La cellulose étant l'un des biopolymères les plus abondants, elle est employée dans ce travail de thèse sous sa forme nano-fibrille (2 à 5nm de diamètre et plusieurs microns de long) pour préparer des nanomatériaux durables. Les microfibrilles de cellulose (MFC) chargées positivement ou négativement sont assemblées en couches minces dans ces nanomatériaux par la méthode « Layer by Layer » (LbL) par trempage, pulvérisation ou spin assisté. Les différences entre ces films LbL à base de MFC et les films LbL à base de polymères standards sont discutées brièvement et sont reliées à la forme nanofibrillaire de la cellulose. Les MFC réagissent comme des nano-objets anisotropes et rigides. Les films LbL de MFC sont ensuite intégrés à des membranes de séparation, entre la couche polymérique de séparation et le support poreux, pour améliorer le débit à travers ces membranes. Ces films minces sont également déposés sur des aérogels de cellulose pour améliorer la stabilité de ces aérogels en milieu aqueux. Dans les deux applications, les résultats était encouragent et montre une validation de principe. / Cellulose, one of the most abundant biopolymers, is used in this PhD work in its nanofibrillated form, 2-5 nm in diameter and microns long, to prepare sustainable nanomaterials. Both positively and negatively charged microfibrillated celluloses (MFC) are assembled in these nanomaterials using the versatile Layer by Layer (LbL) assembly methods: dipping, spray assisted-deposition and spin-assisted deposition. A brief comparison between the MFC based LbL assembled films and the standard polymeric LbL films is carried out. Thedifferences between the two species are related to the fibrillar form of cellulose. MFC behaves like rigid anisotropic nano-objects. MFC LbL assembled films are then integrated in separation membranes between active polymeric separation layers and a mechanically stable porous support to improve the flux through these membranes. MFC LbL assembled films are also coated on cellulosic aerogels to improve the wet stability of these aerogels. In both cases, results were encouraging and showed a proof of concept.