Les composés organiques volatiles (COVs) sont les polluants organiques atmosphériques les plus abondants. Parmi les différentes solutions pour combattre cette pollution, l'utilisation d'adsorbants moléculaires tels que les zéolithes semble être efficace. Cependant les synthèses classiques de zéolithes aboutissent généralement à des tailles de cristaux de l'ordre de plusieurs dizaines de micromètres. Les capacités et les cinétiques de piégeage, sensibles aux phénomènes de diffusion et de surface pourraient potentiellement être améliorées par l'utilisation de nanocristaux ou de produits zéolithiques hiérarchisés (micro/mésoporeux). Dans ce travail de thèse, nous avons synthétisé des zéolithes aluminosiliciques ou purement siliciques de type structural FAU, MFI et *BEA. Ces dernières sont synthétisées avec différentes morphologies et tailles de particules telles que les nanocristaux et les zéolithes hiérarchisées (nanofeuillets et/ou nanoéponges en utilisant des agents structurants bifonctionnels). Ces matériaux sont comparés aux zéolithes conventionnelles, afin d'étudier l'influence de la morphologie sur la cinétique et la capacité de piégeage de COVs. Les caractéristiques structurales et texturales des zéolithes synthétisées ont été étudiées par ORX, MEB, manométrie d'adsorption/désorption de diazote, ATG-ATD, RMN du solide. Enfin, la capacité d'adsorption d'une molécule modèle, le n-hexane, au sein de ces zéolithes a été étudiée par thermogravimétrie. Dans le cas des zéolithes de type MFI et *BEA, les zéolithes hiérarchisées ont montré une augmentation de la capacité de piégeage en n-hexane par rapport aux zéolithes conventionnelles. La capacité de piégeage en n-hexane a été multipliée par 7 dans le cas des nanoéponges de type *BEA et par 6 dans le cas des nanocristaux de type *BEA comparés aux microcristaux de type *BEA (693 mg/g vs 103 mg/g et 591 mg/g vs 103 mg/g, respectivement). / Volatile organic compounds (VOCs) are the most abundant organic pollutants. Among the various solutions to fight against this pollution, the use of molecular adsorbents appears as a potential alternative for the control of contamination. The porous materials have many advantages due to their low cost, their physical characteristics and their useful properties related to their structure and their large surface area. However, conventional synthesis of zeolites generally lead to micrometer size crystals. The capacity and the kinetics of adsorption that are sensitive to the diffusion and the surface phenomena could be potentially improved by the use of zeolite nanocrystals or hierarchical products (micro / mesoporous). These nanomaterials have high potential due to their small size and their exalted outer surface that promote access of pollutants and improve the adsorption capacity. ln the thesis work, we synthesized zeolites with different structural types such as FAU, MFI and *BEA. Each structure type was synthesized in different morphologies such as nanosponges and /or nanosheets using a bifunctional structuring agent, as well as nanocrystals by the clear solution method. These materials were compared with conventional micrometer-sized zeolites. The purity and the porous texture have been characterized by using XRD, SEM, nitrogen adsorption/desorption techniques, TGA-DTA and solid state NMR. Finally, the adsorption capacity of a model molecule, the n-hexane, in these zeolites have been studied by thermogravimetry. In the case of *BEA and MFI-type zeol ites, the hierarchical zeolites showed an increase of the adsorption capacity of n-hexane compared to conventional zeolites. The adsorption capacity of n-hexane was multiplied by 7 in the case of *BEA-type nanosponges and by 6 in the case of the *BEA-type nanocrystals compared to *BEA_type microcrystals (693 mg / g vs 103 mg / g and 591 mg / g vs 103 mg / g, respectively).

Les tanins condensés sont largement répandus et très abondants dans la nature. Au cours des dernières décennies, ces tanins ont été abondamment utilisés pour la production de formulations thermodurcissables (par exemple, les adhésifs pour le collage du bois, les matériaux en mousse) en raison de leur réactivité chimique. Cependant, ils présentent également un grand potentiel en tant que composants pour la conception de matériaux polymères innovants en raison de leurs propriétés physico-chimiques (p. ex. antioxydantes, antimicrobiennes et stabilisantes). Afin d’étendre les domaines d’utilisation des tanins aux matériaux polymères, le principal verrou scientifique et technique réside dans leur incompatibilité avec les polymères hydrophobes. À cette fin, trois voies de modification ont été mises au point pour améliorer la compatibilité des tanins avec les matrices PP ou PLA. Dans la première partie, les PP/ tanins ont été modifiés avec du glyoxal par vulcanisation dynamique. Après extrusion réactive, les tanins vulcanisés présentent une meilleure compatibilité avec la matrice PP et des propriétés anti-UV. La deuxième approche consiste en une modification par estérification à l'aide d'anhydride acétique. Avec cette méthode, des teneurs élevées en AT ont pu être incorporées au PLA, jusqu'à 30 % en poids et jusqu'à 20 % sans diminution notable des propriétés mécaniques ni impact sur la morphologie de surface. Ces composites PLA/AT sont imprimables en impression 3D par dépôt de matière fondue. Dans la troisième partie, une compatibilisation réactive a été réalisée avec succès pour améliorer l'adhésion interfaciale entre PLA et les tanins condensés en utilisant du 3-aminopropytriéthoxysilane, du diisocyanate de méthylène diphényle et du peroxyde de dicumyle (DCP). / Condensed tannins are widely distributed and highly abundant in nature. In the past decades, such tannins have played an important role in thermosetting systems (e.g. adhesives for wood bonding, foam material) because of their chemical reactivity. However, they also exhibit great potential as a component of polymeric materials because of their physicochemical properties (e.g. antioxidant, antimicrobial and stabilizing properties), which are promising for material preparation. In order to transform tannins from traditional application to a broaden application in polymeric materials, the main challenge facing tannins are their incompatibility with hydrophobic polymer. For this purpose, three modification pathways were developed to improve the compatibility of tannins with PP or PLA matrix. In the first part, PP/ tannins were modified with hexamine or glyoxal via dynamic vulcanization technique. After vulcanized extrusion, vulcanized tannins present better compatibility and UV protective performance in PP matrix. The second approach is CTs modified with acetic anhydride. With this method, up to 30 wt% acetylated tannin (AT) can be well incorporated with PLA while PLA containing up to 20 wt% AT did not deteriorate the mechanical property and surface morphology. This PLA/AT composites are printable via fused deposition modeling process. In the third part, the efficient reactive compatibilization have been successful used to improve the interfacial adhesion between PLA and CTs by using 3-aminopropytriethoxysilane, methylene diphenyl diisocyanate, and dicumyl peroxide (DCP).

Depuis la fin du XXème siècle, la chimie combinatoire dynamique permet de synthétiser sous contrôle thermodynamique des récepteurs macrocycliques pour des molécules invités cibles. Ainsi, de nombreux hôtes supramoléculaires capables d’effectuer de la reconnaissance de molécules d’intérêt biologique dans l’eau ont été reportés dans la littérature. Nous avons décrit une nouvelle famille de récepteurs macrocycliques hydrosolubles appelés dyn[n]arènes polycarboxylates. Leur propriété de reconnaissance moléculaire vis-à-vis des polyamines, des métaux et des acides aminés ont permis d’envisager des applications biologiques. D’un point de vue fondamental, le rôle des divers paramètres, dont le solvant, a été étudié pour identifier les forces motrices responsables des associations. Des expériences in cellulo ont permis de démontrer un effet cytostatique anti-prolifératif transitoire du dyn[4]arène sur les cellules cancéreuses HeLa. Dans le but de moduler leurs propriétés de reconnaissance moléculaire, des réactions d’extrusion de soufre ont été envisagées pour synthétiser des dérivés plus robustes des dyn[n]arènes. Enfin, une famille d’objets macrocycliques apparentée a été envisagée basée sur le motif imino-1,5-dithiocines. Des études synthétiques et physico-chimiques pour l’élaboration de ces nouveaux cavitands laissent entrevoir de possibles applications biologiques similaires à celle de leurs analogues, les bases de Tröger / Since the end of the 20th century, dynamic combinatorial chemistry under thermodynamic control has enabled the synthesis of macrocyclic receptors towards targeted guest. So, many supramolecular hosts have been reported to be efficent in the molecular recognition of biologically relevant molecules in water. We describe a new family of hydrosoluble macrocycles called polycarboxylated dyn[n]renes. Their molecular recognition properties with polyamines, amino acids and metals allow biological studies. From the fundamental view, the role of each parameters, including the solvent, has been deeply studied to identify the strength of the association. In cellulo experiments have shown an antiproliferative and cytostatic effect of the dyn[4]arene on HeLa cancer cells for several hours. In order to modulate their molecular recognition properties, sulfur extrusion process has been carried out to synthesize more robust derivatives of dynarenes. Finally, a new family of similar macrocycles has been studied, based on imino-1,5-dithiocines. Syntheses and physico-chemical studies for the design of futurs cavitands pave the way for similar biological applications as described for Tröger’s bases

Metallic glasses exhibit many attractive attributes such as outstanding mechanical, magnetic, and chemical properties. Due to the absence of crystal defects, metallic glasses display remarkable mechanical properties including higher specific strength than crystalline alloys, high hardness and larger fracture resistance than ceramics. The technological breakthrough of metallic glasses, however, has been greatly hindered by the limited plastic strain to failure. Thus, several strategies have been employed to improve the intrinsic and extrinsic effects on the flow behavior of metallic glasses with respect to their fracture toughness and overall plastic strain. One of the suggested strategies is the production of a composite consisting of the brittle metallic glass along with a ductile second phase that either acts as an active carrier of plastic strain or passively enhances the multiplication of shear bands via shear-band splitting . Another approach for increasing plastic deformation consists of introducing pores as a gaseous second phase into the material. The pores are similarly effective in delaying catastrophic failure resulting from shear band localization. In metallic glasses with high porosity, propagation of shear bands can even become stable, enabling macroscopic compressive strains of more than 80 % without fracture. In this thesis, Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 glass and its composites have been fabricated using mechanical milling and consolidation by hot pressing followed by extrusion of Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 metallic glass powder or Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 metallic glass powder reinforced with 40 vol.% of brass particles to obtained bulk composite materials with high strength and enhanced compressive plasticity and to generate porous structure in Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 metallic glass using selective dissolution. The brass–glass powder mixtures to be consolidated were prepared using two different approaches: manual blending and ball milling to properly vary size and morphology of the second phase in the composites. Powder consolidation was carried out at temperatures within the supercooled Liquid (SCL) region, where the glassy phase displays a strong decrease of viscosity, with using the sintering parameters which were chosen after analysis of the crystallization behavior of the glassy phase to avoid its crystallization during consolidation. Ball milling has a significant effect on the microstructure of the powder mixtures: a refined layered structure consisting of alternating layer of glass and brass is formed as a result of the mechanical deformation. However, ball milling reduces the amorphous content of the composite powders due to mechanically induced crystallization and reaction of the glass and brass phases during heating. In addition, the milling of the composite powders and the following consolidation step reduces the amorphous content by about 50 %. The bulk amorphous Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 alloy synthesized by hot pressing exhibits higher strength (2.28 GPa) than that of the as-cast bulk amorphous Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 alloy (2.2 GPa). The mechanical behavior of the glass-brass composites is significantly affected by the control of the microstructure between the reinforcement and the nano-grained matrix phase through the different methods used for the preparation of the powder mixtures. The strength of the composites increases from 500 MPa for pure brass to 740 and 925 MPa for the composites with 40 and 60 vol.% glass reinforcement prepared by manual blending. The strength further increases to 1240 and 1640 MPa for the corresponding composites produced by ball milling caused by the remarkable effect of the matrix ligament size on the strengthening of the composites. The porous metallic glass was obtained by the selective dissolution in a HNO3 solution of the fugitive brass phase in the Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 composite. The microstructure of the porous samples consists of highly elongated layered pore structures and/or irregularly shaped pores. The average size of the pores depends on the processing parameters and can be varied in the range of 0.4–15 µm. Additional porous samples were prepared from different extruded composite precursors of blended and milled powder mixtures. This leads to customized hybrid porous structures consisting of a combination of large and small pores. The specific surface area of the porous Ni-based metallic glass powder measured by the BET method is 16 m2/g, while the as-atomized Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 powder has a specific surface area of 0.29 m2/g. This indicates a mechanical milling induced enhancement in surface area by refinement of the fugitive brass phase. However the specific surface area of the porous Ni-based metallic glass obtained from as-extruded precursors is 10 m2/g caused by a breakdown of the porous structure during selective dissolution of the nano-scale fugitive phase. Although milling of the present composite powders and the following consolidation step reduces the amorphous content by about 50 %, through the use of glassy phases with improved stability against mechanically induced crystallization along with reduced affinity with the fugitive phase to avoid unwanted reactions during processing, this approach using powder metallurgical offers the possibility to produce highly active porous bulk materials for functional applications, such as catalysis, which require the fast transport of reactants and products provided by the large pores along with high catalytic activity ensured by the large surface area characterizing the small pores. Accordingly, gas absorption ability tests of porous Ni-based metallic glass powders have been performed in order to evaluate the possibility of replacement of conventional support materials. From these first tests it can be conclude that additional opportunities should exist for nano-porous MGs with designed architecture of porous structures that are tailored to specific functional applications. / Metallische Gläser weisen viele attraktive mechanische, magnetische und chemische Eigenschaften auf. Aufgrund der fehlenden Kristallstruktur zeigen metallische Gläser bemerkenswerte mechanische Eigenschaften, einschließlich höherer spezifischer Festigkeit, höherer Härte und größerer Bruchfestigkeit als Keramik. Der technologischen Durchbruch metallischer Gläser wird jedoch bis heute stark von ihremspröden Bruchverhalten behindert. Deshalb wurden verschiedene Herstellungsverfahren entwirkt, um sowohl die plastische Verformung der metallischer Massivgläser zu erhöhen, als auch um die mechanischen Eigenschaften generell zu verbessern. Eine mögliche Methode, zur Erhöhung der Plastizität und zur Beeinflussung der mechanischen Eigenschaften der metallischen Gläser ist der Einbau zweiter Phasen, wie z.B. durch Fremdpartikel Verstärkung oder Poren in Kompositen. Die Scherband bewegung wird durch die Wechselwirkung mit zweiten Phasen behindert, und gleichzeitig werden durch die in den Grenzflächen entstehenden Spannungsspitzen zwischen der zweiten Phase und der Matrix neue Scherbänder initiert. Dies führt zur Bildung einer Vielzahl von Scherbändern, was eine höhere plastische Dehnung zur Folge hat, da die Deformationsenergie auf ein größeres Volumen verteilt wird. In der vorliegenden Arbeit wurden Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 Massivglas und mit Messing- verstärkte Komposite durch Kugelmahlen und Heißpressen mit anschließender Extrusion von Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 Pulver oder Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 Pulver mit 40 vol.% Messing Partikeln hergestellt. Neben der Herstellung der Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 Komposite mit Messing Partikeln, wurden auch Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 Komposite mit definierter Porösität durch die selektive Auflösung der zweiten Phase erzeugt. Die verwendete Mischung von Messing und metallischem Glaspulver wurde über zwei verschiedene Ansätzen hergestellt: die Pulver wurden manuell gemischt oder gemahlen, um die optimale Größe und Morphologie der zweiten Phase in den Komositen zu erzeugen. Das Sintern der Pulver erfolgte bei Temperaturen im Bereich der unterkühlten Schmelze, wobei die Legierung eine starke Abnahme der Viskosität zeigte, mit Hilfe optimierter Sinterparameter, die nach der Analyse des Kristallisationsverhaltens der gläsernen Phase ausgewählt wurden, um deren Kristallisation während der Konsolidierung zu vermeiden. Kugelmahlen hat einen signifikanten Einfluss auf die Mikrostruktur der gemahlenen Pulver: Eine verfeinerte Lamellare Struktur, teils bestehend aus Glas und teils aus Messing, wird durch mechanische Verformung gebildet. Kugelmahlen reduziert jedoch den amorphen Anteil der Komposite durch mechanische induzierte Kristallisation und die Reaktion der Glas- und Messing- Phasen durch Erwärmung. Das Kugelmahlen der Komposite (Pulver) und das darauf folgende Sintern führte zur eine Absenkung der freien Enthalpie der amorphen Phase um ca. 50%. Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 metallische Massivgläser, welche durch Heißpressen hergestellt werden, weisen eine höhere Streckgrenze von 2.28 GPa als das gegossene Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 Massivglas (2.2 GPa) auf. Die mechanischen Eigenschaften der mit Messing Ni59Zr20 Ti16Si2Sn3 verstärkten Komposite sind abhängig von der Kontrolle der Mikrostruktur zwischen den zweiten Phasen und der Matrixphase durch die verschiedenen Verfahren zur Herstellung von Pulvermischungen. Die Festigkeiten der Komposite, welche durch Handmischen und Heißpressen mit nachfolgender Extrusion hergestellt wurden, erhöhten sich von 500 MPa für reines Messing bis auf 740 und 925 MPa für die Komposite mit 40 und 60 Vol. % Glaspartikel- Verstärkung durch Handmischen. Die Festigkeiten erhöhten sich nochmals auf 1240 und 1640 MPa für die Komposite mit 40 und 60 Vol. % an Glaspartikel-Verstärkung mit lamellare Stuktur, die durch Kugelmahlen hergestellt würden. Die Ursache hier für liegt in der Wirkung der Ligamentabmessungen zwischen den Matrixbestandteilen hinsichtlich der Verfestigung der Komposite. Die Porösität im metallischen Glas wurde durch die selektive Auflösung der flüchtigen Messingphasen in den Kompositen mit Salpetersäure-Lösung erhalten. Die Mikrostuktur der porösen metallischen Gläser besteht aus stark elongiert geschichteten Porenstrukturen und/oder unregelmäßig geformten Poren. Die durchschnittliche Größe einer Pore hängt von den behandelnden Parametern ab und kann von 0.4–15 µm variieren. Weitere poröse Proben wurden ausgehend von verschiedenen extrudierten Komposit-Precursoren aus handgemischten und kugelgemahlenen Pulvermixturen erzeugt. Dies führte zu angepassten hybrid-porösen Strukturen bestehend aus einer Kombination von großen und kleinen Poren. Die spezifische Oberfläche des porösen Glaspulvers gemessen mit Hilfe der BET- Methode, beträgt 16m2/g, wohingegen das atomisierte Ni59Zr20Ti16Si2Sn3 MG Ausgangspulver eine spezifische Oberfläche von 0.29 m2/g besitzt. Dies weist darauf hin, dass das Mahlen eine Vergrößerung der Oberfläche durch die Verfeinerung der flüchtigen Messingphase induziert. Die spezifische Oberfläche der porösen-metallischen Gläser beträgt 10 m2/g und entsteht durch die Zerstörung der porösen Struktur während der selektiven Auflösung der nanoskaligen flüchtigen Phase. Obwohl das Kugelmahlen der Komposite (Pulver) und die darauf folgende Konsolidierung zwar den amorphen Anteil um etwa 50% reduziert, bietet die Pulvermetallurgische Herstellung durch die Verwendung von gläsernen Phasen mit verbesserter Stabilität gegenüber mechanisch induzierter Kristallisation, sowie einer reduzierten Affinität mit der flüchtigen Messingphase zur Vermeidung von unerwünschten Reaktionen während des Prozesses eine Möglichkeit, hochaktive poröse metallische Gläser für funktionelle Anwendungen, wie z.B. Katalyse, zu entwickeln. Hier ist eine schnelle Transport von Reaktanten und Produkten, welcher von den großen Poren, sowie eine hohe katalytische Aktivität, die von kleinen Poren und einer großen Oberfläche sichergestellt wird wesentlich. Daher wurden Untersuchungen zur Gasabsorptionsfähigkeit von porösem metallischen Glaspulver durchgeführt, um die Möglichkeit der Ersetzung von konventionellen Trägermaterialen bewerten zu können. Diese ersten Versuche zeigen die grundsäLzliche Eignung nano poröse metallischer Gläser zur Herstellung von porösen Strukturen mit einstellbarer Porenarchitektur auf die Langfristig für spezifische funktionelle Anwendungen von Interesse sein könnten.

La présence de matières plastiques dans les DEEE (déchets des équipements électriques et électroniques) a augmenté de 25% ces cinq dernières années. Avec la mise en place de nouvelles réglementations imposant des objectifs de recyclage élevés et l’augmentation des cours du pétrole, le recyclage des matières plastiques devient plus que jamais d’actualité. Dans ce contexte, tout en travaillant avec des polymères vierges, l’objectif de ce travail est de trouver une voie de valorisation des DEEE par le mélange de polymères. Le travail s’est focalisé sur l’amélioration des propriétés mécaniques des mélanges ABS/PC (70%/30% en masse) en structurant la morphologie de mélanges sous formes allongées (fibres et/ou lamelles). Pour ce faire, des outils spécifiques novateurs (éléments multiplicateurs de couches, filière de coextrusion fibrillaire) sont développés et utilisés. La démarche consiste à structurer d’abord des joncs, qui sont ensuite granulés, puis injectés lors d’une deuxième étape pour fabriquer des éprouvettes. Lorsque des morphologies allongées sont obtenues, des améliorations notables de propriétés (au choc en particulier) sont observées. Le travail termine par l’étude de l’effet sur la structuration et les propriétés finales d’un compatibilisant, l’ABS greffé anhydride maléique, synthétisé par extrusion réactive et rajouté au mélange ABS/PC. / Plastics in WEEE (Waste of Electric and Electronic Equipments) have increased up to 25% in the last five years. As new regulations are setting up increased recycling objectives and the oil prize is also increasing, plastic recycling is more than never an issue. In this context, while still working on virgin polymers, this work objective is to find a way to valorize the WEEE by the use of polymer blends. This work is focused on the upgrading of mechanical properties of ABS/PC (70%/30% wt%) blends by structuring the morphology of the blends creating elongated shapes (fibers and/or lamellas). To do so, innovative specific tools have been developed and used such as layer-multiplying mixing elements or fibrillar coextrusion dye. The first step of the procedure is to create structured strands of polymers which are then pelletized. Then these pellets are injected in a second step to create specimens. When elongated morphologies are obtained, significant improvements are observed in properties, especially for impact behavior. Finally, this work studies the effect of a compatibilizer on the structuration and the final properties of the blends. The compatibilizer, maleic anhydride grafted ABS, was synthesized through reactive extrusion and added in ABS/PC blends.

Le développement des bioraffineries repose sur une conception optimisée d’installations industrielles en synergie comportant un grand nombre de flux de matière et d’opérations unitaires. Le recours à des simulateurs de procédés présente un intérêt certain dans la conception, l’analyse et l’optimisation de tels procédés. Souhaitant initier le développement d’un outil de simulation adapté à ce secteur, nous nous sommes appuyés sur l’exemple d’un procédé d’oxydation de biopolymères par extrusion réactive. Les procédés d’extrusion réactive sont caractérisés par un couplage intime entre écoulement, thermique et cinétiques réactionnelles. Les modalités de ce couplage dépendent des réactions visées. Souhaitant proposer un modèle flexible, intégrable dans un simulateur statique de procédés, et permettant d’atteindre un bon compromis entre la prédictivité et la quantité d’essais nécessaires pour ajuster les paramètres du modèle, nous avons opté pour une approche de modélisation mixte reposant à la fois sur une représentation de l’écoulement à l’aide de réacteurs idéaux et sur des lois de la mécanique des fluides. L’écoulement est modélisé par une cascade de réacteurs continus parfaitement agités (RCPA) avec reflux. Chaque RCPA est caractérisé par un taux de remplissage qui dépend des conditions opératoires. Le calcul du taux de remplissage des RCPA, de la pression matière et des débits circulant entre les RCPA en régime permanent est effectué en réalisant un bilan matière sur chaque RCPA. La température matière dans chacun des RCPA est calculée grâce à un bilan thermique. La modification chimique du matériau est décrite à l’aide de trois réactions : l’oxydation dépolymérisante, la formation de groupements fonctionnels (carbonyles et carboxyles) et la dégradation thermomécanique du biopolymère sous l’effet de la chaleur et des contraintes de cisaillement. L’établissement des équations de bilan de population auxquelles on applique la méthode des moments, permet de calculer simultanément les masses molaires moyennes en nombre et en poids du polymère ainsi que la teneur en agent oxydant dans chacun des RCPA. La viscosité est reliée à masse molaire moyenne. Un algorithme de calcul itératif permet de coupler le bilan matière, le bilan thermique et le calcul réactionnel. Les données expérimentales nécessaires à la validation du modèle ont été fournies par la plate-forme expérimentale mise au point au CVG (Centre de Valorisation des Glucides, Amiens) dans le cadre du programme Synthons. Une méthode d’ajustement des paramètres du modèle à partir d’un nombre minimal de données expérimentales a été proposée, permettant d’évaluer le caractère prédictif du modèle. Le modèle d’extrusion réactive ainsi ajusté a permis de reproduire les résultats expérimentaux obtenus pour différents matériaux, débits, vitesses de rotation, et sur deux extrudeuses detaille et de configuration différentes. L’intégration du modèle d’extrusion réactive dans un simulateur de procédés - le logiciel USIM PAC - a permis de simplifier sa mise en œuvre,offre des perspectives en optimisation et dimensionnement d’équipement et rend possible la simulation de l’opération d’extrusion réactive au sein d’une chaîne de transformation complète. / The development of biorefineries requires integrating and optimizing plants and handling a large number of material flows and unit operations. The development of a process simulator dedicated to this field would thus be of great interest. This is what we intended to initiate by relying on the example of the oxidation of biopolymers by reactive extrusion. Reactive extrusion is characterized by a strong coupling between flow, heat transfer and reaction kinetics. This coupling depends on the desired reactions. We here intended to elaborate aflexible model, being easily integrated into a static process simulator, and enabling to reach agood compromise between the predictive character of the model and the amount of experiments required to adjust model parameters. Therefore, we adopted a hybrid modelling approach combining a flow description based on ideal reactors and continuum mechanics laws. Flow is modeled as a cascade of continuous stirred tank reactors (CSTR) with possible backflow. Flow rates between CSTRs are calculated using physical laws taking into account the operating conditions and geometric parameters of the equipment. Each CSTR is characterized by a filling ratio, which depends on the operating conditions. The calculation of steady-state filling ratio, pressure and flow rates between the CSTRs is achieved by performing a material balance in each CSTR. Material temperature in each CSTR is calculated through a thermal balance. The chemical modification of the material is described using three reactions: the oxidative depolymerization, the formation of functional groups(carbonyl and carboxyl) and the thermomechanical degradation of the biopolymer induced by heating and shearing. The number-averaged and weight-averaged molecular weight of the biopolymer and the oxidant content in each CSTR are computed simultaneously by applying the moment operation to population balance equations. Viscosity is linked to the mean molecular weight. An iterative algorithm enables to couple material balance, thermal balance and reaction kinetics. The experimental data required for model validation were provided by the experimental platform developed at the CVG (Centre de Valorisation des Glucides,Amiens, France) in the frame of the Synthons program. A method was proposed in order to adjust model parameters with a minimal number of experimental data, enabling to assess the predictive character of the model. Once the parameters were adjusted, the reactive extrusion model enabled to reproduce the experimental results obtained with different raw materials,flow rates, screw rotation speeds, and using two extruders with different size and screw configuration. The integration of the reactive extrusion model into a process simulator - the USIM PAC software - enabled to simplify its implementation. This constitutes a promising step in a perspective of process optimization and scale-up, and enables to simulate a reactive extrusion operation within a global plant simulator.

La fabrication additive (Impression 3D) consiste à fabriquer des objets couche par couche en utilisant un modèle 3D, un matériau approprié et une machine dédiée. Pour la construction, c’est un nouveau mode constructif qui se profile. Depuis 2010, la fabrication additive a fait un saut technique et médiatique dans ce secteur. Les projets d’impression 3D se sont multipliés et diversifiés avec les premières maisons construites entièrement au moyen de cette technologie (Winsun, D-Shape, Contour Crafting, Apis Cor…etc). Ce travail s’inscrit dans le cadre d’une thèse CIFRE démarrée en 2015 entre le laboratoire de génie civil de l’Ecole Centrale de Lille et l’entreprise Bouygues Construction. L’objectif de ce travail est d’étudier le potentiel de la fabrication additive pour la construction et plus précisément de proposer une formulation à matrice cimentaire qui sera mise en œuvre par impression 3D.La thèse est organisée en trois grandes parties.La première partie est consacrée à la définition de l’impression 3D et des matériaux cimentaires pour définir leurs interactions. La deuxième partie est dédiée à la formulation d’un matériau cimentaire imprimable. L’imprimabilité a été définie par trois indicateurs : l’extrudabilité, la buildabilté et l’adhérence. La troisième partie est destinée à la validation de la formulation proposée. Ce travail peut être considéré comme une première approche pour définir un protocole d’évaluation de l’imprimabilité des matériaux cimentaires à l’échelle du laboratoire ainsi qu’une première étape pour la conception d’une imprimante 3D destinée et adaptée à la construction. / Additive Manufacturing (3D printing) consists in building an object layer by layer following a 3D model. For this purpose an appropriate material, machine and model are needed. From Construction industry point of view, 3D printing is considered as a new building method. Since 2010, the use of 3D printing for construction has known a large evolution. More and more real construction projects are using this new technology. Some of these examples are Winsun in China, D-Shape in Italy, Contour Crafting in California or Apis Cor in Russia…etc.The work presented in this manuscript was conducted through an industrial PhD thesis (CIFRE) which was launched between “Ecole Centrale de Lille” and “Bouygues Construction” in 2015. The objective of this work was to study the potential of large scale 3D printing integration in the construction process and more precisely the development of a printable cement based mix design.The work is organized in three main parts.The first part was dedicated to 3D printing and cement based material as general concepts. Then their interactions were analyzed. The second part was devoted to the printable mix design. The printability was defined using three indicators: Extrudability, Buildability and layers adhesion. The third part was dedicated to check the printability of the proposed mix design. This work may be considered as a first approach to define a laboratory scale methodology for cement based materials printability testing. It is also a step to contribute to the development of construction 3D printers.

Ce travail est une contribution à une étude de recherche et développent, proposée par Hydro Aluminium, dans le domaine des mécanismes d'endommagement de filières d'extrusion et. L'originalité du travail de thèse est basée sur le développement d'un alliage Inconel 718 optimisé pour l'application spécifique de filière d’extrusion, ce qui représente un saut technologique dans l'emploi de ce superalliage dans le domaine des outils. L'impact des paramètres du procédé d'extrusion, appelés paramètres extrinsèques, - tels que la vitesse d'extrusion, la longueur de billette, le chargement thermo-mécanique - sur le comportement mécanique du matériau a été analysé. Les cycles traction-compression sont simulés à l'aide d’essais isothermes de fatigue oligocyclique (LCF) qui donnent des informations sur les différents mécanismes d'endommagement survenant dans la filière. Du point de vue scientifique, la sollicitation de fatigue oligocyclique isotherme (LCF) est considérée comme la plus représentative des conditions thermomécaniques agissant sur l'outil. Les résultats montrent que la vitesse de déformation et de temps de maintien ont un impact significatif sur la durés de vie en fatigue. Le développent du matériau, enfin, a été atteint en modifiant les paramètres intrinsèques au matériau - tels que la taille des grains et la morphologie des précipités intermétalliques. Des traitements thermiques alternatifs, permettant d'adapter le matériau aux conditions spécifiques imposées par le procédé d'extrusion, ont été formulés. Des essais de fatigue LCF supplémentaires, ont permit de comparer la réponse cyclique de ces nouvelles nuances à celle du traitement original. Un de ces traitement, élaboré au travers d’une approche pluridisciplinaire incluant les aspects métallurgie, chimie et mécanique, a été retenu comme la nouvelle procédure standard pour le traitement des matrices d'extrusion en Inconel 718. / This present work is a contribution to an extensive development study, promoted by Hydro Aluminium, in the field of the damage mechanisms of extrusion dies. The originality of the present work is based on the development of an optimized Inconel 718 alloy as bulk material for extrusion die., which corresponds to a new application of this alloy in the field of tools: The investigation of the impact of the so called “Material Extrinsic Parameters”, such as extrusion speed, billet length and thermo-mechanical loading on the mechanical behaviour of the material is proposed. The cyclic tensile and compressive stresses, acting on the die, are simulated by isothermal Low Cycle Fatigue (LCF) tests. Results show that strain rate and holding time have a significant impact on fatigue life. These considerations represent the “Input Data” for the design of an optimized Inconel 718 in order to adapt the material to the specific conditions imposed by the extrusion process. This objective is achieved by modifying the “Material Intrinsic Parameters” such as grain size or precipitates morphology through the formulation of alternative thermal treatments. Additional LCF tests, are carried out to compare the cyclic response of the alternative Inconel 718 grades. One of this treatment, elaborated by a multidisciplinary approach including metallurgical, chemical and mechanical experiments that has been implemented in the industrial production practice as the new standard procedure for the thermal treatment of the Inconel 718 extrusion dies.

La présence de matières plastiques dans les DEEE (déchets des équipements électriques et électroniques) a augmenté de 25% ces cinq dernières années. Avec la mise en place de nouvelles réglementations imposant des objectifs de recyclage élevés et l’augmentation des cours du pétrole, le recyclage des matières plastiques devient plus que jamais d’actualité. Dans ce contexte, tout en travaillant avec des polymères vierges, l’objectif de ce travail est de trouver une voie de valorisation des DEEE par le mélange de polymères. Le travail s’est focalisé sur l’amélioration des propriétés mécaniques des mélanges ABS/PC (70%/30% en masse) en structurant la morphologie de mélanges sous formes allongées (fibres et/ou lamelles). Pour ce faire, des outils spécifiques novateurs (éléments multiplicateurs de couches, filière de coextrusion fibrillaire) sont développés et utilisés. La démarche consiste à structurer d’abord des joncs, qui sont ensuite granulés, puis injectés lors d’une deuxième étape pour fabriquer des éprouvettes. Lorsque des morphologies allongées sont obtenues, des améliorations notables de propriétés (au choc en particulier) sont observées. Le travail termine par l’étude de l’effet sur la structuration et les propriétés finales d’un compatibilisant, l’ABS greffé anhydride maléique, synthétisé par extrusion réactive et rajouté au mélange ABS/PC. / Plastics in WEEE (Waste of Electric and Electronic Equipments) have increased up to 25% in the last five years. As new regulations are setting up increased recycling objectives and the oil prize is also increasing, plastic recycling is more than never an issue. In this context, while still working on virgin polymers, this work objective is to find a way to valorize the WEEE by the use of polymer blends. This work is focused on the upgrading of mechanical properties of ABS/PC (70%/30% wt%) blends by structuring the morphology of the blends creating elongated shapes (fibers and/or lamellas). To do so, innovative specific tools have been developed and used such as layer-multiplying mixing elements or fibrillar coextrusion dye. The first step of the procedure is to create structured strands of polymers which are then pelletized. Then these pellets are injected in a second step to create specimens. When elongated morphologies are obtained, significant improvements are observed in properties, especially for impact behavior. Finally, this work studies the effect of a compatibilizer on the structuration and the final properties of the blends. The compatibilizer, maleic anhydride grafted ABS, was synthesized through reactive extrusion and added in ABS/PC blends.

Les résultats de cette étude de la composition du fruit à pain récolté sur un territoire contrasté du point de vue agropédoclimatique, et de son amidon, montrent que la teneur en amidon du fruit à pain apparaît comme étant influencée par la saison, mais pas par la zone de récolte. La teneur en amidon beaucoup plus élevée pour les fruits à pain développés durant la saison la plus sèche est un résultat très original. La connaissance du cycle de développement des fruits à pain à la Martinique a été décrite pour une première fois, permettant de déterminer une période de récolte optimisée par rapport à la floraison : la 16ème semaine pour une croissance maximale, ou la 17ème semaine pour une plus haute teneur en amidon. L’étude de Worrell et al., (1998), la seule publiée actuellement, menée à la Barbade, a montré un cycle plus long de 2 semaines environ.Du point de vue de la diversité génétique, les fruits à pain récoltés en Martinique constituent un seul groupe, à l’opposé de ceux récoltés en Guadeloupe qui constituent 2 sous-groupes proches.En ce qui concerne l’amidon, nos résultats montrent que les dimensions des grains d’amidon de fruits matures sont comprises entre 9 et 12 µm. Leur taille augmente avec la croissance du fruit puisque dans un fruit immature leur diamètre moyen était de 7,5 µm. Il s’agit d’amidons de type B à très haute cristallinité, dont les températures d'empesage sont autour de 75 °C. Parmi les facteurs agropédoclimatiques, l’humidité a eu un rôle actif sur la qualité de l’amidon puisque à la fois la quantité d’amylose et la masse molaire de l’amylopectine diminuent. L’amidon a une solubilité et un gonflement faible du même ordre de grandeur que les amidons classiques et une forte viscosité à la gélatinisation et à la rétrogradation, lui conférant une aptitude à l’utilisation comme gélifiant.Des essais d’applications alimentaires ont été effectués en panification et en extrusion. Des transformations en produits de type crackers ont donné des résultats moyennement satisfaisant avec 100 % de farine de fruit à pain. En panification l’incorporation de farine de fruit à pain a des actions délétères sur la valeur boulangère. L’acceptabilité d’un goût « nature, vert » conféré par la farine de fruit à pain devra notamment être évaluée lors de travaux ultérieurs.Le développement de produits à base de fruit à pain permettra / The results of this study the composition of breadfruit harvested in an area of agro climatic soil contrasting views, and its starch, show that the starch content of breadfruit appears to be influenced by season, but not by collection area. The starch content is much higher for breadfruit developed during the driest season is a very original result. Knowledge of the development cycle of breadfruit in Martinique has been described for the first time, to determine an optimal harvest period compared to flower: the 16th week for maximum growth, or the 17th week for a higher starch content. The study by Worrell et al., (1998), the only currently published, conducted in Barbados, showed a longer cycle of about 2 weeks.From the perspective of genetic diversity, breadfruit harvested in Martinique as a single group, in contrast to those collected in Guadeloupe that are close to two subgroups.With regard to starch, our results show that the size of starch granules of mature fruits are between 9 and 12 microns. Their size increases with the growth of the fruit as an immature fruit in their mean diameter was 7.5 microns. This is B-type starches with very high crystallinity, with temperatures of gelatinization are around 75 °C. Agro climatic soil factors, humidity took an active role on the quality of starch, since both the amount of amylose and amylopectin molecular weight of the decline. The starch has a solubility and low swelling of the same order of magnitude as the conventional starches and high viscosity to gelatinization and retrogradation, giving it a suitability for use as a gelling agent.Testing of food applications were made in bakery and extrusion. Changes in products like crackers gave moderately satisfactory results with 100 % breadfruit flour. Incorporation into bread flour breadfruit has deleterious actions on the baking. The acceptability of a taste "nature green" conferred by the breadfruit flour will be particularly assessed in future work.Product development based breadfruit allow several things, which meet the growing demand for food diversification.