Les travaux de cette thèse portent sur la formation et la polymérisation d'émulsions de Pickering stabilisées par des nanocristaux de cellulose (NCC). Tout d’abord, les NCC sont fonctionnalisés en surface de façon à modifier d'une part, leur balance hydrophile/hydrophobe et d'autre part, apporter des fonctions promoteurs de la polymérisation par ATRP de la phase interne ou externe. A l'aide de ces NCC, des émulsions directes, inverses et doubles de styrène et de monomères acryliques ont été stabilisées puis polymérisées. L'impact, de la fonctionnalisation des NCC, de la nature du monomère et de l’amorceur, de la présence ou pas de sel sur, la taille, la stabilité, la couverture des gouttes et la morphologie des objets obtenus, a été étudiée. Les latex issus de la polymérisation radicalaire d’émulsions directes de Pickering ont permis la préparation de composites aux propriétés mécaniques améliorées par rapport à celles de la matrice sans charge. Les émulsions stabilisées par des NCC réactifs ont conduit à la synthèse de capsules ou de billes pleines en fonctions de la nature du monomère polymérisé. Des matériaux poreux ont été obtenus par polymérisation des émulsions inverses de Pickering. Enfin, la polymérisation des émulsions doubles a permis l’obtention d’objets à morphologie tout à fait inédite avec l’encapsulation de capsules de polystyrène dans des capsules plus volumineuses de ce même polymère. / Pickering emulsions are based on amphiphilic particle stabilizers, which adsorb irreversibly at the liquid-liquid interface and form a rigid structure around the droplets. Amongst these particles, biosourced and biorenewable cellulose nanocrystals (CNCs) have demonstrated good performances as Pickering stabilizers for oil in water emulsions. In this thesis, a wide range of emulsions of monomers were stabilized by amphiphilic modified CNCs. These Pickering emulsions subsequently serve as vessel to perform radical polymerization. In a first step, the CNCs are modified to tailor the hydrophobic/hydrophilic balance and are used to efficiently stabilize direct (O/W), inverted (W/O) or double W/O/W Pickering emulsions of monomers. The different emulsions obtained were subsequently polymerized, by thermal radical polymerization or by SI-ATRP. The polymerization of the direct emulsions allowed producing either capsules or filled beads, depending on the monomer used, which we assigned to differences in monomer reactivity. Hence, the method offers the opportunity to tune the morphology of the polymerized spheres (empty or filled), by simply controlling the monomer conversion. The polymerization of the inverted emulsion on the other end, led to the formation of a porous material. The polymerization of the double W/O/W emulsions was also envisaged, leading original morphology such as small empty beads encapsulated into larger capsules.

Contrairement à leurs homologues animales, les cellules végétales sont entourées d’une fine enveloppe de polysaccharides appelée paroi primaire, dont la principale structure portante est un réseau de microfibrilles de cellulose reliées entre elles par des hémicelluloses. L’objectif de ce travail est de mettre au point des capsules biomimétiques de la paroi végétale qui puissent servir de système modèle dans l’étude des propriétés mécaniques de ce matériau naturel. Pour ce faire, des vésicules géantes unilamellaires d’un diamètre moyen de 20 µm ont été utilisées comme support de dépôts couche-par-couche de nanocristaux de cellulose (les sous-éléments des microfibrilles) et de xyloglucane (l’hémicellulose la plus répandue) jusqu’à une dizaine de bicouches, les capsules ainsi obtenues ayant été caractérisées par microscopie confocale. Leur comportement en déformation en réponse à une pression osmotique a pu être observé : leur dégonflement a donné lieu à l’apparition de diverses morphologies dont certaines sont similaires aux formes de coques minces de matériau isotrope dégonflées, tandis que leur comportement en gonflement est comparable à la réponse d’un matériau viscoélastique. Enfin, des expériences de nano-indentation par microscopie à force atomique ont été effectuées pour mesurer la rigidité de la paroi des capsules. Leur module d’Young a pu être déduit des courbes de force-déformation et s’avère être compris entre 6 et 18 MPa, ce qui est du même ordre de grandeur que les valeurs obtenues par des mesures similaires effectuées sur des parois végétales naturelles. / Unlike their animal counterparts, plant cells are surrounded by a thin polysaccharide-rich envelop called the primary wall, in which the main load-bearing structure is a network of cellulose microfibrils tethered by hemicellulose. This work aims at designing plant cell wall mimicking capsules that could be used as a model system in the mechanical characterization of this natural material. To do so, we used giant unilamellar vesicles with an average diameter of 20 µm as a template for the layer-by-layer deposition of cellulose nanocrystals (the microfibrils sub-elements) and xyloglucan (the most common hemicellulose) up to ten bilayers, the resulting capsules being characterized by confocal microscopy. Their deformation behaviour under osmotic stress could be observed : deflation of the capsules led to various morphologies, some of them similar to what is observed for thin deflated shells of isotropic material, while their response to swelling resembled that of a viscoelastic material. Nano-indentation experiments were eventually performed using an atomic force microscope to probe the stiffness of the capsules wall. Their Young’s modulus could be deduced from the force-depth curves and found to be in the 6-18 MPa range, which is in the same order of magnitude of values obtained with similar measurements done on natural plant cell walls.

L’originalité de ce travail est d’étudier la contribution des nanocelluloses pour lafonctionnalisation des papiers spéciaux. Il y a deux types de nanocellulose, les nanocristauxde cellulose (NCCs) et les microfibrilles de cellulose (MFCs). Il en résulte des propriétésdifférentes à l’état de suspension et à l’état sec. La propriété des MFCs de former un réseaud’enchevêtrement est utilisée pour la dispersion des particules. L’auto-assemblage des NCCsa permis d’élaborer des films iridescents. Ces films ont été considérés comme couchesmodèles puis ensuite mis en oeuvre dans le procédé de fabrication des papiers. Il a été proposéavec succès d’utiliser les MFCs dans le couchage pour réduire la quantité de pigmentsopacifiants pour les papiers minces, et de fabriquer des pigments iridescents pour obtenir despropriétés d’anti-contrefaçon. Ces approches ont été validées à l’échelle laboratoire mais aussipilote. / The original feature of this work is to investigate the contribution of two families ofnanocellulose for their application within specialty papers. It exists two families ofnanocellulose, i.e. Cellulose Nanocrystals (CNCs) and Cellulose Nanofibers (CNFs). It resultsin different properties in suspension and solid states. CNFs with their ability to formentangled network are used as dispersive network for particles. In contrast, the self-assemblyproperties of CNC are used to obtain iridescent films. First, the films based on nanocellulosewere considered as model layers. Then, results were implemented at the industrial scalewithin the papermaking process. It is proposed to use CNF based coating for savingopacifying pigments in lightweight paper, and manufacturing iridescent pigment to impartanti-counterfeiting properties. These sustainable and cost-effective approaches were thenvalidated at pilot scale.

L’originalité de ce projet consiste au développement et à l’étude de nouvelles structures hybrides à base de nanocelluloses et de polymères stimulables. En particulier, c’est le design d’hydrogels aux propriétés thermosensibles qui est visé. Les nanocelluloses - nanoparticules issues de la cellulose - sont de deux types : les nanocristaux de cellulose (CNCs) et les nanofibrilles de cellulose (CNFs) et possèdent des propriétés bien particulières. Cette étude s’est concentrée sur l’élaboration d’hydrogels de CNCs. Plusieurs polymères thermosensibles ont été utilisés pour leur biocompatibilité et leur température de solution critique (LCST) aux abords de la température du corps humain. Ce travail a consisté en (i) la préparation des systèmes sur les principes de la chimie verte, (ii) l’étude rhéologique de ces gels thermosensibles et (iii) l’élaboration d’applications à forte valeur ajoutée pour ces biomatériaux uniques. A travers l’utilisation de grands équipements (SANS, SAXS), les interactions physico-chimiques CNCs/polymères ont été étudiées. L’utilisation de block copolymères a permis l’obtention de suspension de CNCs aux propriétés rhéologiques spécifiques : de liquide a température ambiante à gel viscoélastique à température du corps. D’un point vue applicatif, les hydrogels ainsi réalisés ont permis le déploiement de systèmes injectables pour le biomédical ainsi que des surfaces thermosensibles.Mots clés : nanocristaux de cellulose, hydrogel, thermosensible, stimulable / This project consists to develop and study new hybrid structures based on nanocelluloses and stimuli-responsive polymers, in particular, thermo-responsive polymers. Nanocelluloses - nanoparticles extracted from cellulose - exist in two forms: cellulose nanocrystals (CNCs) and cellulose nanofibrils (CNFs). This study focused on the design of CNCs hydrogels with stimuli-responsive polymers. Several thermo-responsive polymers have been used for their biocompatibility and lower critical solution temperature (LCST) close to body temperature. This work consisted of (i) preparation of systems using the principles of green chemistry, (ii) the rheological study of these thermo-sensitive hydrogels, and (iii) the development of smart applications for these unique biomaterials. Through the use of state of the art technologies (SANS, SAXS), physicochemical interactions between the polymers and CNCs have been studied. The use of block copolymers made it possible to create CNCs-based hydrogels with specific rheological properties: liquid at ambient temperature to viscoelastic gel at body temperature. These hydrogels can be used in the creation of injectable systems for biomedical applications, as well as thermosensitive surfaces.Key-words: Cellulose nanocrystals, hydrogel, thermo-responsive, stimuli-responsive

La déformation des cellules végétales durant leur croissance génère des formes anisotropes variées. L'enveloppe des cellules en croissance, appelée paroi primaire végétales, est une couche fine, flexible et extensible, faite d'un réseau de microfibrilles de cellulose reliées entre elles par des hémicellulose qui ont une extension directionnelle. Le but de ce travail est d'élaborer des microcapsules biomimétiques possédant une structure similaire à la paroi primaire et d'étudier leur déformation sous une contrainte mécanique. Pour cela, nous avons utilisé les fortes interactions entre les nanocristaux de cellulose (sous-unités des microfibrilles) et les xyloglucanes (hémicellulose la plus répandue) déjà utilisée pour construire des multicouches plan [1]. Pour reproduire la géométrie des cellules, nous avons fabriqué des microcapsules multicouches à partir de nanocristaux de cellulose et de xyloglucanes, en combinant une émulsion d'huile dans l'eau, de dimension de 20µm environ, avec un dépôt couche par couche conduisant à des capsules biomimétiques. La régularité du dépôt de couche a été suivit par un marquage fluorescent sélectif, l'épaisseur et l'organisation de la paroi ont été caractérisées en microscopie électronique. Par séchage et évaporation du coeur d'huile, les capsules ainsi dégonflées présentent diverses formes révélées par des reconstructions 3D à partir de coupes de microscopie confocale. La relation entre les formes obtenus, les dimensions caractéristiques et les propriétés mécaniques de la paroi a été étudiée [2]. Le contrôle de la taille et de l'épaisseur de la capsule permet d'explorer diverses situations de déformations. [1] B. Jean*, L. Heux, F. Dubreuil, G. Chambat & F. Cousin, Non-electrostatic building of biomimetic cellulose-xyloglucan multilayers, Langmuir, 25(7), 3920-3923 (2009) [2] C. Quilliet, C. Zoldesi, C. Riera, A. van Blaaderen, and A. Imhof Anisotropic colloids through non-trivial buckling Eur. Phys. J. E, 27, 13{20} (2008) / The deformation of plant cells during their growth can generate various anisotropic shapes. The envelop of the growing cells, also called primary wall of plants, is a thin, flexible and extensible layer made of a network of cellulose microfibrils linked by hemicellulose tethers, that can have directional extension. The goal of this work is to elaborate biomimetic microcapsules with structures similar to the plant primary walls and explore their deformation under mechanical stress. For that purpose, we took advantage of the strong interaction of cellulose nanocrystals (the microfibrils sub-elements) with xyloglucan (the most common hemicellulose) already used to build planar multilayer systems [1]. In order to reproduce the cell geometry, we successfully build multilayered microcapsules from cellulose nanocrystals and xyloglucans, by combining oil in water emulsions with dimensions around 20 µm with layer-by-layer deposit, leading to biomimetic microcapsules. The regularity of the layer deposition has been followed by selective fluorescent tagging and the wall thickness and organization was characterized by electron microscopy. Upon drying and evaporation of the oily core, the deflated microcapsules exhibited various shapes as revealed by 3D reconstruction from confocal microscopy slices. We have investigate the relationships between the obtained shapes in relation to the characteristic dimensions and the mechanical properties of the wall [2]. The control of the capsule size and thickness allows exploring various situations in terms of deformation behavior. [1] B. Jean*, L. Heux, F. Dubreuil, G. Chambat & F. Cousin, Non-electrostatic building of biomimetic cellulose-xyloglucan multilayers, Langmuir, 25(7), 3920-3923 (2009) [2] C. Quilliet, C. Zoldesi, C. Riera, A. van Blaaderen, and A. Imhof Anisotropic colloids through non-trivial buckling Eur. Phys. J. E, 27, 13{20} (2008)

Dans cette thèse, la fonctionnalisation de surface de nanocristaux de cellulose (NCC) par estérification et polymérisation ATRP a été envisagée, dans le but de développer de nouveaux matériaux avancés. Une méthode pratique permettant de caractériser les polymères greffés en surface des NCC a d’abords été développée, à partir des analyses DLS, DSC et TGA. L’efficacité des méthodes SI-ATRP et SI-ARGET ATRP pour initier le greffage de polystyrène (PS) ou poly(4-vinylpyridine) (P4VP) à la surface des NCC a ensuite été comparée. Les nano-hybrides P4VP-g-NCC pH-responsifs, ont alors été utilisés pour stabiliser des nanoparticules d’or (AuNPs), dans le but de produire des catalyseurs recyclables. L’activité catalytique des matériaux Au@P4VP-g-CNC obtenus – testée avec la réduction du 4-nitrophenol – a été améliorée de manière significative par rapport aux AuNPs seuls. Des polymères UV-responsifs de poly(cinnamoyloxy ethyl methacrylate) (PCEM) ont également été greffés à la surface des NCC, pour produire des particules UV-absorbantes. Les nano-hybrides PCEM-g-CNC obtenus se sont avérés efficaces comme stabilisants UV/thermiques et agents de renforts dans les films PVC. Finalement, une méthode facile pour préparer des colloidosomes à partir d’émulsions de Pickering inverses stabilisées par des NCC modifiés par des groupes cinnamates a été proposée. Des colloidosomes aux parois robustes et permettant un relargage lent de molécules encapsulées comme la rhodamine B ou l’acide désoxyribonucléique fluorescent ont alors été obtenus. / In this thesis, the surface functionalization of cellulose nanocrystals (CNC) by esterification and ATRP reactions was envisaged, with the objective to develop novel advanced materials. A convenient method to characterize the polymers grafted on CNC by Si-ATRP has been first developed, based on DLS, DSC and TGA analyses. The efficiency of the SI-ATRP and SI-ARGET ATRP methods to initiate the grating of polystyrene (PS) or poly(4-vinylpyridine) (P4VP) at the CNC surface were then compared. The pH-responsive P4VP-g-CNC nano-hybrids were subsequently utilized to stabilize gold nanoparticles (AuNPs), in view of producing recyclable catalysts. The catalytic activity of the Au@P4VP-g-CNC material – tested with the reduction of 4-nitrophenol – was significantly improved compared with single AuNPs. UV-responsive poly(cinnamoyloxy ethyl methacrylate) (PCEM) polymers were also grafted on CNC, to produce particles with UV absorbing properties. The PCEM-g-CNC nano-hybrids obtained turned out to be efficient UV/thermal stabilizers and reinforcing agents in PVC films. Finally, a facile method to prepare colloidosomes from w/o inverse Pickering emulsions stabilized by cinnamate-modified CNC was proposed. Colloidosomes with robust shells and allowing the slow release of encapsulated molecules such as rhodamine B or fluorescent deoxyribonucleic acid were then obtained.

Ce travail de thèse a pour objectif d’élaborer de nouveaux revêtements composites en utilisant les nanocristaux de cellulose (NCC) comme additifs biosourcés. Pour pallier au problème d’incompatibilité entre les charges hydrophiles et les matrices hydrophobes, une méthode simple à partir des esters de vinyle a été développée pour fonctionnaliser la surface des NCC. Une étude préliminaire réalisée à partir de l’acétate de vinyle utilisé comme réactif modèle, a d’abord permis d’optimiser les conditions de réaction. Ce protocole expérimental a ensuite été étendu à d’autres esters de vinyle fonctionnels, confirmant le caractère polyvalent de la méthode. Les NCC non modifiés et acétylés ont été dispersés dans des matrices acryliques (latex) ou polyuréthane (réticulable), afin d’étudier leur impact sur les performances mécaniques et barrières des composites. Une amélioration des propriétés mécaniques et barrières à l’oxygène a pu être observée dans certains cas, mais l’acétylation de surface des NCC n’a pas conduit à de meilleures performances. Une solution bicouches constituée d’un film 100 % NCC acétyles recouvert de polymère a alors été envisagé et a d’augmenter fortement les propriétés barrières à l’oxygène des différents matériaux. Certains NCC fonctionnalisés ont également été dispersés dans une matrice polydiméthylsiloxane, potentiellement utilisable comme revêtement protecteur pour l’aérospatial. Une amélioration notable de la stabilité thermique et optique sous irradiations UV dans des conditions géostationnaires a alors été observée. / The objective of this research work consist in the elaboration of novel compositecoatings using cellulose nanocrystals (CNC) as biobased additives. To palliate the problem ofincompatibility between the hydrophilic filler and the hydrophobic matrices, a simple methodbased on vinyl esters was developed to functionalize the CNC surface. A preliminary studyperformed with vinyl acetate selected as model reactant first allowed optimizing the reactionconditions. This experimental protocol was subsequently extended to other functional vinylesters to confirm the versatility of the method. The unmodified and acetylated CNC weredispersed in acrylic polymers (latex) or polyurethane (cross-linked resin) matrices, to studytheir impact on the mechanical and barrier performances of the composites. An improvementof the mechanical and barrier properties could be observed in some cases, but the CNCacetylation did not improve further the performances. A bi-layer approach consisting in afilm of 100 % of acetylated CNC coated with the polymer was then envisaged, and allowedincreasing significantly the oxygen barrier properties of the different resins. Some of thefunctionalized CNC were incorporated into a polydimethylsiloxane matrix, for a potential useas protective aerospace coating. A significant improvement in thermal stability and in opticalstability under UV irradiation in geostationary conditions was then observed.

La déformation des cellules végétales durant leur croissance génère des formes anisotropes variées. L'enveloppe des cellules en croissance, appelée paroi primaire végétales, est une couche fine, flexible et extensible, faite d'un réseau de microfibrilles de cellulose reliées entre elles par des hémicellulose qui ont une extension directionnelle. Le but de ce travail est d'élaborer des microcapsules biomimétiques possédant une structure similaire à la paroi primaire et d'étudier leur déformation sous une contrainte mécanique. Pour cela, nous avons utilisé les fortes interactions entre les nanocristaux de cellulose (sous-unités des microfibrilles) et les xyloglucanes (hémicellulose la plus répandue) déjà utilisée pour construire des multicouches plan [1]. Pour reproduire la géométrie des cellules, nous avons fabriqué des microcapsules multicouches à partir de nanocristaux de cellulose et de xyloglucanes, en combinant une émulsion d'huile dans l'eau, de dimension de 20µm environ, avec un dépôt couche par couche conduisant à des capsules biomimétiques. La régularité du dépôt de couche a été suivit par un marquage fluorescent sélectif, l'épaisseur et l'organisation de la paroi ont été caractérisées en microscopie électronique. Par séchage et évaporation du coeur d'huile, les capsules ainsi dégonflées présentent diverses formes révélées par des reconstructions 3D à partir de coupes de microscopie confocale. La relation entre les formes obtenus, les dimensions caractéristiques et les propriétés mécaniques de la paroi a été étudiée [2]. Le contrôle de la taille et de l'épaisseur de la capsule permet d'explorer diverses situations de déformations. [1] B. Jean*, L. Heux, F. Dubreuil, G. Chambat & F. Cousin, Non-electrostatic building of biomimetic cellulose-xyloglucan multilayers, Langmuir, 25(7), 3920-3923 (2009) [2] C. Quilliet, C. Zoldesi, C. Riera, A. van Blaaderen, and A. Imhof Anisotropic colloids through non-trivial buckling Eur. Phys. J. E, 27, 13{20} (2008)

L’originalité de ce travail est d’étudier la contribution des nanocelluloses pour limiter deux défauts courant dans les papiers sécurités: le froissage et les “cornes”, où plis qui se manifestent dans les angles des papiers. Ces défauts sont principalement causés par une manipulation quotidienne de ces papiers à haute valeur ajoutée, et sont responsables d’une perte en qualité visuelle et mécanique ainsi que de troubles économiques. Les nanocellulose peuvent être divisées en deux différentes familles de matériaux : les nanofibrilles de celluloses (NFCs) et les nanocristaux de cellulose (NCCs). Les NFCs sont longues et flexibles et peuvent facilement s’enchevêtrer pour former un réseau cohésif maintenu par de nombreuses liaisons hydrogènes. Les NCCs sont des matériaux petits et rigides, et leurs impressionantes propriétés mécaniques font d’eux des candidats intéressants pour être utilisés en renfort de polymère. Dans cette étude, deux stratégies sont proposées pour incorporer ces deux types de nanocellulose dans la fabrication du papier sécurité. Premièrement, il est question d’introduire une couche de NFCs à l’intérieur du papier afin d’augmenter la résistance de ce papier au froissage. Ensuite, il est question d’imprégner ce papier avec de l’alcool polyvinylique renforcé par des NCCs afin d’augmenter la résistance aux cornes. Enfin, ces approches sont testées à l’échelle pilote et industrielle. / The original feature of this work is the use of nanocellulose for limiting two security paper defects: corner folds, also called “dog-ears”, and crumpling. These defects, caused principally by daily handling of these high added value documents, are responsible for a decrease of paper visual and mechanical quality and constitute an economic loss. Nanocellulose can be divided into two different families: cellulose nanofibrils (CNFs) and cellulose nanocrystals (CNCs). CNFs are long and flexible materials with the ability to entangle and form a network strongly maintained by hydrogen bonds. CNCs are short and rigid materials whose outstanding mechanical properties make them good candidates for reinforcement in a polymer matrix. In this study, two strategies are proposed to incorporate these two kinds of nanocellulose in the security paper process. First, it is question to introduce a CNF layer within the paper substrate in order to increase the paper crumpling resistance. Then, it is question to impregnate the paper with CNCs-reinforced polyvinyl alcohol (PVOH) in order to increase the dog-ears resistance. Finally, these approaches are tested at pilot and industrial scales.

Cette thèse s'intéresse à la préparation, par la technique de la lyophilisation, des aérogelsà base de celluloses et de charges minérales destinés à une utilisation potentielle dans le domainede l'isolation thermique. Le premier objectif de la thèse a été la caractérisation de différentescelluloses (cellulose (PBPD), nanocristaux (NCC) et nanofibrilles oxydées (NFCs)), les chargesminérales (principalement la zéolithe) et les différents aérogels résultants de différentescombinaisons des matériaux de départ utilisés. Nous avons utilisé pour la caractérisation desmatériaux de départ et des aérogels des techniques d'analyse telles que la diffraction des rayonsX (DRX), la BET, le MEB et le potentiel zêta. Nous avons également caractérisé les propriétésmécaniques des aérogels par des essais de compression et leurs propriétés de conductionthermique dans le régime non stationnaire par la technique du fil chaud. Il s’est avéré qu’unestructuration multi-échelles de ces différentes celluloses favorise la création de méso etnanoporosités au détriment de la macroporosité. Ceci favorise le confinement de l’air dans le bioaérogelpar effet de Knüdsen et améliore ses propriétés d’isolation thermique. D'autre part lesnanoparticules (organiques et inorganiques) permettent d'avoir des aérogels de très bonnespropriétés mécaniques. Le troisième objectif était d'essayer d'autres charges minérales (autres quela zéolithe) dans les différentes celluloses et d’explorer les propriétés morphologiques,structurales, thermiques et mécaniques. Cette étude a permis de montrer l'importance descaractéristiques morphologiques et géométriques des charges minérales dans le contrôle despropriétés physiques et mécaniques des aérogels bio-hybrides. / This thesis focuses on the preparation, using freeze drying technique, of aerogels madefrom cellulose and mineral fillers intended for potential use in the field of thermal insulation. Thefirst goal of this thesis was the characterization of different cellulose (cellulose (PBPD)nanocrystals (NCC) and oxidized nanofibrils (NFCs)), the inorganic filler (mainly zeolite) and theresulting aerogels prepared by various combinations. We used for the characterization of thestarting materials and the aerogels analytical techniques such as x-ray diffraction (XRD), BET,SEM and the zeta potential. We also characterized the mechanical properties of the aerogels bycompression tests and their thermal conduction properties in the non-steady state by the hot wiretechnique. It has been found that multi-scale structure of these celluloses promotes the creation ofmeso and nanoporosities to the detriment of macroporosity. This promotes the confinement ofthe air in the bio-aerogel by Knudsen effect and improves their thermal insulation properties. Onthe other hand, the nanoparticles (organic and inorganic) allow the aerogels to have very goodmechanical properties. The third objective was to try other mineral fillers (other than the zeolite)in combination with the different cellulose and explore the morphological, structural, thermaland mechanical of the corresponding aerogels. This study has allowed showing the importance ofmorphological and geometrical characteristics of the mineral fillers in controlling physical andmechanical properties of the bio-hybrid aerogels.