Cette thèse est consacrée à la compréhension des propriétés morphologiques et mécaniques de la nanocellulose cristalline (NCC) dans des résines thermoplastiques mises en forme à l’état fondu (extrusion et moulage par injection). Dans la première partie, des composites à base de Nylon 6 et de NCC (0-7% en poids) sont préparés et les propriétés morphologiques/mécaniques (tension, flexion, impact) sont présentées. Les résultats montrent que la NCC est efficace pour améliorer les propriétés mécaniques (principalement le module de flexion) avec une faible augmentation de la masse volumique totale. Dans la deuxième partie, un système hybride est évalué en utilisant la NCC (1%) et de la farine de bois d'érable (20%) dans le polypropylène (PP), avec et sans PP maléaté (MAPP) comme agent de couplage. L'analyse mécanique révèle que ces deux fibres produisent un renforcement efficace, en particulier pour améliorer les modules élastiques des échantillons contenant du MAPP. La troisième partie examine la caractérisation morphologique, physique et mécanique de nano-composites moussés à base de NCC et de Nylon 6. Différentes concentrations de NCC (0-5%) et d'agent moussant chimique (azodicarbonamide) (0-2%), ainsi que la température du moule (30 et 80⁰C) sont utilisés pour produire les échantillons. Les résultats montrent que la NCC est très efficace pour améliorer la structure de la mousse (réduction de la taille des cellules, augmentation de la densité cellulaire) et les propriétés mécaniques, en particulier les modules élastiques. Aussi, la concentration de l'agent moussant et la température du moule ont un effet direct sur les propriétés mécaniques car ils contrôlent l'épaisseur de la couche de peau. Enfin, des composites et des mousses sont produits à base de PP. Similairement au Nylon 6, la NCC est très efficace pour réduire la taille des cellules et augmenter la densité cellulaire. Par ailleurs, la NCC permet d'améliorer les propriétés mécaniques du PP, en particulier les modules élastiques spécifiques. / This thesis is devoted to the understanding of the morphological and mechanical properties of nanocrystalline cellulose (NCC) filled thermoplastics produced by melt compounding (extrusion and injection molding). In the first part, composites based on Nylon 6 and NCC (0-7% wt.) are prepared and morphological/mechanical properties (tension, flexion, impact) are presented. The results show that NCC is effective to improve the mechanical properties (mainly flexural modulus) with limited overall density increase. In the second part, a hybrid system is evaluated based on NCC (1%) and maple wood flour (20%) filled polypropylene (PP), with and without maleated PP (MAPP) as a coupling agent. The mechanical analysis reveal that these two fibers have effective reinforcing role, especially to improve the elastic moduli of samples containing MAPP. The third part examines the morphological, physical and mechanical characterization of NCC/Nylon 6 nano-composite foams. Different content of NCC (0-5%) and chemical foaming agent (azodicarbonamide) (0-2%), as well as mold temperature (30 and 80⁰C) are used to produce the samples. The results show that NCC is very effective to improve the foam structure (reduced cell size, increased cell density) and mechanical properties, especially elastic moduli. Also, foaming agent content and mold temperature have a direct effect on the mechanical properties because they control the skin layer thickness. Finally, composites and foams are produced based on PP. Similarly to Nylon 6, NCC is very effective to reduce cell size and increase cell density. Moreover, NCC is able to improve the mechanical properties of PP, especially the specific elastic moduli.

La présente thèse vise à augmenter la performance de revêtements UV-aqueux pour le bois, en utilisant la ressource forestière. Dans ce but, nous pensons remplacer les nanoparticules étudiées précédemment par de la cellulose nanocristalline (CNC), un produit canadien et québécois, issu de la forêt. Il existe plusieurs cas dans la littérature de composites de nanocellulose-thermoplastique, mais il y a peu d'études sur les revêtements renforcés par des CNC. L'un des aspects clés de la technologie des nanocomposites reste la dispersion des nanoparticules dans la matrice. Pour quantifier la qualité de la dispersion, des méthodes efficaces de caractérisation sont nécessaires. Dans cette thèse, deux nouvelles méthodes de caractérisation basées sur la microscopie à force atomique et la rétrodiffusion de la lumière laser (He-Ne 632,8 nm) sont appliquées pour caractériser ces revêtements nanocomposites. Une forte corrélation entre la nano-rugosité de surface du revêtement et la distribution angulaire de la lumière du laser rétrodiffusée a été constatée. L'objectif général de cette recherche est de développer des revêtements UV-aqueux renforcées par les nanoparticules pour les applications sur le bois, et d'étudier l'effet, principalement sur les propriétés d'usure, des revêtements composites. Les CNC ont été mélangées à la formulation de revêtements dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques des revêtements secs. Les formulations de revêtements ont été pulvérisées sur des planches d'érable à sucre, qui ont été ensuite placées dans un four pour évaporer l'eau et cuire le revêtement par rayonnement UV. Les CNC ont été modifiées soit par les bromures d'ammonium quaternaire alkylés ou le chlorure d'acryloyle. Les propriétés mécaniques (résistances à l’abrasion et égratignure, la dureté et l’adhérence) ont été analysées et comparées à celles des vernis de référence sans nanoparticules. L'ajout de la CNC modifiée dans les revêtements UV-aqueux a entraîné une augmentation de 30-40% de la résistance à l'usure (abrasion et égratignure), sans perte d'apparence. Ces revêtements sur substrat de bois, avec et CNC ajoutée, ont été soumis à un vieillissement accéléré pendant 1200 h. Les résultats montrent que l’ajout de CNC dans les revêtements non seulement augmente les propriétés mécaniques, mais augmente également la stabilité de la couleur des bois ainsi peints. / This thesis is aimed to increase the performance of UV - waterborne coatings for wood, using the forest resources. For this purpose, we believe replacing nanoparticles studied previously by the cellulose nanocrystals (CNC), a Canadian and Quebec product from the forest. There are several instances in the literature of nanocellulose-thermoplastic composites, but there are few studies on coatings reinforced by CNC. One of the key aspects in the technology of nanocomposites remains the dispersion of the nanoparticles within the matrix. To quantify the dispersion, efficient methods of characterization are needed. In this thesis two new characterization methods based on atomic force microscopy and back scattering of laser light (He-Ne 632.8 nm) are applied to characterize such nanocomposite coatings. A strong correlation between surface nano-roughness of coatings and angular distribution of backscattered laser light was found. The overall objective of the research is to develop nanoparticles reinforced UV-water-based coatings for wood applications, and to study the effect mainly on wear properties of the final composite coatings. CNC were mixed to the coating formulation in order to improve the mechanical properties of the coatings. The coating formulations were sprayed on sugar maple boards, which were then placed in an oven to evaporate the water to finally be UV-cured. CNC was modified by either alkyl quaternary ammonium bromides or acryloyl chloride. The mechanical properties (abrasion and scratch resistances, hardness and adhesion) were analyzed and compared to the reference varnish without nanoparticles. The modified CNC addition in UV-water-based coatings results in a ca 30 - 40% increase in wear resistance (abrasion and scratch), without any loss of appearance. These coatings on wood substrate, with and without added CNC, were submitted to accelerated weathering during 1200 h. The results show that the addition of CNC to coatings not only increases mechanical properties but also increases color stability of coated wood.

Titre de l'écran-titre (visionné le 27 février 2024) / Dans cette étude, l'effet de la force de cisaillement mécanique (FCM) sur les propriétés fonctionnelles des fibres alimentaires a été évalué. Quinze fibres alimentaires (F1-F15) ont été caractérisées en termes de couleur, de densité apparente, de porosité, de solubilité, d'activité d'émulsion, de capacite d'absorption d'huile (CAH), d'échange de cations (CEC) et de capacité de gonflement (CG). Des suspensions de fibres (2% p/p) ont été soumises á la FCM (7500 rpm, 10 min) et comparées á un échantillon traité par agitation magnétique (contrôle). De plus, les propriétés fonctionnelles telles que la capacité d'absorption d'eau (CAE), la CEC, la viscosité et l'activité antioxydante DPPH ont été déterminées. Parmi les différentes fibres alimentaires, F1, F2, F3 et F4 ont montré un grand potentiel dans la CAH en raison d'une porosité plus élevée. Le traitement FCM a induit une perturbation et une défibrillation des fibres avec des modifications structurelles et technologiques. En particulier, les fibres F8, F9 et F10 ont montré une amélioration de la capacité d'absorption d'eau (CAE), de la viscosité et de la stabilité, ce qui leurs confère le statut d'indigent potentiel pour prévenir la synérèse et améliorer la texture dans les formulations alimentaires. Les changements observés ont été attribués á la rupture de la structure des fibres sous l'effet de la FCM qui pourrait augmenter la surface spécifique et la capacité d'absorption, conduisant á des produits physiquement stables. La modification structurelle des fibres a également été associée á une augmentation de la conductivité électrique (CE), qui peut pourrait être attribuée á la libération d'ions á partir des parois cellulaires des fibres. Cependant, la modification induite par la FCM différait selon le type de fibres alimentaires. Ces résultats pourraient être utiles pour sélectionner des fibres appropriées comme ingrédients naturels et sains pour la fabrication d'aliments fonctionnels innovants, répondant aux besoins et aux tendances du marché / In this study, the effect of the mechanical shear force (MSF) on the functional properties of dietary fibers wasassessed. Fifteen dietary fibers were characterized in terms of color, bulk density, porosity, emulsion activity, oilholding capacity (OHC), cation exchange (CEC), and swelling capacity (SC). Fiber suspensions (2% w/w) weresubjected to MSF (7500 rpm, 10 min) and compared with a sample treated with magnetic stirring (control). ThepH, electrical conductivity (EC), particle size, water solubility index (WSI), and stability of the suspensions weremeasured. Moreover, functional properties such as water holding capacity (WHC), CEC, viscosity, and DPPHantioxidant activity were determined. Among different dietary fibers, F1, F2, F3, and F4 exhibited a great potentialof OHC due to higher porosity. MSF induced disruption and defibrillation of fibers with structural and technologicalmodification. In particular, F8, F9, and F10 showed enhanced WHC, viscosity, and stability, which makes thempromising ingredients to prevent syneresis and improve texture in food formulations. The observed changes wereattributed to the breakage of fiber structure upon the mechanical shear force which could increase specific surfacearea and absorption capacity, leading to physically stable and homogenous products. The structural modificationof fibers was also associated with increased EC, which could be attributed to the release of ions from fiber cellwalls. The improvement of antioxidant capacity and CEC were also observed after MSF. However, MSF-inducedmodification differed depending on the type of dietary fibers. These findings could be useful to select suitablefiber as natural and healthy ingredients to manufacture innovative functional foods, meeting market needs andtrends.