération de composites bois/polymère.Ils sont composés d’une matrice bio-sourcé le pebax®, qui est un thermoplastique élastomèreet de farine de bois de production locale, issue du pin maritime. La matrice pebax® a été choisie car elle présente plusieurs avantages, notamment, une élongation avant ruptureimportante, un point de fusion inférieur à 200°C pour éviter la dégradation du bois au coursde la mise en oeuvre et un caractère hydrophile améliorant l’affinité entre la matrice et lerenfort. Les composites ont été élaborés par extrusion bi-vis et injectés sous forme d’haltèresnormalisées pour les tests mécaniques. Au cours de ces travaux, nous avons montré la bonne qualité de l’interface entre le bois et la matrice, permettant de s'affranchir de l’utilisation d’agents compatibilisants. Nous avons aussi mis en évidence une forte amélioration de la stabilité thermique des composites sous atmosphère oxydante par rapport à celle de la matrice et du bois séparément. Les caractérisations mécaniques et rhéologiques effectuées sur les composites ont permis de montrer l’effet rigidifiant de la farine de bois avec un taux critique entre 20% et 30% de charges pour lequel le comportement des composites évolue d’un type élastomérique à celui de solide moins ductile. La dernière partie des travaux a été consacrée à l’évaluation de la prise en eau des composites. En accord avec les travaux de la littérature, nous avons montré une augmentation de la prise en eau avec le taux de bois. De plus, nous avons démontré que le début de l’absorption d’eau de nos composites suit un mécanisme de diffusion de type Fickien. / The physical properties and thermal stability of a new family of wood polymer composites (WPC) using a bio-based thermoplastic elastomer matrix (pebax® copolymers) were studied. The matrix is a polyether-b-amide thermoplastic elastomer which presents an important elongation at break, a melting point below 200°C which helps prevent degradation of wood fibres. The hydrophilic character of pebax® leads to a good interaction with wood fibres. We have chosen several types of wood flour as reinforcement agent, focusing on wood flour from maritime pine. Composites compounds were made using a laboratory twin screw extruder prior to injection molding to obtain tensile test samples. We have demonstrated the good quality of the interface between wood fibres and matrix, without using any specific compatibilizing agent. Most importantly, we have pointed out a strong improvement of thermal stability of composites under air atmosphere, compared with the behaviour of the matrix or wood separately. We have also characterized the mechanical properties of these composites. The resulting data show an improvement of the tensile modulus with increasing wood content and a decrease of elongation at break, with a behaviour change from elastomeric to less stretchable solid behaviour between 20% and 30% of wood content.The last part of our work was dedicated to the evaluation of water absorption of thecomposites at different wood content. We have shown an increase of water absorption withincreasing wood content and we demonstrated a Fickian diffusion process at the onset ofwater absorption.