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.

Le biodiesel est obtenu par une réaction de transestérification de triglycérides d’huiles végétales ou des graisses par un monoalcool comme le méthanol. Cette réaction est aussi connue sous la désignation d’alcoholyse. La technique de production de biodiesel sous ultrasons est une nouvelle technologie prometteuse pour cette alternative aux combustibles fossiles. La production de biodiesel sous ultrasons est basée sur l’utilisation de sondes ultrasoniques. En utilisant cette technique, le biodiesel peut être produit à grande échelle. Des techniques d’ultrasonification continue peuvent causer une forte émulsion des phases de l’alcool et d’huile rapidement. Pour un temps de résidence faible, de fortes conversions sont obtenues en présence de différents catalyseurs homogènes. Par conséquent, il est nécessaire de régler les défis restants de la production de biodiesel, en termes de conception de réacteur, de récupération des catalyseurs, de coûts et d’enjeux environnementaux, pour que cette méthode de production de biodiesel devienne une technologie industrielle viable. Les technologies de production de biodiesel étudiées précédemment comportent encore certains défis comme : le problème de récupération du méthanol, la séparation des catalyseurs, le temps de réaction, la température de réaction et les impuretés dans les produits. Donc, il y a toujours un besoin continu pour le développement et la modification des technologies de production du biodiesel. Ce travail abordera le sujet du développement de la production de biodiesel sous ultrasons. L’aspect original des conclusions du travail est la vision par laquelle les ondes ultrasonores affectent la vitesse des réactions de transestérification. Les ultrasons génèrent de fines émulsions du système biphasique dans tout le volume du réacteur. Ceci va évidemment affecter le transfert de masse interphase. Le volume catalytiquement actif est toutefois restreint a une petite zone de réaction située à proximité de la sonde sonotrode. Dans cette fraction du volume, une vitesse de réaction extrêmement élevée est fort probablement associée à des effets de cavitation. Pour augmenter la production de biodiesel par l’éthanol sous ultrasons, nous avons testé les effets possibles d’une addition de méthanol ou d’autres composantes à basse tension de vapeur sur le phénomène accélérant dans les réactions de transestérification des triglycérides, du aux ultrasons. Dans la dernière partie de ce travail, nous avons étudié la réaction de transestérification de l’huile de canola avec du méthanol sur différents types de catalyseurs utilisant à la fois une agitation mécanique et les ultrasons. L’efficacité du transfert de masse dans le champ ultrasonore a amélioré la conversion maximale de transestérification comparativement aux conditions d’agitation mécanique. Dans le cas du propyl-2, 3 dicyclohexylguanidine et 1, 3- dicyclohexyl 2 n-octylguanidine (DCOG) utilisés comme catalyseurs sous ultrasons, les réactions de transestérification que nous avons obtenues ont causé une augmentation notable de la vitesse de conversion des triglycérides. Dams ce cas plus de 80% de récupération de la guanidine dans le mélange réactionnel a été possible en utilisant une colonne d’échange cationique à base de silice. Mots clés: ultrason, transestérification, huile de canola, FAME, méthoxyde de sodium, hydroxyde de sodium, l'hydroxyde de potassium, tétraméthyle d’hydroxyde d’ammonium, Guanidine, colonnes d'échange de cation de silice. / Biodiesel is obtained by transesterification reaction of triglycerides from vegetable oils or fats and a mono alcohol like methanol. This reaction is also known as alcoholysis. Ultrasound biodiesel production technique has recently emerged as a promising technology for synthesis of this alternative for fossil fuels. Ultrasound biodiesel production is based on the use of ultrasonic probes. By using this technique biodiesel production can be made on a large scale. Continuous ultrasonication technique can induce strong emulsion of alcohol and oil phases in a short time. Within very small residence time, high conversions are obtained in presence of different homogeneous catalysts. Therefore, it is necessary to solve the remaining challenges of biodiesel production, in terms of reactor design, catalyst recovery, cost and environment issues, in order to address the biodiesel production as a viable industrial technology. The previously studied biodiesel production technologies still show some challenges such as: methanol recovery issue, catalyst separation, reaction time, reaction temperature and oxide impurities in products. Therefore, there is still need to develop and modify the continuous biodiesel production technology. This work deals with the development of ultrasound biodiesel production. The original aspect of the present work conclusions is a vision of how ultrasound waves affect the transesterification reactions rates. Ultrasounds generate a fine emulsion of the biphasic system in the entire reactor volume. This will obviously affect interphase mass transfer. The catalytically active volume is however restricted to a small part of the reaction medium located in the immediate vicinity of the sonotrode probe. Within this volume fraction the extremely high reaction rate is very likely associated with the effects of cavitation. To increase the biodiesel production in presence of ethanol under ultrasound we tested the possible effects of minor methanol or other low vapor tension component additions on the accelerating phenomenon in triglycerides transesterification reactions due to ultrasounds. In the last part of the work we studied the transesterification reaction of canola oil with methanol and different types of catalysts using both mechanical stirring and ultrasonication reaction. The efficiency of mass transfer in the ultrasound field enhanced the higher rate of transesterification reaction as compared to stirring conditions. In case of propyl-2, 3 dicyclohexylguanidine and 1, 3- dicyclohexyl 2 n-octylguanidine (DCOG) as catalysts under ultrasound transesterification reaction we got noticeable TG conversion where as more than 80% regeneration of guanidine is possible from the reaction mixture by using silica cation exchanger columns. Keywords: ultrasound, transesterification, canola oil, FAME, sodium methoxide, sodium hydroxide, potassium hydroxide, Tetramethyl ammonium hydroxide, Guanidine, silica cation exchanger columns.

L'industrie de la protection du bois est actuellement en pleine révolution, motivée par de nombreuses pressions visant à protéger l'environnement et la santé publique. Plusieurs pistes sont actuellement explorées dont certaines proposent d'employer des produits issus de la biomasse. La pyrolyse peut répondre à ce problème en fournissant une huile à fort contenu phénolique issue de résidus forestiers, actuellement peu valorisés et pouvant présenter certains risques environnementaux. L'objet de la présente étude est donc de vérifier le potentiel d'une résine à fort contenu d'huile pyrolytique dans un rôle de préservation du bois en évaluant les performances dans trois grands domaines d'importance : la résistance au lessivage, la résistance face à la dégradation fongique et l'impact du traitement sur les propriétés mécaniques. L'étude est complétée par une étude rhéologique de la résine afin d'optimiser les processus d'imprégnation et de cuisson. Il a été observé que le lessivage d'un additif, le chlorure de cuivre, a été grandement diminué par l'imprégnation du bois par les différentes résines, les résultats, en termes de pourcentage de rétention, dépassant même ceux d'un produit actuellement commercialement employé. De même, les résultats en termes de protection contre les divers champignons de pourriture employés ne sont pas significativement différents de ceux obtenus avec les contrôles industriels. Les propriétés mécaniques du bois traité en deux étapes avec le sel de cuivre et la résine phénol-formaldéhyde - huile pyrolytique sont davantage affectées par la concentration en sel inorganique absorbé que par la présence de l'huile, effet davantage visible avec le module de rupture. Sinon, les échantillons sont similaires aux contrôles non traités. L'étude rhéologique a mis en lumière le comportement de type Bingham des mélanges phénol-formaldéhyde - huile de pyrolyse à température d'imprégnation, permettant de fournir des équations prédictives. L'accélération de la cuisson suite à l'ajout de chlorure de cuivre aux résines a également été démontrée par les tests rhéologiques, celui-ci ayant un impact plus important sur les résines contenant de l'huile pyrolytique. / The wood preservation industry is currently in revolution, motivated by strong environmental and public health concerns. Many paths are being explored to find interesting substitutes to the traditional preservatives, with many derived from biomass. Pyrolysis can provide a high phenol content oil obtained from forest residues, currently not valorized and presenting potential environmental impacts. The object of the present study is thus verifying the potential of a high pyrolytic oil content resin for a wood preservation rule by evaluating its performance in three broad areas of importance: leaching reduction, fungal decay resistance and the treatment impact on the treated wood mechanical properties. The study is completed by a rheological study of the resins to optimize the impregnation and curing processes. It has been observed that the leaching of an additive, copper chloride, was significantly reduced after the wood impregnation by the various resin formulations. The results, in terms of retention percentages, even surpassed those of a currently commercialized product. The reduction of weight loss by fungal decay fungi were also found to be similar to the results obtained with industrial controls. The mechanical properties of wood samples treated in a two-step treatment with a copper salt and the phenol-formaldehyde - pyrolytic oil resin are more importantly affected by the concentration in inorganic salt absorbed than by the presence of pyrolytic oil, the effect being more apparent on the rupture modulus. Otherwise, most treated samples were found to be similar to the untreated wood samples. The rheological study shed light on the Bingham nature of the phenol-formaldehyde - pyrolytic oil blends in the range of impregnation temperatures, allowing for predictive equations to be developed. The curing was found to be accelerated by the addition of copper chloride to the resins containing pyrolytic oil was also proven by the rheological tests.

Une biopile convertit l'énergie disponible dans un substrat biodégradable directement en électricité tout en diminuant sa demande chimique en oxygène (DCO). Ce projet de doctorat a évalué, à une échelle laboratoire, comment cette technologie pouvait être adaptée au traitement du lisier de porc. La construction d'une première génération de biopiles à compartiment unique a été réalisée. Différents supports de croissance bactérienne ont été essayés à l’intérieur du compartiment anodique pour augmenter la superficie sur laquelle les bactéries peuvent se développer et ainsi favoriser la production d’électricité. Parmi les différents supports bactériens utilisés au cours de ce projet, des granules de charbon activé se sont révélés être le meilleur choix. L’analyse des communautés microbiennes extraites des supports de croissance a révélé que seulement quelques genres bactériens provenant du lisier, notamment le genre Desulfuromonas, sont responsables des activités électriques d’une biopile alimentée avec cet effluent d’élevage. Les mécanismes de transfert des électrons entre les bactéries et l’anode s’expliquent essentiellement par la formation d’un cycle de soufre interne dans les biopiles. Après avoir constaté l’empoisonnement de la cathode dans les biopiles à compartiment unique, les travaux se sont poursuivis en réalisant des biopiles à compartiment double. Par souci de rentabilité pour les futures biopiles commerciales, des cathodes maisons à base d’acier inoxydable plaqué par galvanoplastie avec du platine ont été développées. De même, pour augmenter le potentiel des biopiles, du peroxyde d’hydrogène a été retenu comme milieu oxydant dans le compartiment cathodique. Ces biopiles ont fourni en service continu une sortie de puissance volumique moyenne de 63 W•m-3, ce qui figure parmi les meilleurs résultats présentés à date dans la littérature avec une eau usée comme carburant. Les essais réalisés avec ces biopiles ont permis d'observer un abattement de la DCO de 60 %. De plus, les odeurs dégagées par un lisier traité dans une biopile sont, en moyenne, huit fois moins intenses que celles émises par un lisier brut et on note qu’un lisier traité contient dix fois moins de bactéries pathogènes qu’un lisier brut. / Microbial fuel cell (MFC) is a new green technology that converts energy available in a bio-convertible substrate directly into electricity while decreasing its chemical oxygen demand (COD). As MFC seemed to be very promising, this Ph.D. project was devoted to investigate, at laboratory scale, how this technology could perform if swine liquid manure was used as fuel. A first generation, single chamber MFC (SCMFC), has been designed. Various support media were brought into SCMFCs anodic chamber to increase surface area on which bacteria may grow. Through this project, best electrical results were achieved using activated coal pellets as bacterium support medium. Bacterial communities extracted from selected support media were analyzed. These analyzes revealed that only few bacterium genera coming from raw liquid manure are responsible for electrical activities and Desulfuromonas genera was particularly involved in the process. With these bacteria, an internal sulphur cycle is involved to explain electron transfer mechanisms. While platinum based electrode was used as cathode in SCMFC, electrode poisoning yielded only weak power outputs. To overcome this problem, dual-chamber MFCs (DCMFC) were designed. Economical concerns for future commercial DCMFCs led to development of cathodes built around stainless steel wire meshes electro-plated with platinum. In addition, to increase DCMFC potential, hydrogen peroxide solution was retained as oxidizing medium in cathodic chamber. In continuous operation, 63 W•m-3 power output was provided with these 350 mL capacity DCMFCs, which appears to be among best results presented so far in literature with waste water as fuel. Tests carried out with these DCMFCs showed COD reduction of 60 %. Moreover, treated liquid manure odour emissions are, on average, 8 times weaker than those released by raw liquid manure. Finally, it was noted that treated liquid manure contained 10 times less pathogenic bacteria than raw liquid manure.

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.

Dans ce travail, nous avons réussi à améliorer la perméabilité au CO2, ainsi que la sélectivité CO2/CH4 et CO2/N2, de membranes à matrice mixte (MMM) à base de poly(éthylène-bamide) (Pebax MH-1657) en incluant des cadres métalliques-organiques (MOF) et des additifs aromatiques. La première partie des travaux a porté sur l’ajout de MOF de synthèse (MIL-53 et NH2-MIL-53) au Pebax. Les interactions favorables entre les groupes fonctionnels des MOF et du CO2, ainsi que l’absence de défauts morphologiques majeurs, ont conduit à une meilleure performance de séparation du CO2 des membranes. Dans la deuxième partie, une approche différente a été adoptée en étudiant l’effet des acides carboxyliques aromatiques (acide benzoïque et acide isophtalique) sur les membranes planes de Pebax MH-1657. Les groupes fonctionnels carboxyle ont une forte affinité pour le CO2 facilitant le transport du CO2 à travers les membranes conduisant à une sélectivité CO2/CH4 et CO2/N2 plus élevée. Dans la dernière partie, deux MOF isoréticulaires (ZIF-8 et ZIF-67) ont été introduits dans le Pebax MH-1657 pour modifier ses propriétés discriminantes pour le CO2. Le ZIF-67 s’est avéré plus efficace pour faciliter la diffusion du CO2 en raison de sa taille plus appropriée d’ouverture des pores, tandis que le ZIF-8 était meilleur pour améliorer la solubilité du CO2 en raison de fortes interactions électrostatiques avec le CO2. Dans l’ensemble, les résultats obtenus ouvrent la voie au développement de membranes polymères pour la séparation des gaz. / In this work, we improved the CO2 permeability, as well as CO2/CH4 and CO2/N2 selectivity, of mixed matrix membranes (MMM) based on poly(ethylene-b-amide) (PebaxÒ MH-1657) by including metalorganic frameworks (MOF) and aromatic additives. The first part of the work investigated the addition of as-synthesized MOF (MIL-53 and NH2-MIL-53) in PebaxÒ. The favorable interactions between the MOF functional groups and CO2, as well as the absence of major morphological defects, led to improved CO2 separation performance of the membranes. In the second part, a different approach was adopted by studying the effect of aromatic carboxylic acids (benzoic acid and isophthalic acid) on PebaxÒ MH-1657 flat membranes. The carboxyl functional groups have strong affinity for CO2 facilitating the CO2 transport through the membranes leading to higher CO2/CH4 and CO2/N2 selectivity. In the final part, two isoreticular MOF (ZIF-8 and ZIF-67) were introduced in PebaxÒ MH- 1657 to modify its discriminating properties for CO2. ZIF-67 was found to be more effective in facilitating CO2 diffusion due to its more appropriate size of pore aperture, while ZIF-8 was found to improve CO2 solubility due to strong electrostatic interactions with CO2. Overall, the results obtained open the door for further development of polymer membranes for gas separation.

Le procédé de réduction électrolytique Hall-Héroult est utilisé pour la fabrication industrielle d’aluminium primaire. Ce procédé nécessite l’utilisation d'anodes de carbone. L’uniformité de la qualité de celles-ci est un paramètre très important pour assurer la stabilité et des performances optimales des cuves d’électrolyse. Malheureusement, les fabricants d'anodes sont actuellement confrontés à une augmentation de la variabilité des matières premières. Cette situation est due à une diminution de la disponibilité de matières premières de bonne qualité à faibles coûts. Pour compenser, les fabricants d'anodes doivent diversifier leur choix de fournisseurs, ce qui augmente la variabilité. Cependant, les usines ne sont pas préparées pour réagir à cette situation tout en maintenant une qualité d'anode stable. Cette situation est due, entre autres, à un manque de mesures quantitatives en temps réel de la qualité des anodes. Plusieurs exemples d’applications industrielles de vision numérique ont été présentés dans la littérature. Par conséquent, il existe une opportunité de développer un tel système pour obtenir une mesure non destructive et en temps réel de la qualité de la pâte d'anode. Le développement du capteur a été fait avec de la pâte et des anodes pressées à l'échelle laboratoire. Un ensemble de caractéristiques de texture d'images calculées à partir de la transformée en ondelettes discrète (DWT) et de matrices de cooccurrence de niveaux de gris (GLCM) ont été sélectionnées. Ces caractéristiques étaient sensibles aux variations dans la formulation et de la quantité de brai dans la pâte. Le capteur est aussi capable de détecter la quantité optimale de brai (OPD) pour différents cokes. Ensuite, la sensibilité et la robustesse du capteur ont été testées avec de la pâte industrielle. Finalement, les usines collectent déjà beaucoup de mesures de procédé en temps réel. Ces données peuvent être utilisées dans une stratégie de monitorage statistique pour détecter et investiguer des déviations de qualité. Une nouvelle méthode statistique multivariée par variables latentes PLS multi-blocs séquentiels (SMB-PLS) a été développée pour améliorer l'interprétation des données industrielles par rapport aux méthodes usuelles de PLS multi-blocs. Cette méthode a également été utilisée pour discuter de la pertinence d’utiliser les caractéristique d'image de la pâte à un modèle statistique pour la surveillance de la variabilité du procédé. / The Hall-Héroult electrolysis reduction process used for the industrial aluminium smelting relies on the consumption of carbon anodes. The quality and consistency of these anodes are very important for the stability and performance of the reduction cells. Unfortunately, the anode manufacturers currently face an increase in the raw material variability. This is due to the declining availability of high quality, low cost and consistent materials on the market forcing the anode manufacturers to diversify their suppliers. However, the anode plants are not prepared to compensate for this increase in variability and still maintain consistent anode quality. There is a lack of real-time quality monitoring and control of the baked anodes properties and the most important raw material and process parameters. Machine vision applications have been successful in many industrial applications. Therefore there is an opportunity to develop such a system to obtain a non destructive and online measurement of the anode paste quality. This sensor could then be used in a feedback/feedforward control strategy for attenuating the unmeasured raw material and process variations. The sensor development was performed using laboratory scale paste and pressed anodes. A set of image texture features computed from discrete wavelet transform (DWT) and gray level co-occurrence matrix (GLCM) methods were selected. These features could capture variations in formulation, pitch ratio in the paste and in pitch demand. The sensor was also found to be sensitive to the optimum pitch demand (OPD) of two different cokes. Then, the sensitivity and robustness of the sensor was tested using industrial paste. Finally, the anode plants already collect some real-time process measurement and off-line raw material and baked anode properties that can be used to monitor and troubleshoot process and quality deviations. A new sequential multi-block PLS (SMB-PLS) method was developed to improve the interpretation of complex industrial dataset compared to already available multi-block PLS methods. This method was also used to discuss the relevance of adding real-time paste image feature to a statistical model for monitoring of the process variability.

Ce projet de doctorat s’inscrit dans le cadre de la valorisation des lignines industrielles pour la production des biocomposites. Il contribue à la réduction des émissions de gaz à effet de serre en remplaçant des polymères synthétiques par des matériaux d’origine renouvelable. On développe plusieurs méthodes afin d’améliorer la compatibilité entre les lignines industrielles et le polyéthylène. Dans la première partie, une revue de littérature est présentée pour mettre en évidence l’effet de l’ajout des lignines sur les propriétés mécaniques, morphologiques et thermiques des thermoplastiques. Les méthodes existantes pour renforcer la compatibilité des composites sont également présentées. Puis, quatre approches pour améliorer la compatibilité entre la lignine Kraft et le polyéthylène de haute densité (HDPE) sont présentées : l’estérification partielle de la lignine, l’estérification superficielle de la lignine, le greffage catalytique du polyéthylène sur la lignine et l’ajout d’un copolymère modifié à base de poly(styrène-éthylène-butylène-styrène) (SEBS). Il apparaît que les SEBS modifiés se comportent comme des agents couplants pour les composites, alors que les trois autres méthodes sont inefficaces pour augmenter les propriétés mécaniques des composites. La deuxième partie est consacrée au développement de nouveaux agents couplants non-réactifs à base de SEBS pour les composites lignine-polyéthylène. Le SEBS est assujetti à la nitration suivie d’une amination pour obtenir des copolymères fonctionnalisés (SEBS-NO2 et SEBS-NH2). On montre que le SEBS-NO2 est moins efficace que le SEBS-NH2, ce dernier présentant une efficacité compatibilisante comparable à celle d’un agent couplant réactif (MAPE). Les propriétés morphologiques et mécaniques des composites lignine-polyéthylène sont améliorées à la suite de l’ajout de SEBS-NH2. Finalement, le greffage radicalaire est proposé comme une méthode facile et à faible coût pour améliorer la compatibilité des composites lignine-polyéthylène. Il s’avère que les radicaux libres engendrent des effets néfastes sur les propriétés mécaniques des matériaux à base de HDPE seul. Par contre, le greffage radicalaire améliore efficacement la compatibilité des composites contenant jusqu’au 60% de la lignine Kraft ou de la lignine Kraft estérifiée. Une étude détaillée de l’effet de l’estérification de la lignine et de l’ajout du générateur de radicaux libres sur les propriétés des composites est rapportée. Mots-clé : Lignine; polyéthylène; composites; compatibilisation; gaz à effet de serre. / This PhD project was carried out to promote the use of industrial lignins in polyethylene biocomposites production, which contributes to decease the generation of greenhouse gases by replacement of synthetic by renewable source polymers. Several methods were developed to improve the compatibility between industrial lignins and polyethylene. In the first part of this work, a literature review is presented in order to clarify the effect of lignin addition on the mechanical, morphological and thermal properties of thermoplastic materials. The existing methods of enhancing lignin-based composites' compatibility are also summarized. Afterwards, four compatibilization approaches for Kraft lignin-HDPE composites are investigated: partial esterification of lignin, surface esterification of lignin, catalytic grafting of polyethylene onto lignin surface, and adding a modified copolymer based on poly(styrene-ethylene-butylene-styrene) (SEBS). It was found that modified SEBS behaved as compatibilizers for Kraft lignin-HDPE composites, whereas the other three methods failed to increase the mechanical properties of the composites. The second part was devoted to the development of new unreactive compatibilizers based on SEBS for lignin-polyethylene composites. SEBS was subjected to nitration followed by amination in order to obtain functionalized copolymers (SEBS-NO2 and SEBS-NH2). SEBS-NO2 is shown to be less efficient than SEBS-NH2, the latter displaying compatibilizing efficiency comparable to that of a reactive compatibilizer (MAPE). The morphological and mechanical properties of lignin-polyethylene composites are improved by adding SEBS-NH2. Finally, a facile and low-cost method to improve the compatibility of lignin-polyethylene is suggested and investigated, which is radical-mediated melt grafting. It is confirmed that free-radical treatment exerted negative effects on the mechanical properties of neat HDPE. However, melt grafting efficiently improves the compatibility of the composites containing up to 60 wt% of Kraft lignin or esterified lignin. A detailed study of the effect of lignin esterification and adding free-radical generator on the properties of the composites is reported. Keywords: Lignins; polyethylene; composites; compatibilization; greenhouse gases.