Ce travail traite de l'optimisation de la formulation et de la durabilité des micro-bétons de résine. Ces matériaux peuvent être utilisés en substitution aux bétons cimentaires pour la réalisation d'éléments structuraux exposés à des agressions chimiques et/ou climatiques. Ils résultent de l'association entre un polymère, le plus souvent thermodurcissable, et des granulats. Le béton qui en résulte est connu sous la dénomination anglo-saxonne “ Polymer Concrete (PC) ”. On le désignera béton à matrice organique “ BMO ” également connu sous l'appellation de “ Béton Résineux ”. Ces matériaux souffrent de leur coût élevé qui constitue un frein quant à leur développement. Aussi, la première partie de ce travail a consisté à étudier le comportement mécanique et physique de ces matériaux formulés avec des fractions massiques en polymère jouant le rôle de liant qui varient entre 5 et 13%. Le polymère est un époxyde de type DGEBA réticulée avec une diamine aliphatique. L'objectif est de trouver une formulation de micro béton résineux (MBR) économique alliant résistance mécanique, durabilité et coût. On montre qu'une fraction massique de 9% de polymère «est un optimum. Au-delà de ce pourcentage les caractéristiques mécaniques et physiques des MBR ne varient plus et en dessous elles diminuent. Afin de diminuer encore le pourcentage d'époxyde, des fillers calcaires ont été incorporés dans la formulation des MBR. On montre qu'une formulation avec une fraction massique en époxyde de 7% et un dosage en fillers de 10% et de 83% en granulats conduit à un MBR ayant des propriétés physiques et des résistances mécaniques plus importantes que celles du MBR formulé avec 9% d'époxyde. La résistance des MBR à base d'époxyde optimaux avec incorporation de fillers calcaires et sans aux attaques chimiques et au gel/dégel modéré a été étudiée et comparée à celle d'un micro béton hydraulique (MBH). Les résultats ont montré que les deux formulations de MBR ont une durabilité meilleure que celle de MBH. / X

Le comportement à la rupture du bois résineux est étudié à l'échelle du cerne de croissance, dite échelle mésoscopique. Un modèle élastique cohérent est obtenu à l'aide de l'usage combiné de la corrélation d'image numérique et de la simulation par la méthode particulaire NairnFEAMPM. Le comportement mécanique établi du bois est alors celui d'un composite multicouche orthotrope et cylindrique agrémenté de renforts radiaux que sont les rayons ligneux. La mise en place d'un modèle mécanique adéquat, appuyé sur divers essais expérimentaux sert alors de fondation à l'étude des mécanismes de rupture de l'épicéa dans le plan transverse. A l'échelle mésoscopique, les mécanismes de rupture sont dépendants de variables locales telles que la position de la pointe de fissure dans le cerne ou bien l'orientation des directions principales du matériau par rapport à celle de la sollicitation. La mise en place d'un critère de rupture en énergie se base sur l'estimation et la mesure des taux de restitution d'énergie locaux et de leurs valeurs critiques locales. Pour cela, divers essais de tractions sont réalisés à l'aide d'un montage spécifique permettant l'observation in situ du processus de fissuration sous microscope et la mesure pas à pas des paramètres de rupture. La méthode particulaire NairnFEAMPM combinée à l'algorithme CRAMP permet ensuite l'étude numérique, la comparaison et la mise en place de critères de rupture locaux. Des mécanismes de rupture spécifiques tels que la bifurcation de fissure, l'arrêt local ou bien la création de fissures secondaires trouvent alors une explication à travers les critères de rupture mésoscopiques proposés. L'analyse succincte du séchage transverse du bois par quelques essais expérimentaux et modélisation numériques via la méthode du point matériel NairnFEAMPM indique des pistes d'études intéressantes relatives aux phénomènes de fissuration sous sollicitation hydrique.

Le comportement à la rupture du bois résineux est étudié à l’échelle du cerne de croissance, dite échelle mésoscopique. Un modèle élastique cohérent est obtenu à l’aide de l’usage combiné de la corrélation d’image numérique et de la simulation par la méthode particulaire NairnFEAMPM. Le comportement mécanique établi du bois est alors celui d’un composite multicouche orthotrope et cylindrique agrémenté de renforts radiaux que sont les rayons ligneux. La mise en place d’un modèle mécanique adéquat, appuyé sur divers essais expérimentaux sert alors de fondation à l’étude des mécanismes de rupture de l’épicéa dans le plan transverse. A l’échelle mésoscopique, les mécanismes de rupture sont dépendants de variables locales telles que la position de la pointe de fissure dans le cerne ou bien l’orientation des directions principales du matériau par rapport à celle de la sollicitation. La mise en place d’un critère de rupture en énergie se base sur l’estimation et la mesure des taux de restitution d’énergie locaux et de leurs valeurs critiques locales. Pour cela, divers essais de tractions sont réalisés à l’aide d’un montage spécifique permettant l’observation in situ du processus de fissuration sous microscope et la mesure pas à pas des paramètres de rupture. La méthode particulaire NairnFEAMPM combinée à l’algorithme CRAMP permet ensuite l’étude numérique, la comparaison et la mise en place de critères de rupture locaux. Des mécanismes de rupture spécifiques tels que la bifurcation de fissure, l’arrêt local ou bien la création de fissures secondaires trouvent alors une explication à travers les critères de rupture mésoscopiques proposés. L’analyse succincte du séchage transverse du bois par quelques essais expérimentaux et modélisation numériques via la méthode du point matériel NairnFEAMPM indique des pistes d’études intéressantes relatives aux phénomènes de fissuration sous sollicitation hydrique. / This study is based on recent works developed by Simon on softwood multiscale characterisation in the transverse plane. Wood fracture behaviour is then investigated at the mesoscopic scale i.e. the growth rings scale. A satisfactory elastic model is obtained by combining digital image correlation (DIC) and numerical simulation given by the material point method NairnFEAMPM. Wood mechanical behaviour is thus assimilated to a multilayer composite material orthotropic and cylindrical. This adequate mechanical model of wood based on experimental results, observations is then applied to the investigation of softwood fracture mechanics in the transverse plane. At the mesoscopic scale, fracture mechanisms vary according to local parameters such as crack notch position into the annual ring or wood orientation in relation to the solicitation orientation. The research of fracture criteria involves measurements and estimations of local energy release rates and local critical energy release rates. Various tension tests are thus performed with the use of a specific setup. This last one helps to complete microscopic in-situ observations of fracture mechanisms and step by step fracture parameters measurements. The meshless method NairnFEAMPM combined with the CRAMP algorithm allows the numerical analysis and the implementation of local fracture criteria. The determined fracture criteria helps to predict fracture process into wood at the annual ring scale. This analysis helps to improve the knowledge of specific fracture phenomena at the mesoscopic scale such as crack bifurcation, crack arrest and secondary crack creation. Transverse wood drying analysis is then realized from experimental tests and NairnMPMFEA numerical simulation. This study gives some interesting and encouraging results as MPM tool allows crack phenomena representation under hydric solicitation.

Les sécheurs connaissent des difficultés pour sécher les avivés d'épicéa de fortes épaisseurs avec les séchoirs industriels classiques. Notre étude a pour ambition d'améliorer les connaissances sur le séchage des avivés de résineux de fortes épaisseurs par une approche déterministe. Le code numérique TransPore, développé par Patrick Perré, de part sa capacité à simuler les transferts couplés de chaleur et de masse dans une planche de bois, est placé au cœur de notre approche. Notre démarche scientifique a nécessité la mise en place de deux outils : - un dispositif expérimental a été mis en place pour obtenir des informations descriptives sur les transferts de masse s'effectuant dans la planche au cours de son séchage, et sur les contraintes mécaniques engendrées par le séchage. Ce dispositif mesure en continu l'épaisseur des avivés, les fentes de surface, et le champ de teneur en eau dans la planche par atténuation de rayons X ; - une unité de calcul des contraintes de séchage a été développée et greffée à TransPore (version 1D) pour aborder l'aspect qualitatif du séchage. La formulation mécanique adoptée est monodimensionnelle, et elle prend en compte la courbure éventuelle de la planche pour, par exemple, simuler un séchage dissymétrique. Les résultats expérimentaux ont ensuite été confrontés aux résultats théoriques pour confirmer et valider les résultats prédits par la simulation numérique. La comparaison s'est avérée souvent très probante, tant au niveau des transferts couplés de chaleur et de masse qu'au niveau de l'évaluation des contraintes de séchage. Ce travail se termine par l'utilisation du code TransPore comme outil d'aide à la compréhension des mécanismes couplés qui rendent le séchage des fortes épaisseurs particulièrement difficile. Cet outil a montré également sa capacité à guider ses utilisateurs dans le développement de nouvelles conduites de séchage. Cette dernière application ouvre une voie prometteuse vers l'optimisation des tables de séchage.

La valorisation de la biomasse lignocellulosique est aujourd’hui un enjeu majeur du fait de la réduction des ressources fossiles. Séparer chaque constituant pour les valoriser de la meilleure façon possible est l’objectif des bioraffineries papetières. L’effluent papetier, la liqueur noire, est actuellement brûlé pour produire de l’énergie, mais sa gazéification permettrait d’augmenter ces rendements énergétiques. Mais pour cela une cuisson sans soufre du bois est nécessaire, le soufre inhibant la gazéification.Cette étude a donc porté en premier lieu sur la faisabilité d’un fractionnement sans soufre du bois, plus ardu qu’un procédé kraft traditionnel contenant du soufre. Le travail a été effectué sur les bois résineux, ceux-ci étant plus difficiles à délignifier que les bois feuillus. Une étape d’autohydrolyse du bois, préalable au fractionnement à la soude, a été effectuée afin d’extraire les hémicelluloses pour une valorisation ultérieure. Les travaux ont montré que ce prétraitement permettait de délignifier le bois plus facilement et ainsi d’envisager un fractionnement sans soufre. La cellulose obtenue par ce procédé présente une pureté et un degré de polymérisation suffisants pour envisager son utilisation pour de la viscose ou pour des applications chimiques.La lignine ne présentant pas de différences structurelles majeures entre du bois préhydrolysé ou non, les complexes entre la lignine et les hydrates de carbone (LCC) ont été analysés. Il a été montré que la préhydrolyse modifie significativement la quantité et la composition de ces complexes, permettant d’expliquer par là les résultats obtenus. / The valorization of lignocellulosic biomass is nowadays a major issue due to the reduction of fossil resources. Separating each component to valorize them the best way as possible is the goal of the pulp and paper biorefineries. The effluent of the mill, called the black liquor, is currently burnt to produce energy, but gasification would increase the energy efficiency. For this, a sulfur-free cooking of wood is necessary, as sulfur inhibits gasification.Therefore this study first focused on the feasibility of cooking without sulfur, which is more difficult than a conventional kraft cooking containing sulfur. The work was done on softwood which is more difficult to delignify than hardwood. The wood was first pretreated with an autohydrolysis to remove hemicelluloses for further valorization.The results were conclusive for the production of cellulose pulp for chemical applications. To explain the differences obtained, structural differences of wood components were looked for. Lignin did not show major differences whether the wood was prehydrolyzed or not, whereas the complexes between lignin and carbohydrates (LCCs) showed significant differences, which would explain the results obtained.

Le renouveau des biocarburants pourrait être aussi celui de l’industrie chimique de la pâte àpapier, en diversifiant l’éventail des produits fabriqués à partir de bois. Cette étude porte surl’intégration d’une extraction des hémicelluloses du bois au procédé Kraft dans le cadre d’une coproductionde fibres cellulosiques et de bioéthanol.Le travail expérimental de cette étude balaie l’ensemble du procédé depuis l’extraction de plus dela moitié des hémicelluloses de bois de résineux, par autohydrolyse ou par hydrolyse à l’acidedilué, jusqu’à la production de fibres cellulosiques blanchies et d’éthanol obtenu par la fermentationdes hydrolysats.Les pâtes de bois préhydrolysé se sont distinguées par de très bonnes aptitudes à ladélignification lors de la cuisson Kraft et lors du blanchiment à l’oxygène. Une analyse desconstituants des pâtes de bois préhydrolysé a permis de comprendre pourquoi la préhydrolyseconduit à une diminution du rendement de cuisson (perte de lignine et de la totalité deshémicelluloses dont les xylanes). L’analyse des lignines de pâtes écrues de bois préhydrolysé apermis d’émettre une hypothèse quant à l’excellente aptitude de ces pâtes à la délignification lorsdu blanchiment à l’oxygène.En définitive, l’intégration d’une extraction des hémicelluloses à une usine Kraft telle qu’elle estproposée par cette étude permet d’obtenir à partir de 100 kg de bois de résineux, 27 à 36kilogrammes de fibres cellulosiques blanchies et jusqu’à 6 litres de bioéthanol. Ces fibrescellulosiques blanchies présentent des caractéristiques attrayantes pour la production de cellulose àusage chimique ou de nanocristaux de cellulose. / Biofuel revival could be a great opportunity for the chemical pulp industry to widen the range ofits products made from wood. This thesis deals with the integration of a softwood hemicelluloseextraction step prior to the Kraft pulping process in order to produce both cellulose fibres andbioethanol.In this study the experimental work covers the entirety of the process: from the extraction ofmore than half of the hemicelluloses from wood either by autohydrolysis or dilute acid hydrolysis tothe production of bleached cellulosic fibres as well as ethanol from fermentated wood hydrolyzates.Prehydrolyzed wood and their subsequent pulps stood out by their excellent delignification abilityduring Kraft cooking and oxygen bleaching. Quantitative analysis of the main constituants of thepulps showed why prehydrolysis leads to decreased Kraft pulp yields (extra lignin loss andhemicelluloses loss including xylans). A range of hypotheses to explain the good delignificationability of prehydrolyzed wood Kraft pulps during oxygen bleaching was narrowed to one by Kraftlignin analysis.The overall results of the hemicellulose extraction prior to Kraft pulping as it has been defined inthis study showed that from 100 kg of softwood, 27 to 36 kg of bleached cellulosic fibres and 6litres of ethanol could be produced. The bleached cellulosic fibres are of great interest for dissolvingpulp or cellulose nanocrystals production.

Cette recherche porte sur l'étude d'un processus géographique : la reforestation comme changement majeur d'affectation des sols dans les espaces ruraux depuis le XIXe siècle et ses conséquences humaines, socio-économiques, territoriales et paysagères. Le concept de « nouvelles forêts », utilisé comme un modèle de réflexion, permet d'analyser les mécanismes à l'origine des nouvelles forêts dans le Massif Central. L'étude de la mise en œuvre du Fonds Forestier National (créé en 1946) en Ardèche permet de confronter les réalisations locales à l'esprit de la politique forestière qui visait à satisfaire les besoins en bois de la Nation. Si les hommes ont planté des conifères c'est avant tout comme un pansement face aux transformations que la société paysanne subissait. Les caractéristiques de la petite et moyenne propriété forestière et des propriétaires dans le Massif Central constituent une originalité au sein des sylves françaises, notamment à cause des héritages de la paysannerie. Toutefois, les nouvelles forêts résineuses s'inscrivent dans un contexte sociétal et territorial changeant. Le monde forestier est en pleine mutation et de nouveaux rapports ville / campagne se dessinent. Deux exemples territorialisés permettent de faire progresser la réflexion sur le devenir des nouvelles forêts du Massif Central. Le premier revient sur la réussite économique des nouvelles forêts résineuses en Forêt-Noire (Allemagne). Le second, dans le cadre d'une démarche de réflexion territoriale dans la haute vallée de l'Ardèche, propose des outils pour révéler et faire accéder à l'état de ressource territoriale un potentiel forestier possédé par de nombreux territoires du Massif Central.

Les changements environnementaux à l’échelle globale peuvent se traduire par une modification des conditions abiotiques et de la diversité biologique. La fonction de production des écosystèmes forestiers a la particularité d'être à la fois soumise à, et régulatrice de ces changements environnementaux. Il apparaît alors primordial de comprendre la manière dont la diversité en essences et les facteurs abiotiques exercent le contrôle de cette fonction. Au cours de mes travaux j’ai étudié la variation de l'effet du mélange d’essences sur leur productivité dans un contexte climatique et édaphique changeant. Grâce à une double approche, basée sur des données locales et des données de l'Inventaire forestier national, je me suis concentrée sur cinq espèces forestières européennes majeures en peuplements purs et bispécifiques : Quercus petraea, Pinus sylvestris, Fagus sylvatica, Abies alba et Picea abies. En plaine je montre que l'effet du mélange d’essences varie peu avec les facteurs abiotiques. De plus cet effet est déterminé par la tolérance à l'ombrage de l'espèce accompagnatrice. En montagne l’effet du mélange d’essences sur leur productivité est plus fort et positif lorsque les facteurs abiotiques sont les plus limitants pour la croissance. Ces résultats illustrent l’intérêt d'intégrer les facteurs abiotiques et les caractéristiques fonctionnelles des espèces comme déterminants de l'effet de la diversité biologique sur les fonctions de l'écosystème. / Global environmental changes may lead to a modification of abiotic factors and biological diversity. The production function in forest ecosystems has the particularity to be both subjected to, and a regulator of, these environmental changes. Understanding how forest productivity is driven by species diversity and environmental factors is therefore a critical issue. This PhD thesis studies how tree species mixture affects their productivity along edaphic and climatic gradients. Based on an approach using both an original dataset and the national forest inventory dataset, I focused on five major species of European forests in pure and two-species forests: Quercus petraea, Pinus sylvestris, Fagus sylvatica, Abies alba and Picea abies. In lowlands, abiotic factors had little impacts on the outcome of tree species mixture on productivity. In addition, the effect of tree species mixture was determined by the shade tolerance of companion species. In highlands, the positive effects of tree species mixture were strongest when the abiotic factors were the most limiting for growth. These results highlight the importance of considering abiotic factors and the functional characteristics of species as drivers of the effect of biological diversity on ecosystem functions.