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Les travaux présentés s’inscrivent dans le cadre d’une thèse financée par le ministère de la recherche. L’objectif du travail est d’élaborer un papier contenant un charge composite(TiO2/SiO2) photocatalytique permettant d’éliminer des composés volatils organiques issus des procédés d’imprimerie. Le composé organique volatil ciblé lors de ce travail de recherche est l’éthanol. Des particules de silice creuse ont été synthétisées et utilisées comme support pour desnano particules d’oxyde de titane élaborées par méthode sol-gel. Un réacteur continu a été conçuet utilisé pour traiter le flux gazeux pollué. Le gaz à traiter passe à travers le papierphotocatalytique irradié sous UV. Plusieurs supports ont été fabriqués et caractérisés parplusieurs techniques (MEB, Spectroscopie Raman, DRX). L’étude photocatalytique a permisd’optimiser la composition de ces supports. Une modélisation du réacteur et du support (papierphotocatalytique) a été développée et proposée. Cette modélisation intègre la cinétiquephotocatalytique (de type Langmuir–Hinshelwood), la diffusion de la lumière au sein du papiersuivant le modèle de Kublka-Munk et l’hydrodynamique du réacteur. / This study corresponds to a PhD thesis with financial of the Ministry of Research. The objectiveof this work is to elaborate a based-paper titanium/silica photocatalysis for on stream flue gasdepollution (volatile organic compounds) stemming from processes of printing. The volatileorganic compound used in this study is the Ethanol. Particles of hollow silica were synthesizedand used as a support for nano particles of titanium dioxide, which were elaborated by sol-gelmethod. A continuous reactor was designed and used to treat the polluted gaseous flow. Theethanol passes through the photocatalytic paper irradiated by a UV lamp. Several photocatalyticspapers were elaborated and characterized by several techniques (MEB, Spectroscopy Raman,DRX).A modeling of the reactor and the support (photocatalytic paper) was developed and proposed.This modeling integrates the Langmuir – Hinshelwood kinetic and the variation of the intensitywith position in layer’s paper using the Kublka-Munk model.

Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'exploitation des matériaux bio-sourcés dans des applications à haute valeur ajoutée et vise à valoriser un produit de transformation d'une plante herbacée appelée Alfa ou « Stipa tenacissima », très abondante en Tunisie. L'idée principale de ce travail est d'étudier et d'exploiter les pâtes d'Alfa produites à l'échelle industrielle, dans l'objectif de rechercher de nouvelles voies de valorisation. L'application potentielle envisagée concerne l'utilisation des fibres d'Alfa comme éléments de renfort dans des bio-composites à base de matrices polymères. Après une synthèse bibliographique, la première partie de ce travail a été consacrée à l'étude des tiges et des pâtes d'Alfa (caractérisations chimiques, analyses morphologiques, mesure des charges électriques, cinétiques de raffinage des pâtes, etc.). En outre, l'effet du raffinage sur les propriétés physiques des papiers produits à partir des fibres d'Alfa a été étudié. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la valorisation des fibres d'Alfa, transformées en papier, comme renfort dans des composites à matrices polymères biodégradables. Nous avons choisi une technique d'imprégnation des papiers préparés dans des solutions de polymères biodégradables pour l'élaboration de ces composites et nous avons étudié deux polymères : la polycaprolactone (PCL) et l'acide L-polylactique (PLLA). Les propriétés structurales, morphologiques, thermiques et mécaniques de ces nouveaux composites ont été analysées et discutées. Par ailleurs, nous avons proposé une méthode originale de modification de surface des fibres d'Alfa selon un protocole simple à trois séquences, combinant un traitement par micro-ondes et un traitement chimique des papiers préparés. Enfin, l'effet de cette modification de surface du renfort sur les propriétés des composites a été évalué et analysé. / This thesis aims at valorizing herbaceous plant called Alfa or "Stipa tenacissima" in added value application. This raw material is very abundant in Tunisia. Thus, the main idea of this work is to use Alfa fibers as reinforcing elements in polymer matrices-based bio-composites The literature review revealed that this plant has not been extensively studied, which motivated undertaking a comprehensive study of these fibers. Thus, a systematic and deep study of the chemical composition, the morphological properties, the electrical charges, the kinetics of pulp refining as well as the physical properties of the paper produced from these fibers was performed and gave several rational insights on Alfa fibers in the context of papermaking. The second part was devoted to the use of Alfa fibers, as reinforcing fiber mat in composite materials based on biodegradable polymer matrices. In this context, we have chosen an impregnation technique of the prepared paper films in solutions of two biodegradable polymers: polycaprolactone (PCL) and poly-L-lactide (PLLA). The structural, morphological, thermal and mechanical properties of these new composites were analyzed and discussed. In addition, we have proposed an original microwave-assisted grafting of surface chemical modification of Alfa fibers. In this context, stearic acid was used as a coupling agent. Finally, the effect of the surface modification of the reinforcement on composites properties was assessed and analyzed.

L'optimisation de nombreux procédés technologiques requiert une compréhension approfondie des phénomènes de frottement des papiers. Nous avons donc cherché à mieux comprendre ces phénomènes pour tenter d'améliorer la séparation des enveloppes dans les machines à affranchir. Les méthodes normalisées de mesure du frottement papier-papier se sont tout d'abord avérées limitées en termes de répétabilité et de conditions expérimentales. Nous avons donc développé deux méthodes de mesure, l'une à faible et l'autre à haute vitesses. Nous avons aussi adapté la mesure du frottement aux différents contacts papier rencontrés dans les machines à affranchir. Dans un second temps, nous avons utilisé ces méthodes pour étudier les mécanismes responsables du frottement avec le matériau papier. Nous avons notamment étudié (i) la dépendance du frottement papier-papier à la direction et longueur du déplacement, (ii) l'influence de la température et de l'humidité sur le frottement papier-papier et (iii) les principales caractéristiques frictionnelles des contacts enveloppe-enveloppe, papier-rouleau et papier-patin. Dans un troisième temps, nous avons développé un modèle complet de la séparation des enveloppes dans une machine à affranchir. Cette séparation vise à déplacer, sans l'abimer, l'enveloppe inférieure d'une pile – et uniquement cette enveloppe. Le modèle a permis d'identifier, de caractériser et de proposer une optimisation des principaux paramètres de ce procédé. / The improvement of numerous technological processes requires a deep understanding of the paper friction phenomena. Thus, we tried to obtain a better understanding of those phenomena to improve the envelopes separation in franking machines. The standad methods for measuring the paper-on-paper friction force appeared to be limited in terms of repeatability and experimental conditions. Thus, we developed two experimental methods, at low and high speeds, respectively. We also adapted the friction measurement methods to the different contacts found in franking machines. We then used those methods to study the mechanisms responsible for the friction with the paper materials. In particular, we studied (i) the dependency of the paper-on-paper friction to the direction and length of the displacement, (ii) the influence of temperature and humidity on the paper-on-paper friction, and (iii) the main frictional properties of the envelope-on-envelope, rollers-on-paper, and pads-on-paper contacts, respectively. To finish with, we developed a model of the envelopes separation inside a franking machine. This process aims at displacing - with no damage - the bottommost envelope of a stack - and only this envelope. The model allowed us to identify, to characterize, and to propose an optimization of the main process parameters.

La crainte d'une perte de compétitivité industrielle est au cœur des débats sur de nouvelles politiques énergétiques et environnementales. Cette thèse étudie les effets d'une asymétrie des prix de l'énergie et des régulations environnementales entre pays sur la compétitivité de l'industrie manufacturière en Europe et dans le Monde. Dans un premier temps, les principaux déterminants de la compétitivité de deux industries grandes consommatrices d'énergie, la sidérurgie et l'industrie du papier, sont identifiés par des méthodes économétriques. Le rôle de l'énergie est ensuite quantifié et pondéré par rapport à ces déterminants. Notamment, l'évolution des exportations et de la production d'une industrie nationale ainsi que les changements de capacité des sites de production sont analysés. Dans un second temps, une hausse des prix de l'énergie, ou l'instauration d'une contrainte environnementale, n'affecte pas uniquement les secteurs grands consommateurs d'énergie mais aussi les industries en aval de la chaîne de production industrielle. L'échelle de l'étude est alors étendue à toute l'industrie manufacturière sur un périmètre mondial. L'objectif est d'appréhender les interdépendances énergétiques des secteurs industriels, en incluant les différences nationales et sectorielles, au travers d'une étude matricielle sur les tableaux entrées-sorties. La dépendance de l'industrie aux prix de l'énergie, et donc sa compétitivité, n'est pas seulement un enjeu national, mais une problématique européenne, voire mondiale. / A loss of industrial competitiveness is a major concern for energy and environmental policy design. This thesis studies the impacts of energy prices and environmental regulation asymmetries among countries on the competitiveness of the manufacturing industry in Europe and in the World. First, main factors of competitiveness in two energy-intensive industries, steel and paper sectors, are identified with econometric methods. The role of energy is then quantified and weighted relatively to these other factors. In particular, the evolution of exports and production for a national industry, as well as changes in production capacities of a factory, are analysed. Secondly, high energy prices, or a new environmental regulation, do not impact only energy-intensive industries but also downstream manufacturing sectors. The scale of the research is therefore extended to the whole manufacturing industry on a global scope. The objective is to grasp energy interdependencies between industrial sectors all along the production chain, including national differences in energy use. The study is based on a matrix calculation method using Input-Output tables. Energy dependence of national industries is not only a domestic issue, but also an international one.

Les propriétés du papier - pompe capillaire, prix et disponibilité - lui permettent de répondre à tout type de contraintes logistiques et économiques d'un diagnostic médical de terrain. En amont de l'application, nous avons étudié les écoulements dans des géométries confinées par des barrières de cire. Une focalisation hydrodynamique associée à l'évaporation, crée un effet de concentrateur atteignant un facteur d'amplification de 1000. La continuité du diagnostic depuis le terrain jusqu'au laboratoire est assurée par des dispositifs hybrides papier-microsystèmes. Dans cette thèse, l'élution d'échantillons séchés dans le papier est quantifiée et sa compatibilité avec différentes fonctions microfluidiques démontrée. Nous nous sommes intéressés à deux applications de diagnostic : la détection d'un biomarqueur cardiaque par immunoessai et celle du virus Ebola par amplification d'acides nucléiques (RT-RPA). Avec un dispositif papier simple et une révélation colorimétrique, la troponine a été détectée jusqu'à une concentration de 1 ng/mL. Le diagnostic précoce de maladies infectieuses est rendu possible par la biologie moléculaire sur papier. Après des développements en laboratoires sur ARN synthétiques, des expériences réalisées en Guinée, sur des échantillons cliniques, à partir de papiers prêts à l'emploi, avec une instrumentation transportable ont atteint une sensibilité à 85.3%. Le multiplexage du diagnostic est obtenu dans des géométries multicouches par la réalisation simultanée de tests et contrôles. Enfin, l'application à d'autres pathogènes comme HIV et la Dengue, a montré les limites du papier et de son environnement biochimique non contrôlé. / Paper properties – such as capillary pump, affordability and availability – made it suitable for medical diagnostics in logistic and economic field constraints. Upstream of application, we studied liquid flows in wax-confined geometries. Hydrodynamic focus coupled to evaporation creates a concentrator effect reaching an amplification factor of 1000. Diagnosis continuity from the point of care to testing laboratory is insured thanks to hybrid paper-microsystem devices. In this thesis, the elution of dried samples in paper is quantified and its compatibility with various microfluidic functions demonstrated. We were interested in two diagnostics application: detection of a cardiac biomarker by immunoassay and of Ebola virus by nucleic acids amplification (RT-RPA). With simple paper devices and a colorimetric signal, Troponin has been detected until a concentration of 1 ng/mL. Early diagnostics of infectious diseases is made possible with molecular biology on paper. After laboratory preliminary developments on synthetic RNA strains, experiments performed in Guinea with clinical samples, from ready to use papers, with carry-on equipments achieved a sensitivity of 85.3%. Multiplexed diagnostics is obtained in multilayered geometries enabling simultaneous tests and controls. Finally, application to other pathogens, like HIV and Dengue, showed paper limits from its uncontrolled bio-chemical environment.

Die vorliegende Arbeit hat die Untersuchung des Einlaufverhaltens beim Tiefziehen von Papier und Karton zum Ziel. Genauer wird das Materialversagen, welches durch Risse der Ziehteilzarge definiert ist, während der Umformung untersucht und quantifiziert. Das auftretende Verhalten des Materialversagens wird anhand einer gezielten Analyse der Systemdaten rekonstruiert und nachvollzogen. Dabei erweist sich die Reibarbeit, welche beim Transport des Ziehteiles durch die Ziehbüchse verrichtet werden muss, als signifikante Kenngröße zur Beschreibung des Materialversagens. Basierend auf dieser Ersatzkenngröße wird ein Modellentwurf zur Erkennung von fehlerhaften Ziehteilen durch Analyse der Systemdaten entwickelt. Zudem werden Versuchsreihen zur Ermittlung der Spezifikation der beim Umformen von Papier und Karton relevanten Materialeigenschaften durchgeführt, welche Anhaltspunkte bei Beschreibung der Versagensursachen geben. Weiterhin erfolgt die Untersuchung der auf den Ziehprozess einflussnehmenden Eigenschaften der Materialfeuchte und -temperatur. Des Weiteren wird ein Modell zur Quantifizierung von Ziehteileigenschaften entwickelt, anhand dessen qualitätsmindernde Eigenschaften reproduzierbar beschrieben werden können. Der Scherpunkt liegt dabei in der Untergliederung von maßgeblichen Eigenschaften in Formhaltigkeit und Faltenbild. / This thesis aims the investigation of the infeed behaviour of card board material during board pressing process. In addition, the material failure, which is defined as the breaking of the architrave of a pressing, will be examined and quantified in detail. The occurrence of material failure is reconstructed and simulated by using analysis system data. The work of friction, which must be executed during the transport of pressing through the implement, is a significant characteristic to describe that process. Based on that specification, an abstract model to detect defectives by monitoring the system data, is developed. Another focus of investigation is the process of an experimental series, developing the specification of the beard material, which is used as foundation to describe the causation of the material breakdown. Furthermore, a model of quantifying pressing qualities is developed focusing subdivision in dimensional accuracy and the quality of the crinkles.

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Les mycotoxines sont de métabolites secondaires produits par de nombreuses espèces fongiques. Les effets sanitaires induits par l’ingestion de ces substances sont bien documentés et certaines mycotoxines font désormais l’objet de réglementations quant à leurs teneurs maximales tolérables dans les aliments. Cependant, d’autres voies d’exposition à ces contaminants sont possibles. Si l’action irritante ou allergisante liée à l’inhalation de spores fongiques ou de fragments mycéliens a été démontrée, l’inhalation de mycotoxines est aussi suspectée d’induire certains troubles respiratoires ou certaines pathologies. En effet, les mycotoxines peuvent être retrouvées dans les spores mais également sur des particules plus fines facilement aérosolisables et donc susceptible d’être inhalées. Cependant, les données concernant le danger associé à l’exposition humaine aux mycotoxines par inhalation sont encore très parcellaires. Dans ce contexte, nos travaux ont eu comme objectif principal la caractérisation de l’aérosolisation des mycotoxines lors de la colonisation de différents matériaux rencontrés dans les environnements intérieurs par des moisissures toxinogènes. Tout d’abord nous avons étudié la croissance et la production de mycotoxines lors de la colonisation de matériaux de construction (papier peint, toile de verre peinte, papier peint vinyle, sapin) par trois espèces fongiques d’intérêt: Aspergillus versicolor, Penicillium brevicompactum, Stachybotrys chartarum. Ces espèces ont été choisies à cause de leur présence fréquente dans les environnements intérieurs et de leur diversité d’organisation mycélienne. De plus, ces trois espèces produisent des toxines différentes: stérigmatocystine, acide mycophénolique et trichothécènes macrocycliques pour A. versicolor, P. brevicompactum et S. chartarum, respectivement. Ces travaux ont démontré que, pendant leur développement sur les matériaux testés, les trois espèces produisent des mycotoxines. Le matériau le plus favorable au développement fongique et à la toxinogénèse est le papier peint. L'acide mycophénolique, la stérigmatocystine et les trichothécènes macrocycliques peuvent ainsi être produits à des niveaux de 1.8, 112.1 et 27.8 mg/m2, respectivement, sur ce matériau. Ces toxines peuvent ensuite être partiellement aérosolisées. Nous avons montré que l’aérosolisation dépend des espèces et de leur structure mycélienne mais aussi des conditions de culture et du flux d’air. Ce transfert dans l'air est observé après des sollicitations aérauliques qui peuvent être rencontrées facilement dans les environnements intérieurs car elles correspondent au mouvement de personne dans une pièce (0.3 m/s), à la vitesse de l'air dans les diffuseurs de plafond (2 m/s), à des coutants d’air ou des claquements de porte (6 m/s). P. brevicompactum est l’espèce la plus facile à aérosoliser. La majeure partie de la charge toxique des aérosols est retrouvée dans des particules dont la taille correspond à celle de spores ou de fragments de mycélium. Cependant, pour les trichothécènes macrocycliques, des toxines ont également été trouvées sur des particules plus petites que les spores, qui pourraient être facilement inhalées par les habitants et pénétrer profondément dans les voies respiratoires. Afin de mieux caractériser le danger réel associé à l’inhalation de ces composés, des études de cytotoxicité ont été réalisés en utilisant des cellules pulmonaires et en comparant avec les résultats observés sur cellules digestives. La toxicité sur cellules pulmonaires est comparable à celle observée sur cellules digestives. Les trichothécènes macrocycliques sont beaucoup plus toxiques que les autres toxines testées avec des IC50 de l’ordre du ng/ml. Au final, nous avons évalué la persistance de ces contaminants lors de l’application d’eau de javel, procédé de décontamination le plus fréquemment utilisé. Nous avons montré qu’une procédure de nettoyage normale ne permet qu’une élimination partielle des moisissures. / Mycotoxins are secondary metabolites produced by many fungal species. Health effects induced by the ingestion of these substances are well documented and some mycotoxins are now regulated for their maximum tolerable levels in foods. However, other routes of exposure to these contaminants are possible. Thus, if irritating or allergenic reactions related to the inhalation of fungal spores or mycelial fragments have been demonstrated, inhalation of mycotoxins is also suspected to be causing certain respiratory disorders or certain pathologies. Indeed, mycotoxins can be found in spores but also on finer particles which are easily aerosolized and therefore likely to be inhaled. However, data on the hazard associated with human exposure to mycotoxins by inhalation are still very fragmented. In this context, our main objective was to characterize the aerosolization of mycotoxins during the colonization of different materials encountered in indoor environments by toxinogenic molds. First we studied growth and production of mycotoxins during the colonization of building materials (wallpaper, painted fiberglass wallpaper, vinyl wallpaper, fir, fiberglass) by three fungal species of interest: Aspergillus versicolor, Penicillium brevicompactum, Stachybotrys chartarum. These species were chosen because of their frequent presence in indoor environments and their diverse mycelial organization. In addition, these three species produce different toxins: sterigmatocystin, mycophenolic acid and macrocyclic trichothecenes for A. versicolor, P. brevicompactum and S. chartarum, respectively. These studies have shown that, during their development on tested materials, three species produce mycotoxins. The most favorable material for fungal development and toxinogenesis is wallpaper. Mycophenolic acid, sterigmatocystin and macrocyclic trichothecenes can thus be produced at levels of 1.8, 112.1 and 27.8 mg/m2, respectively, on this material. These toxins can then be partially aerosolized. We have shown that aerosolization depends on species and their mycelial structure, but also on culture conditions and airflow. This transfer to air is nevertheless observed after aeraulic solicitations which can be easily encountered in indoor environments because theycorrespond to the movement of people in a room (0.3 m/s), speed of air in ceiling diffusers (2 m/s), slamming doors or air drafts when opening windows(6 m/s). P. brevicompactum showed to be the easiest to aerosolize. The major part of the aerosols’ toxic charge is found in particles whose size corresponds to that of spores or mycelial fragments. However, for macrocyclic trichothecenes, toxins were also found in particles smaller than spores, which could easily be inhaled by occupants and penetrate deep into the respiratory tract. In order to better characterize the actual hazard associated with inhalation of these compounds, cytotoxicity studies have been performed using lung cells and comparing with results observed on digestive cells. Pulmonary toxicity is comparable to that observed in digestive cells. Macrocyclic trichothecenes are much more toxic than other tested toxins with IC50 in order of ng/ml. In parallel, we analyzed the VOCs specifically produced during active mycotoxinogenesis in order to identify potential biomarkers of the actual production of mycotoxins that could be used as tools for monitoring of indoor environments. Unfortunately, this approach has not, for the moment, led to the identification of specific targets. In the end, we evaluated the persistence of these contaminants during application of bleach, the most frequently used decontamination process. We have shown that a normal cleaning procedure allows only partial removal of mold.

Les changements de couleur du bois au cours du séchage constituent un problème majeur pour l'industrie du bois. Les pertes financières occasionnées par ces changements de coloration sont très importantes. Les extractibles et les composants structuraux tels que les hémicelluloses et/ou la lignine participent au processus de coloration du bois lors du séchage. Il est important d'étudier les changements chimiques et anatomiques du bois en utilisant des méthodes appropriées. L'objectif de cette étude est d'étudier les changements en termes quantitatifs (teneur) et qualitatifs (distribution) de la lignine du bois de bouleau à papier (Betula papyrifera) et d'érable à sucre (Acer saccharum) au cours du séchage. L'hypothèse de travail est que le processus de séchage peut intervenir au niveau du développement des structures chromophores de la lignine, responsables du changement de coloration du bois. Pour cette étude, trente planches de 30 x 100 x 600 mm par espèce ont été séchées avec un programme conventionnel à moyenne température dans un séchoir de laboratoire. Des échantillons ont été prélevés à l'état vert, sec et à des humidités comprises entre 10 et 20%, 20 et 30% et entre 30 et 40%. Ces planches ont été soumises à des analyses chimiques, topo-chimiques et anatomiques afin d'en déterminer la teneur en lignine et la distribution de la lignine. La teneur en lignine a été déterminée comme lignine totale : lignine acide insoluble par la méthode de la lignine Klason modifiée plus la lignine acide-soluble et ces résultats ont été comparés aux résultats obtenus par la méthode spectrophotométrique avec le bromure d'acétyle. L'analyse topo-chimique a consisté à caractériser la lignine in situ et à déterminer semi-quantitativement les diverses couches des parois cellulaires du bois. L'analyse anatomique a consisté à analyser les parois lignifiées et mesurer le nombre de pixels par groupe de couleurs. Cette étude a permis de vérifier s'il existe une différence quantitative et qualitative de la lignine au cours du séchage du bois en fonction de la teneur en humidité, ainsi que de connaître l'influence du séchage sur la structure du bois. Les résultats de cette étude ont confirmé que le changement de couleur du bois de bouleau à papier et du bois d'érable à sucre au cours du séchage conventionnel n'est pas lié à la lignine mais qu'ils pourraient être liés essentiellement aux substances phénoliques du bois en présence d'oxygène et d'eau