Th. Univ.--Science des matériaux--Paris 6, 1990. / Résumé en anglais. Bibliogr. p. 193-213.

Reproduction de : Thèse de doctorat : Chimie et physico-chimie des polymères : Le Mans : 2006. / Titre provenant de l'écran-titre. Bibliogr. p. 262-267.

Cette thèse comporte deux objectifs principaux: la production en continu de films de polypropylène (PP) moussés ayant une structure cellulaire de forme oculaire, suivie par la préparation de films PP ferroélectrets par décharge corona pour des applications piézoélectriques. Dans la première partie de ce travail, une production en continu par extrusion-calandrage a été développée pour produire des films de PP moussés pour des applications piézoélectriques. Le système est basé sur un moussage physique en utilisant de l'azote supercritique (SC-N2) et le carbonate de calcium (CaCO3) comme agent de nucléation. Les paramètres de mise en œuvre (conception de vis, profil de température, agent gonflant et de nucléation ainsi que leur contenu, et la vitesse d'étirement) ont été optimisés pour obtenir une forme spécifique (oculaire) comme structure cellulaire avec une distribution uniforme de la taille des cellules. Les résultats ont montré qu'une structure cellulaire avec un plus grand rapport d'aspect (AR) des cellules possède un plus faible module de Young, ce qui est approprié pour les films cellulaires piézoélectriques. Dans la deuxième partie, des films PP ferroélectrets ont été produits. Suite à l'optimisation du procédé de décharge corona (tension de charge, distance de l'aiguille, temps de charge), les propriétés piézoélectriques des films obtenus ont été caractérisées et le coefficient piézoélectrique quasi-statique d33 a produit une valeur de 550 pC/N. Afin de mieux caractériser le comportement du film, l’analyse mécanique dynamique (DMA) a été proposée comme une méthode simple pour relier les propriétés piézoélectriques des films PP cellulaires à leur morphologie (taille, géométrie et densité des cellules). Finalement, grâce à un post-traitement basé sur la saturation du film PP moussé avec le SC-N2, une procédure en température et pression a été développée afin d’améliorer la structure cellulaire (cellules plus allongées). Ce traitement a permis d’augmenter de 45% le coefficient d33 (800 pC/N). / This thesis is composed of two main objectives: the continuous production of thin foamed polypropylene (PP) films having an eye-like cellular structure, followed by the preparation of ferroelectret PP films through corona discharge for piezoelectric applications. In the first part of this work, a continuous extrusion-calendaring setup was developed to produce PP foamed films for piezoelectric applications. The setup is based on physical foaming using supercritical nitrogen (SC-N2) and calcium carbonate (CaCO3) as nucleating agent. The processing parameters (screw design, temperature profile, blowing agent and nucleating agent content, and stretching speed) were optimized to achieve a specific stretched eye-like cellular structure with a uniform cell size distribution. The results showed that a cellular structure with higher cell aspect ratio (AR) has lower Young’s modulus, which is appropriate for piezoelectric cellular films. In the second part, ferroelectret PP films were produced. After optimization of the corona discharge process (charging voltage, needle distance, charging time), the piezoelectric properties of the resulting films were characterized and the optimum quasi-static piezoelectric d33 coefficient value was 550 pC/N. To better characterize the film behavior, dynamic mechanical analysis (DMA) was proposed as a simple method to relate the piezoelectric properties of the cellular PP films to their morphology (cell size, geometry and density). Finally, through a post-processing treatment based on the saturation of the foamed PP film with SC-N2, a temperature-pressure procedure was developed to improve the cellular structure (more stretched eye-like cells). This treatment was shown to increase by 45% the d33 coefficient (800 pC/N).

Récemment, la protection de l'environnement à travers le développement de matériaux biodégradables est devenue un sujet pour de nouvelles recherches. D'autre part, les polymères biodégradables ont démontré une efficacité raisonnable pour surmonter la restriction des ressources pétrochimiques dans l'avenir. L'objectif principal de cette étude est de développer des films biodégradables à partir de chitosane (CS) et de l'acide polylactique (PLA) comme des biopolymères de base pour les emballages alimentaires. Des mélanges de films biodégradables de CS et de PLA ont été préparés par la technique de synthèse en solution. Malgré les bonnes propriétés du CS et du PLA, telles que la résistance à l'humidité, les propriétés mécaniques élevées du PLA et les propriétés antimicrobiennes du CS, il existe plusieurs limites lorsqu'on mélange ces matériaux dont l'immiscibilité et le manque de ductilité mènent à des films hétérogènes avec une grande sensibilité à l'eau. Néanmoins, l’ajout d’autres composants, tels que le polycaprolactone (PCL) et le polyéthylène glycole (PEG), est fortement approprié pour améliorer respectivement l'adhérence interfaciale du système PLA/CS et sa ductilité. Tous les films développés dans le cadre de ce projet ont été de évalués en termes d’améliorations des propriétés mécaniques, de température de transition vitreuse Tg (pour évaluer la miscibilité entre le CS et le PLA) et de perméabilité à l'oxygène. / Environment protection through the development of biodegradable materials has become a principal subject for novel investigations in recent years. On the other hand, biodegradable polymers have demonstrated a reasonable efficiency to overcome the restriction of petrochemical resources in the future. The main objective of this study is to develop biodegradable films from chitosan (CS) and polylactic acid (PLA) as base bio-polymers for food packaging. Biodegradable films of CS and PLA were prepared by the solution-casting technique. Despite the desirable properties of CS and PLA, such as moisture resistance and high mechanical properties of PLA and antimicrobial properties of chitosan films, several drawbacks in blending these materials were observed. These drawbacks include CS/PLA immiscibility and lack of ductility leading to some remaining particles in the final films and heterogeneous films with high water sensitivity. Nevertheless, the addition of polycaprolactone (PCL) and polyethylene glycol (PEG) is strongly suitable to improve PLA/CS interfacial adhesion and PLA/CS film ductility. All the blend films were evaluated in terms of improvement of their mechanical properties, their glass transition temperature Tg (to evaluate the miscibility between CS and PLA) and their oxygen permeability.

L’emballage joue un rôle important dans l’industrie alimentaire afin de maintenir la qualité des produits le plus longtemps possible. Les films de polymère sont largement utilisés dans l’emballage alimentaire et sont attrayants pour leurs propriétés exceptionnelles. Puisque les polymères à base de pétrole apportent des préoccupations environnementales, les polymères biodégradables tel que le PLA sont étudiés plus intensivement depuis quelques années considérant leurs propriétés écologiques. L’application de films renforcés permet, comparativement aux films simples, d’atteindre des fonctions spécifiques et d’améliorer leurs propriétés tel que l’étanchéité aux gaz. Toutefois, puisque la structure de ces films est plus complexe, le contrôle de qualité de ces derniers est plus difficile. Dans l’industrie, des méthodes hors-ligne sont très souvent utilisées pour effectuer le contrôle de qualité des films produits. Le contrôle est nécessaire puisque la variabilité de la matière première ainsi que le changement des conditions opératoires amènent des modifications qui changent considérablement les propriétés du film. Par conséquent, une inspection en temps réel ainsi qu’un contrôle des films de polymère est nécessaire sur la ligne de production afin d’obtenir un contrôle de qualité s’approchant de l’analyse en temps réel. Un système d’imagerie proche infrarouge (NIR) rapide et non-destructif est proposé pour caractériser les films biodégradables d’acide polylactique contenant du talc produits par extrusion-soufflage et utilisés pour l’emballage. Le but ultime est d’utiliser le système pour faire un contrôle de qualité sur la ligne d’extrusion ainsi qu’après le post-traitement termique, soit le recuit. Un ensemble d’échantillon de film de PLA contenant différentes concentrations en talc ont été fabriqués. Ces derniers ont ensuite été soumis à différentes conditions de recuit. Des images NIR ont été collectées avant la caractérisation des propriétés physiques et mécaniques ainsi que l’étanchéité aux gaz. Des techniques d’imagerie multivariées ont été appliquées aux images hyperspectrales. Celles-ci ont montré que la quantité de talc peut être déterminée et que l’information du spectre NIR permet de prédire les propriétés du film. Dans tous les cas, la méthode proposée permet de déterminer les variations dans les propriétés du film avec une bonne précision. / Food packaging plays a great role in the food industry to maintain food products quality as long as possible. Polymer films are widely used in food packaging and also attract attention because of their outstanding advantages. Since petroleum-based polymers are known to cause environmental concerns, biodegradable polymers like PLA were studied more intensively in recent years due to their environmentally friendly properties. The application of reinforced films exceeds simple ones in achieving specific functions and enhancing their properties such as barrier properties. Since the films structures are more complex, quality control is more challenging. In industry, off-line methods are vastly used for quality control of the produced films while variability in raw materials and processing conditions substantially change the film specifications. Consequently, real-time inspection and monitoring of polymer films is needed on the production line to achieve a real-time quality control of the films. A fast and non-invasive near-infrared (NIR) imaging system is proposed to characterize biodegradable polylactic acid (PLA) films containing talc, and produced by extrusion film-blowing for packaging applications. The ultimate goal is to use the system for quality control on the extrusion line, and after a post-processing via thermal treatment (annealing). A set of PLA-talc films with varying talc contents were produced and submitted to annealing under different conditions. NIR images of the films were collected after which the samples were characterized for their physical, mechanical, and gas barrier properties. Multivariate imaging techniques were then applied to the hyperspectral images. It is shown that various talc loadings can be distinguished, and the information contained in the NIR spectra allows predicting the film properties. In all cases, the proposed approach was able to track the variation in film properties with good accuracy

Dans le contexte de la bioraffinerie végétale, notamment pour la production du bioéthanol, le prétraitement est une étape incontournable pour réduire la récalcitrance et accroitre la réactivité de la biomasse lignocellulosique vis-à-vis des procédés de conversion enzymatique/biologique. La récalcitrance est principalement due à la présence de la lignine et à la forme cristalline de la cellulose. Le but de tout prétraitement de la biomasse est d’altérer la structure du matériau lignocellulosique pour accroitre l’accessibilité de la cellulose et les hémicelluloses aux enzymes. Les prétraitements conventionnels, comportent généralement des étapes agressives, utilisant des réactifs nocifs, en exposant la matière à des températures et pressions élevées et ce pour de longues durées. Dans ce travail, nous avons développé un procédé original de délignification des résidus de colza, en combinant des prétraitements physiques (ultrasons (US), microondes (MO) et électrotechnologies (CEP, DEHT)) aux prétraitements chimiques conventionnels (organosolv, alcalin). Ce couplage a permis d’améliorer les performances du procédé en terme de rendement d’extraction des phytomélanines (jusqu’à 40 % de gain) dans le cas des pellicules de colza et de rendement de délignification (plus que 2 fois la performance d’un procédé chimique seul) dans le cas des menues pailles de colza tout en réduisant pour la plupart des technologies étudiées la sévérité du procédé global. En termes qualitatifs, la caractérisation des pâtes cellulosiques par microscopie électronique a révélé des modifications au niveau du tissu végétal représentées par l’apparition de pores au niveau des pellicules de colza et une déstructuration des fibres des menues pailles de colza traitées induisant de meilleurs rendements d’hydrolyse enzymatique.Cependant, une perte des sucres de la cellulose et des hémicelluloses a été observée avec les prétraitements physiques. L’analyse structurale des lignines récupérées a confirmé la contamination par ces sucres et a permis d’identifier certains mécanismes d’action tels que la recondensation de la lignine sous l’effet des ultrasons et le clivage des ponts férulates sous l’action des décharges électriques à haute tension. Une étude préliminaire concernant la conception d’adhésifs «verts » éco-sourcés a été menée à partir des fractions de phytomélanines isolées par les procédés étudiés. Enfin, une étude de l'incidence des technologies innovantes en terme de performances technico-économiques a été réalisée pour permettre d'envisager une éventuelle suite à plus grande échelle et il a été conclu que l’étape physique permettait de réduire l’écart entre les coûts et les revenus de l’implantation d’une telle bioraffinerie. / In the context of plant biorefinery, especially for bioethanol production, pretreatment step is important to reduce the recalcitrance of lignocellulosic biomass and to increase the reactivity towards enzymatic / biological conversion processes. Recalcitrance is mainly due to the presence of lignin and crystalline cellulose. The goal of any pretreatment of biomass is to alter the structure of the lignocellulosic material in order to increase the accessibility of cellulose and hemicellulose to the enzymes. Conventional pretreatments include aggressive steps, using harmful reagents and exposing the material to high temperatures and pressures for long periods. In this work, we developed a new process for delignification of rapeseed residues, combining physical pretreatments (ultrasounds (US), microwaves (MW)) and electrotechnologies (PEF, HVED)) to conventional chemical pretreatments (Organosolv, alkaline). This coupling has improved the process in terms of phytomelanin extraction yield (up to 40 % gain) in the case of rapeseed hulls and delignification efficiency (more than 2 times more efficient than the chemical process performed alone) in the case of rapeseed straw while reducing for most studied technologies the severity of the overall process. Characterization through electron microscopy revealed changes in plant tissue represented by the appearance of pores in the treated rapeseed hulls and fiber breakdown of treated rapeseed straw inducing better enzymatic hydrolysis performance. However, loss of sugars from cellulose and hemicellulose was observed with physical pretreatments. Analysis of the recovered lignins allowed us to observe lignin modifications during physical treatments such as recondension reactions in presence of ultrasounds and cleavage of ferulates bridges with high-voltage electrical discharges. Then the formulation of « eco-sourced » adhesives from phytomélanins extracted by the previous studied processes was attempted. Finally, a study of the impact of innovative technologies in terms of technical and economic performances was carried out to consider a scale-up of these technologies. It was concluded that physical step enhanced the profitability of this biorefinery.