Les matériaux mésostructurés organosiliciques peuvent être modifiés par différentes techniques permettant l'incorporation de groupements fonctionnels leur conférant une double fonctionnalité. Ainsi, il est possible d'introduire la fonction acide sulfonique ur un matériau mésostructuré organosilicique éthylène-silice par alkylation des éthylènes de surface par le benzène en présence de chlorure d'aluminium suivi d'une sulfonation. La fonction acide perfluoroalkylsulfonique peut être greffée à un matériau mésoporeux organosilicique éthane-silice par l'entremise des hydroxyles de surfaces réagissant avec l' acide ß-sultone 1 , 2,2-trifluoro-2-hydroxy-I-trifluorométhyléthane. Finalement, le groupement fonctionnel acide perfluoroalkylsulfonique a été introduit dans une matrice mésostructurée organosilicique éthane-silice par co-condensation du silane acide perfluoroalkylsulfonique et du silsesquioxane 1,2-bis(triméthoxysilyl)éthane dans une solution micellaire acide. Généralement, les matériaux ont été caractérisés par analyse élémentaire CNS, titration acido-basique, diffraction des rayons X, microscopie électronique à transmission, volumétrie d' azote à 77K, RMN MAS du 13C, 19F et 29Si, analyse thermogravimétrique, spectrométrie infrarouge à transformées de Fourrier de la pyridine adsorbée chimiquement et analyse de la conductivité protonique des poudres. Les résultats ont été analysés et comparés avec ceux obtenus sur des matériaux possédant des fonctionnalités similaires. Les résultats de la caractérisation ont confirmé que les trois types de matériaux synthétisés présentent une forte acidité dans un réseau hydrophobe mésoporeux. Par contre, le matériau mésostructuré organosilicique fonctionnalisé par l'acide sulfonique possède des sites acides plus faibles comparativement aux matériaux possédant des fonctions fluorés acides. Le matériau mésostructuré organosilicique fonctionnalisé par l'acide perfluorosulfonique présente une faible stabilité thermique. Finalement, le matériau mésostructuré organosilicique fonctionnalisé par le silane acide perfluoroalkylsulfonique dispose de la densité de sites acides la plus faible. L' activité catalytique des catalyseurs organosiliciques acides a été évaluée pour la réaction de condensation de l'heptanal et l'acétali sation de l'heptanal par le I-butanol. En accord avec les résultats de la caractérisation, les catalyseurs acides hydrophobes ont démontré un potentiel élevé pour les réactions chimiques produisant de l'eau qui désactive les sites.

Ce projet a pour objectif d'étudier la possibilité de déminéralisation par voie physique d'un noir de carbone issu de la pyrolyse sous vide des pneus usagés. Une déminéralisation est nécessaire pour produire un noir de carbone pur et de composition constante en vue de sa commercialisation. Dans un premier temps, la caractérisation minéralogique du noir de carbone pyrolytique, par divers outils analytiques, a permis d'identifier trois composés inorganiques : la sphalérite (ZnS), la zincite (ZnO) et la silice (SiO2) plus minoritaire. Des analyses microscopiques ont permis de mettre en évidence une très faible libération de cette matière inorganique du noir de carbone. La séparation gravimétrique a été testée pour séparer les composés zinciques du noir de carbone, mais n'a pas été concluante à cause de la faible libération. Des tests de flottation ont été réalisés, ils ont permis l'étude statistique des paramètres opératoires ainsi que l'obtention d'une récupération maximale de 67% de noir de carbone et d'une teneur minimale de 11.6 % en matière inorganique.

Combiner les avantages des nanoparticules d'argile et celles d'une phase élastomère dispersée peut conduire à de meilleures propriétés mécaniques. L'amélioration à la fois des propriétés mécaniques en traction (module, contrainte et déformation à la rupture) et des propriétés au choc (résistance et énergie de rupture) peut conduire à de nouvelles applications industrielles. Cependant, le renforcement d'une matrice polymère ductile par des charges minérales classiques se traduit de manière quasi-systématique par une fragilisation importante de celle-ci. Les nanocomposites utilisant comme renforts des microplaquettes d'argile permettent une approche originale de ce problème de la fragilité du fait de la taille des renforts, de leur dispersion, de leur surface spécifique élevée et des possibilités de fonctionnalisation des surfaces. Les nanocomposites à matrice polypropylène renforcés par un type de nanoparticules d'argile sont mis en œuvre à l'état fondu dans un mélangeur interne. L'ajout d'oligomères fonctionnalisés favorise la dispersion de l'argile dans le polypropylène. Une exfoliation partielle est ainsi obtenue par cisaillement intense d'un milieu hautement visqueux. Grâce à leur facteur de forme (longueur sur épaisseur) très élevé (>100), des fractions volumiques de particules inorganiques aussi basses que 2-3% suffisent pour engendrer un réseau de particules percolant conférant au nanocomposite final des propriétés mécaniques comparables aux composites classiques chargés par 30 à 50% de fibres de verres, sans altérer grandement la densité et la transparence de la matrice. Par ailleurs, même si on augmente le module et éventuellement la contrainte à la rupture, les propriétés au choc et la déformation à la rupture se trouvent diminuées. En revanche, dans le domaine des polymères, l'ajout d'une phase élastomère améliore les propriétés au choc et augmente la déformation à la rupture. Cette amélioration se fait au détriment du module qui diminue en fonction de la teneur en phase élastomère. La dispersion est analysée par diffraction des rayons X et microscopie. Les matériaux sont soumis à des essais mécaniques en traction et au choc.

Le carburant hydrocarbure JP-10 est étudié comme agent propulsif destiné aux moteurs à détonation ainsi qu’à d’autres applications concernant les vols à vitesses élevées. La précraquage catalytique du JP-10 pourrait produire un mélange d’oléfines légères plus facile à détoner. Un mélange d’hydrocarbures aliphatiques, pour la plupart légers, présente l’avantage d’être moins enclin à la carbonisation que des mélanges comportant de fortes teneurs en hydrocarbures aromatiques. Cette réaction endothermique de précraquage offre le même potentiel que celui d’un puits de chaleur trouvé dans des applications de vols à vitesses élevées pour lesquelles toute hausse de la masse du système de refroidissement contrevient à une plus grande efficacité du moteur. Plusieurs essais de craquage catalytique hétérogène furent réalisés à l’aide d’un réacteur tubulaire et les gaz produits analysés par GC/MS et par GC. Deux formes de zéolithe nanocristalline (n) ZSM-5(24h) et nZSM-5 (6h) et trois formes de silico-aluminophosphate SAPO-5A, SAPO-5B et SAPO-11 furent testées. SAPO-5 et nZSM-5(24h) apparaissent être les candidats les plus propices au précraquage du JP-10. Ces dernières ont permis de convertir plus de 90 % de JP-10 en un mélange d’hydrocarbures principalement composé de molécules en C4 et moins (C3 à C1). nZSM-5(24h) ont procuré le plus petit rapport de masse de carbone, CR (C5+:C4−), à des températures situées entre 350 oC et 450 oC et le taux de conversion le plus élevé à des températures supérieures à 500 oC. SAPO-5A & B ont présenté le taux de conversion le plus élevé mais le plus petit CR entre 400 oC et 500 oC. / The hydrocarbon jet-fuel, JP-10, is being studied as a possible propellant for the Pulse Detonation Engine (PDE) and other high-speed flight applications. Catalytic pre-cracking of JP-10 could provide a more easily detonated mixture of light olefin products. A mixture of mostly light hydrocarbons has the added benefit of being less prone to coking than a product mixture heavy in aromatics. This endothermic reaction also offers potential as a heat sink in high-speed flight applications where the extra weight of an onboard cooling system would hinder engine efficiency. Several heterogeneous catalytic cracking tests have been done using a Bench Top Tubular Reactor and the products were analyzed with GC/MS and GC. Two forms of nanocrystalline zeolites, nZSM-5(24h) and nZSM-5(6h), and three forms of silico-alumino-phosphates, SAPO-5A, SAPO-5B, and SAPO-11 successfully catalyzed the cracking of JP-10; however, SAPO-5 and nZSM-5(24h) have proven to be the most promising catalyts. Both catalysts converted over 90 % of JP-10 (∼ 3s residence time) into a mixture of hydrocarbon products consisting mainly of C4 and lower chain hydrocarbons (C3 to C1). nZSM-5(24h) demonstrated the lowest carbon mass ratio, CR (C5+:C4−), between 350 oC and 450 oC and the highest conversion rates above 500 oC. SAPO-5A & B demonstrated the highest conversion rates and the lowest CR between 400 oC and 500 oC.

Assurer la stabilité des produits probiotiques est un défi technologique important pour l’industrie. En effet, des déviations dans le procédé de production de ces probiotiques peuvent conduire à un déclin dans la population viable qui n’est détectable que plusieurs mois après la fabrication du produit. Conséquemment, une méthode d’analyse a été développée et évaluée en collaboration avec Pfizer pour prédire la stabilité d’un échantillon de Bifidobacterium longum sous forme lyophilisée. B. longum est ainsi cultivé sur géloses pendant 4 jours, suivi de l’acquisition d’images des plaques. Des données morphologiques sur les colonies sont extraites par analyse d’images et sont utilisées dans un modèle multivarié PLS. D’abord, les paramètres de la méthode ont été testés et ajustés afin de mieux cerner les capacités de la méthodologie employée. Ainsi, l’épaisseur de la gélose influence les propriétés des couleurs des colonies et accroit la variabilité de la taille des colonies lorsqu’elle est en-dessous de 3,1 mm. D’autre part, la concentration du composé XA n’a pas d’influence sur la formation des colonies. Le délai de réhydratation avant incubation n’a pas non plus d’effet détectable sous la barre des 2 heures. Enfin, la durée d’incubation préférable a été sélectionnée à 4 jours, avec un nombre de colonies visé d’environ 75 par gélose. Les essais d’évaluation de la méthode ont révélé sa capacité à distinguer des échantillons issus d’une colonie fraîche d’échantillons lyophilisés. Cependant, les échantillons lyophilisés ayant subi un conditionnement supplémentaire (thermique, oxydatif) n’ont pas pu être distingués d’échantillons lyophilisés non-conditionnés. Ces défis ont été attribués à un effet masquant de la lyophilisation. En conséquence, il est proposé d’étudier l’effet de la lyophilisation en relation avec la méthodologie afin de poursuivre le développement de la méthode.

Afin de résoudre les problèmes environnementaux et énergétiques modernes, ces dernières années ont vu le développement de catalyseurs photocataytiques capables d’utiliser la lumière solaire. En effet, les possibles applications des semiconducteurs présentant des propriétés photocatalytiques dans les domaines de la production d’hydrogène ou la dégradation de polluants organiques ont généré un grand intérêt de la part de la communauté scientifique. Actuellement, les photocatalyseurs à base de dioxyde de titane (TiO₂) et de nitrure de carbone graphitique (g-C₃N₄) sont considérés comme les matériaux les plus étudiés pour leurs faibles coûts et leurs propriétés physico-chimiques exceptionnelles. Cependant, la performance photocatalytique de ces matériaux reste encore limitée, à cause de la recombinaison rapide des porteurs de charge et et d'une absorption limitée de la lumière. En générale, malgré des caractéristiques exceptionnelles, ces matériaux ne contribuent pas significativement à la séparation de charge et l’absorption de la lumière lorsqu’ils sont produits par des méthodes conventionnelles. L'objectif de cette thèse est de développer de nouvelles voies pour la production de matériaux efficaces basés sur TiO₂ et g-C₃N₄). Nous avons d'abord préparé de la triazine (CxNy) qui fonctionne comme un co-catalyseur d'oxydation ce qui facilite la séparation des paires «électron-trou» dans le système du photocatalyseur creux de type Pt-TiO₂-CxNy. La présence simultanée de Pt et de CxNy, qui servent comme co-catalyseurs de réduction et d'oxydation, respectivement, a permis une amélioration remarquable des performances photocatalytiques du TiO₂. De plus, nous avons développé une nouvelle approche, en utilisant un procédé de combustion de sphère de carbone assisté par l’air, pour préparer du C/Pt/TiO₂ . Ce matériau possède de nombreuses propriétés uniques qui contribuent de manière significative à augmenter la séparation « électron-trou », et en conséquence, à améliorer la performance photocatalytique. Dans le but de développer un matériau qui soit capable de fonctionner sous les rayons du soleil et dans l'obscurité, nous avons développé un photocatalyseur creux à double enveloppes : le Pt-WO₃/TiO₂-Au. Ce matériau a montré non seulement une forte absorption de la lumière solaire, mais aussi une séparation des charges élevée et une haute capacité de stockage d'électrons. Par conséquent, ce type de photocatalyseurs a montré une dégradation efficace des polluants organiques, à la fois sous la lumière visible (λ ≥ 420 nm) et dans l'obscurité. En ce qui concerne le g-C₃N₄, nous avons exploité la relation entre les lacunes d’azote et les propriétés plasmoniques des nanoparticules d’or (Au). Ce type de photocatalyseur du Au/g-C₃N₄ a été préparé en présence d’alcali suivi par une post calcination. En effet, les lacunes d’azote ainsi produites permettent le renforcement des interactions entre l’or et le g-C₃N₄ et des propriétés plasmoniques de l’or. Ces caractéristiques exceptionnelles renforcent l'utilisation efficace de l’énergie solaire ainsi que la séparation des paires « électron-trou », ce qui contribuent à la performance photocatalytique pour la production d'hydrogène du photocatalyseur. Afin d’améliorer la capacité d’absorption de la lumière visible de g-C₃N₄, une nouvelle voie de synthèse dénommée « poly-alcaline » a été développée. La possibilité d’ajouter du polyéthylèneimine (PEI) et de l’hydroxyde de potassium (KOH) pour générer de nombreux centres lacunaires en azote ainsi que des groupes hydroxyles dans la structure du matériau, a été explorée afin d’optimiser l’efficacité du matériau. De telles modifications ont démontré leurs capacités à réduire la bande interdite et à provoquer plus facilement la séparation de charges améliorant ainsi les propriétés photocatalytiques du photocatalyseur vis-à-vis de la production d’hydrogène. Cette méthode ouvre donc une nouvelle voie d’avenir pour préparer des photocatalyseurs nanocomposites efficaces possédant à la fois, une forte d’absorption de la lumière et une bonne séparation de charges. / The utilization of solar light-driven photocatalysts has emerged as a potential approach to deal with the serious current energy and environmental issues. Over the past decades, semiconductor-based photocatalysis has attracted an increasing attention for diverse applications including hydrogen production and the decomposition of organic pollutants. Currently, titanium dioxide (TiO₂) and graphitic carbon nitride (g-C₃N₄)-based photocatalysts have been considered as the most investigated materials because of their low cost, outstanding physical and chemical properties. However, their photocatalytic performances are still moderate owing to the fast charge carrier recombination and limited light absorption. The main target of the research presented in this thesis is to develop novel routes to prepare efficient materials based on TiO₂ and g-C₃N₄. These materials possess prominent features, which contribute to address the fast charge separation and light absorption problems. We firstly have prepared triazine (CxNy) acting as an oxidation co-catalyst, which efficiently facilitates electron-hole separation in a Pt-TiO₂-CxNy hollow photocatalyst system. The co-existence of Pt and CxNy functioning as the reduction and oxidation co-catalysts, respectively, has remarkably enhanced the photocatalytic performance of TiO₂. Next, we have also developed a new approach employing the air- assisted carbon sphere combustion process in preparing C/Pt/TiO₂. This material possesses many salient properties that significantly boost the electron-hole separation leading to enhanced photocatalytic performance. In an attempt to design a material that can operate under sunlight and in darkness, we have introduced Pt-WO₃/TiO₂-Au double shell hollow photocatalyst. The material has shown not only strong solar light absorption but also efficient charge separation and electron storage capacity. As a result, this type of photocatalyst exhibits a high activity performance for the degradation of organic pollutants both under visible light (λ ≥ 420 nm) and in the dark. Regarding to g-C₃N₄, we have explored the relationship between nitrogen vacancies and the plasmonic properties of Au nanoparticles employing alkali associated with the post-calcination method to prepare Au/g-C₃N₄. In fact, the produced nitrogen vacancies in the structure of g-C₃N₄ essentially enhance the interaction at Au/g-C₃N₄ interface and the plasmonic properties of Au nanoparticles. These outstanding features contribute to enhance the utilization of solar light and electron-hole separation that prompt the photocatalytic performance towards hydrogen production. Finally, we have employed a novel poly-alkali route to prepare a strong visible light absorption photocatalyst-based g-C₃N₄. The co-existence of PEI and KOH, which induces numerous nitrogen vacancies and incorporated hydroxyl groups in the structure of the resulted material, has been explored for the first time. These modifications have been proved to narrow the bandgap and facilitate the charge separation leading to enhance the solar light-driven hydrogen production. This method also opens up a new approach to prepare efficient nanocomposite photocatalysts possessing both strong light absorption and good charge separation.

La première partie de cette thèse est consacrée à l'étude de la miscibilité de trois systèmes de polymères [styrène-anhydride maléique (SMA)/(styrène-acrylonitrile (SAN 17 et SAN29)) et SMA/poly(méthyl méthacrylate) (PMMA)l en utilisant les techniques de la calorimétrie différentielle (DSC) et de la fluorescence. Les deux copolymères styrèneacrylonitrile (SAN 17 et SAN29) ont respectivement 17 et 29% en poids d'acrylonitrile. Le traceur de fluorescence utilisé est un SMA marqué à l'anthracène (SMA-An). Les résultats ont montré que l'intensité du signal de fluorescence du système SMA/SAN17 varie en fonction de la composition presque linéairement entre celles des composants purs SMA et SAN 17, ce qui est une caractéristique d'un système miscible. Cependant, pour le système SMA/SAN29, l'intensité du signal de fluorescence est plus élevée que celles des composants purs SMA et SAN29, une caractéristique d'un système immiscible. Cette immiscibilité mène à une accumulation du traceur SMA-An dans la phase SMA et par conséquent à une augmentation de l'intensité de fluorescence du système SMA/SAN29. La miscibilité du système SMA/PMMA a été caractérisée dans ce travail par des mesures d'extinction de fluorescence de l'anthracène en présence d'anhydride succinique et ainsi que par l'usage des fonctions acide succinique greffées sur la chaîne moléculaire même de SMA. La seconde partie de cette thèse est consacrée à l'étude de la miscibilité de trois systèmes de polymères [SMA8 (8wt% de MA)/polystyrène (PS), SMA 14 (14wt% de MA)/SAN et PMMA/ poly(méthyl méthacrylate-co-éthyl acrylate)(PMMAEA)] dans une extrudeuse bi-vis (TSE) en se basant sur la distribution des temps de séjour (RTD) caractérisée par la technique de fluorescence. Deux traceurs de fluorescence ont été utilisés dans cette étude, SMA8-An et SMA 14-An. La RTD donne non seulement l'histoire des temps de séjours des composants du mélange à l'intérieur de la TSE, mais également leur degré de malaxage. Le temps de séjour moyen (t ), le nombre de Peclet (Pe) et l'intensité du signal de fluorescence ont été caractérisés en fonctions de la composition des trois systèmes ci-dessus. Pour les deux systèmes miscibles, SMA14/SAN et PMMA/PMMAEA, t est dépendant de la composition des deux systèmes alors qu'il ne l'est pas pour le système immiscible, SMA8/PS. Le nombre de Pe, qui est une mesure de la qualité de la dispersion le long de Textrudeuse, présente une déviation négative par rapport à la règle d'additivité pour le système miscible (c-à-d, un meilleur malaxage) et une déviation positive pour le système immiscible (c-à-d, moins de malaxage). L'effet de la réaction d'imidization partielle du SMA8 avec de l'aniline (SMI est le produit de la réaction) sur sa miscibilité avec le poly(vinyl méthyl éther) (PVME) et le PMMA a aussi été étudié. Il a été observé que les systèmes SMI/PVME et SMI/PMMA possèdent une température de solution critique inférieure (LCST). L'imidization du SMA8 augmente la température de séparation de phases du mélange de SMA/PVME et diminue celle du système SMA/PMMA. La dernière partie de cette thèse concerne la caractérisation en ligne du taux de greffage du polypropylène (PP) greffé anhydride maléique (PP-g-MAH) par le procédé d'extrusion réactive. En premier temps, l'extinction de fluorescence des pluorophores phénanthrène (Ph) et anthracène (An) par l'anhydride maléique et l'anhydride n-octadécenylsuccinique (ODSA) a été étudiée à l'état solide dans des films de PP et en solution dans le chloroforme. L'ODSA a été choisi comme composé modèle pour le PP-g-MAH car l'émission en fluorescence Ph dans les films de PP est atténuée plus efficacement par l'ODSA que par le MAH. Ceci peut être relié à la plus grande miscibilité du Ph avec l'ODSA qu'avec le MAH. La mesure en-ligne du taux de greffage de réaction PP-g-MAH a été ensuite réalisée sur une extrudeuse bi-vis. Un autre traceur, le fluoranthene (FA), a été choisi pour les raisons suivantes: (a) sa basse efficacité d'extinction par le MAH, (b) il ne présente aucune réaction avec le MAH, (c) il possède une intensité d'émission plus élevée que celle du Ph. La mesure a été fondée sur l'hypothèse que l'émission de fluorescence du FA a été éteinte par la molécule résiduelle et libre de MAH mais pas éteinte par le MAH greffé dans l'écoulement le long de l'extrudeuse.

Ce travail présente une nouvelle méthode sans solvant pour la production de membranes à fibres creuses pour la séparation des gaz. La technologie repose sur une extrusion continue suivie de l’étirage de polyéthylène expansé présentant une densité cellulaire élevée et une distribution uniforme de la taille des cellules. Pour atteindre cet objectif, une optimisation expérimentale et systématique a été appliquée afin de produire une morphologie de mousse riche et uniforme pour développer une structure adaptée aux performances de la membrane pour la séparation des gaz. À partir des échantillons obtenus, un ensemble complet de caractérisations comprenant les propriétés morphologique, mécanique, physique et de transport gazeux a été réalisé. En particulier, les performances de séparation ont été étudiées pour différents gaz (CO₂, CH₄, N₂, O₂ et H₂). La première étape a consisté à combiner du polyéthylène linéaire de basse densité (LLDPE) avec un agent d'expansion chimique (azodicarbonamide, CBA) afin d'optimiser le procédé en termes de la concentration en CBA et du profil de température, ainsi que la vitesse d'étirage. Les résultats ont confirmé que des échantillons avec une densité cellulaire plus élevée peuvent améliorer les propriétés de perméation des gaz des membranes. La deuxième partie a examiné l’ajout de polyéthylène de basse densité (LPDE) afin d’améliorer la structure cellulaire grâce à une densité cellulaire plus importante et à une vitesse d’étirement plus élevée. Il a été constaté qu'un mélange LLDPE/LDPE (70/30) augmentait de 10 fois la densité cellulaire et réduisait également l'épaisseur de la mousse de 50% par rapport aux mousses de LLDPE seul. Dans la troisième partie, l’addition de nanoparticules a été étudiée et s’est révélée être une stratégie très efficace pour améliorer encore plus la structure cellulaire via un effet de nucléation hétérogène. Les résultats ont montré que l'introduction de zéolithe poreuse (5A) comme agent de nucléation cellulaire/modificateur de perméation des gaz améliorait considérablement la densité cellulaire de la mousse (1,2×10⁹ cellules/cm³) tout en réduisant les tailles moyennes de cellules (30 μm). Les propriétés membranaires de cette membrane moussée à matrice mixte optimisée (MMFM) ont également été considérablement améliorées, en particulier avec l’ajout de 15% en poids de zéolithe car la perméance de l’hydrogène ainsi que la sélectivité H₂/CH₄ et H₂/N₂ ont été augmentées d’un facteur 6,9, 3,8 et 5,9 respectivement, par rapport à la matrice seule (sans zéolithe) et non moussée. Par conséquent, une combinaison de l'addition de particules (structure cellulaire), d'étirement (surface interne) et de moussage (porosité) a conduit à la production d'une structure multi-poreuse à l'intérieur des membranes afin d'améliorer les propriétés de transport des gaz. On s'attend à ce que ces MMFM puissent être efficaces et rentables en termes de vitesse de production (méthode continue), en particulier pour l'industrie pétrolière où la séparation H₂/CH₄ et H₂/N₂ est essentielle pour la purification de l’hydrogène. / This work presents a novel solvent-free method to produce hollow fiber membranes for gas separation. The technology is based on continuous extrusion followed by stretching of foamed polyethylene having a high cell density and uniform cell size distribution. To achieve this objective, a systematic experimental optimization was applied to produce a rich and uniform foam morphology and to develop a suitable structure for gas separation membrane performance. From the samples obtained, a complete set of characterizations including morphological, mechanical, physical and gas transport was performed. In particular, the separation performances were investigated for different gases (CO₂, CH₄, N₂, O₂ and H₂). The first step was to combine linear low density polyethylene (LLDPE) with a chemical blowing agent (azodicarbonamide, CBA) to optimize the processing in terms of CBA content and temperature profile along with stretching velocity. The results confirmed that samples with a higher cell density can improve the membrane gas permeation properties.The second part investigated the addition of low density polyethylene (LPDE) to improve the cellular structure by having a higher cell density and using higher stretching speed. It was found that a LLDPE/LDPE (70/30) blend increased the cell density by a factor of 10 times and also decreased the foam thickness by 50% compared to neat LLDPE foams. In the third part, nanoparticle addition was investigated and found to be a very effective strategy to further improve the cellular structure via a heterogeneous nucleation effect. The results showed that the introduction of porous zeolite (5A) as a cell nucleation agent/gas permeation modifier, substantially improved the foam cell density (1.2×10⁹ cells/cm³) while decreasing the average cell size (30 μm). The membrane properties for this optimized mixed matrix foam membrane (MMFM) were also significantly improved, especially at 15 wt.% zeolite as the H2 permeance, as well as H₂/CH₄ and H₂/N₂ selectivity were increased by 6.9, 3.8 and 5.9 times respectively, compared to the unfoamed neat (unfilled) matrix. Hence, a combination of particle addition (cell structure), stretching (internal surface area) and foaming (porosity) led to the production of a multi-porous structure inside the membranes to improve the gas transport properties. It is expected that these MMFM can be efficient and cost-effective in terms of processing rate (continuous method), especially for the petroleum industry where H₂/CH₄ and H₂/N₂ separation are essential for H2 purification.

Cette thèse est consacrée à la compréhension des propriétés morphologiques et mécaniques de la nanocellulose cristalline (NCC) dans des résines thermoplastiques mises en forme à l’état fondu (extrusion et moulage par injection). Dans la première partie, des composites à base de Nylon 6 et de NCC (0-7% en poids) sont préparés et les propriétés morphologiques/mécaniques (tension, flexion, impact) sont présentées. Les résultats montrent que la NCC est efficace pour améliorer les propriétés mécaniques (principalement le module de flexion) avec une faible augmentation de la masse volumique totale. Dans la deuxième partie, un système hybride est évalué en utilisant la NCC (1%) et de la farine de bois d'érable (20%) dans le polypropylène (PP), avec et sans PP maléaté (MAPP) comme agent de couplage. L'analyse mécanique révèle que ces deux fibres produisent un renforcement efficace, en particulier pour améliorer les modules élastiques des échantillons contenant du MAPP. La troisième partie examine la caractérisation morphologique, physique et mécanique de nano-composites moussés à base de NCC et de Nylon 6. Différentes concentrations de NCC (0-5%) et d'agent moussant chimique (azodicarbonamide) (0-2%), ainsi que la température du moule (30 et 80⁰C) sont utilisés pour produire les échantillons. Les résultats montrent que la NCC est très efficace pour améliorer la structure de la mousse (réduction de la taille des cellules, augmentation de la densité cellulaire) et les propriétés mécaniques, en particulier les modules élastiques. Aussi, la concentration de l'agent moussant et la température du moule ont un effet direct sur les propriétés mécaniques car ils contrôlent l'épaisseur de la couche de peau. Enfin, des composites et des mousses sont produits à base de PP. Similairement au Nylon 6, la NCC est très efficace pour réduire la taille des cellules et augmenter la densité cellulaire. Par ailleurs, la NCC permet d'améliorer les propriétés mécaniques du PP, en particulier les modules élastiques spécifiques. / This thesis is devoted to the understanding of the morphological and mechanical properties of nanocrystalline cellulose (NCC) filled thermoplastics produced by melt compounding (extrusion and injection molding). In the first part, composites based on Nylon 6 and NCC (0-7% wt.) are prepared and morphological/mechanical properties (tension, flexion, impact) are presented. The results show that NCC is effective to improve the mechanical properties (mainly flexural modulus) with limited overall density increase. In the second part, a hybrid system is evaluated based on NCC (1%) and maple wood flour (20%) filled polypropylene (PP), with and without maleated PP (MAPP) as a coupling agent. The mechanical analysis reveal that these two fibers have effective reinforcing role, especially to improve the elastic moduli of samples containing MAPP. The third part examines the morphological, physical and mechanical characterization of NCC/Nylon 6 nano-composite foams. Different content of NCC (0-5%) and chemical foaming agent (azodicarbonamide) (0-2%), as well as mold temperature (30 and 80⁰C) are used to produce the samples. The results show that NCC is very effective to improve the foam structure (reduced cell size, increased cell density) and mechanical properties, especially elastic moduli. Also, foaming agent content and mold temperature have a direct effect on the mechanical properties because they control the skin layer thickness. Finally, composites and foams are produced based on PP. Similarly to Nylon 6, NCC is very effective to reduce cell size and increase cell density. Moreover, NCC is able to improve the mechanical properties of PP, especially the specific elastic moduli.

De grandes quantités de glycérol sont formées lors de la production de biodiesel. Le faible coût de ce sous-produit a motivé beaucoup de groupes de recherche à lui trouver de nouvelles applications ce qui a mené au développement de nombreux procédés pour convertir sélectivement le glycérol en produits à haute valeur ajoutée. L’oxydation du glycérol est l’un de ces procédés. Dans cette thèse, deux catalyseurs hétérogènes composés de TEMPO greffés à une silice mésostructurée (SBA-16 et KIT-6) ont été synthétisés, caractérisés par différentes techniques et utilisés pour effectuer la réaction d’oxydation du glycérol. La conversion du glycérol et la sélectivité pour les différents produits formés ont été déterminées par l’analyse du milieu réactionnel via une technique de chromatographie en phase liquide à haute performance (HPLC). La stabilité et la versatilité de ces catalyseurs furent aussi étudiées. Il a été établi que ceux-ci démontrent un réel potentiel, en tant que catalyseurs réutilisables et exempts de métaux, pour la conversion d’un composé organique renouvelable et accessible qu’est le glycérol en produits commercialement très recherchés. / A large surplus of glycerol is formed as a by-product during the production of biodiesel. The low cost of glycerol has motivated research groups to find new applications of it. This has led to the introduction of a number of selective processes for converting glycerol into commercially valued products. Glycerol oxidation is one of chemical reactions which converts glycerol to more valuable compounds. In this thesis, two heterogeneous catalysts, with TEMPO grafted on mesostructured silica (SBA-16 and KIT-6) were synthesized and characterized by different techniques then followed by performing glycerol oxidation reaction. Glycerol conversion and products selectivity are reported by analyzing the reaction medium via high pressure liquid chromatography (HPLC). The stability and versatility of these catalysts were studied; these materials show real promise as reusable metal-free catalysts for the conversion of a readily available and renewable biofeedstock into highly valued compounds.