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.

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).

Cette thèse traite du développement de nouvelles méthodes de synthèse diastéréosélective de monofluoroalcènes diversement substitués. Le premier chapitre présente la place du fluor dans les molécules organiques et son impact sur leurs propriétés. Ensuite, un résumé des méthodes de synthèse existantes de monofluoroalcènes di- et trisubstitués est présenté. L’introduction se termine par un survol des travaux précurseurs du laboratoire Paquin dans le domaine de la synthèse diastéréosélective de monofluoroalcènes tri- et tétrasubstitués. Le second chapitre présente la séquence de synthèse diastéréosélective des 1,1-diaryle-2-fluoroéthènes. Premièrement, les 1-aryle-1-bromo-2-fluoroéthènes sont générés par une réaction d’addition d’hydrure/élimination à partir des β, β-difluorostyrènes-α-silylés, suivie d’une séquence réactionnelle de bromation/désilicobromation. Pour terminer, un couplage de Suzuki-Miyaura avec une variété d’acides boroniques donne accès aux 1,1-diaryle-2-fluoroéthènes. Le troisième chapitre présente la séquence de synthèse diastéréosélective menant à chacun des isomères cis et trans des dérivés β-fluorostyrènes à partir d’intermédiaires réactionnels communs : les (Z)-1-aryle-2-fluoro-1-(triméthylsilyl)éthènes. Les isomères trans sont obtenus par remplacement stéréospécifique du groupement silylé en présence d’eau et de fluorures. Les isomères cis sont accessibles via une séquence de bromation/désilicobromation, suivie par la réduction du nouveau lien C-Br vinylique. Le quatrième chapitre traite d’une nouvelle séquence synthétique permettant la préparation de dérivés silylés des 2,2-difluorostyrènes. Cette nouvelle route présente de nombreux avantages sur la route originale, incluant une étendue réactionnelle plus vaste, des rendements plus élevés, une facilité de purification accrue et l’absence de produits secondaires désilylés. Pour conclure, le cinquième chapitre résume les précédents et aborde aussi les perspectives futures découlant de mes travaux. / This thesis focuses on the developpement of novel stereoselective methods to access diversely substituted monofluoroalkenes. The first chapter introduces the fluorine atom and its properties when found within organic molecules. Then, a summary of the existing synthetic methods found in the literature for the synthesis of di- and trisubstituted monofluoroalkenes is presented. The last section of the introduction is an overview of the previous work from the Paquin’s group in the field of tri- and tetrasubstituted monofluoroalkene synthesis. The second chapter presents the diastereoselective synthetic sequence leading to 1,1-diaryl-2-fluoroethenes. First, 1-bromo-1-aryl-2-fluoroethenes are generated by an addition of hydride/elimination sequence on α-trialkylsilyl-β, β-difluorostyrenes, followed by a bromination/desilicobromination sequence. The last step is a Suzuki-Miyaura cross-coupling reaction with various aryl or heteroarylboronic acids, giving access to 1,1-diaryl-2-fluoroethenes. The third chapter describes the diastereoselective synthetic sequences leading to both (Z) and (E)-β-fluorostyrenes from a common intermediate: (Z)-1-aryle-2-fluoro-1-(trialkylsilyl)ethenes. The E isomers are obtained by stereospecific replacement of the silyl group in the presence of a fluoride source and water. The Z isomers are accessible by a bromination/desilicobromination sequence followed by the reduction of a vinylic C-Br bond. The fourth chapter describes a new synthetic sequence allowing the preparation of trialkylsilylated derivatives of 2,2-difluorostyrenes. This new synthetic route shows significant improvements over the original method, including broader reaction scope, ease of purification, and absence of undesirable side-products. To conclude, the fifth chapter summarizes the thesis and opens-up on synthetic perspectives.

Le polyuréthane (PU) est le polymère synthétique le plus utilisé dans des applications comme les revêtements, les adhésifs, les élastomères, les mousses et les fibres. De nos jours, la lignine est utilisée dans la synthèse de PU. Une conversion hautement efficace mais peu coûteuse de la lignine est un élément clé de l'utilisation commerciale de la conversion de la biomasse lignocellulosique. L'utilisation de la lignine pour remplacer une partie de polyols en synthèse de polyuréthane suit deux approches principales: (1) utiliser directement de la lignine sans modification chimique préliminaire; (2) utiliser la lignine avec une modification chimique. La lignine modifiée par oxypropylation a été reconnue comme un procédé efficace pour produire des polyols de lignine. En plus de la lignine, d'autres composés qui ont les mêmes groupes fonctionnels que la lignine peuvent être utilisés dans l'industrie de la PU, comme le guaiacol, le phénol et le catéchol. Au cours des dernières décennies la diminution des ressources en combustibles fossiles a suscité des inquiétudes croissantes. La biomasse est considérée comme une matière première potentielle à utiliser largement et à grande échelle grâce à son énorme abondance dans la nature. Parmi les technologies thermochimiques pour l'utilisation des ressources en biomasse, la pyrolyse semble être la plus prometteuse en raison de sa capacité potentielle à permettre aux fabricants commerciaux d'utiliser la biomasse lignocellulosique abondante, économique et locale. Un certain nombre de composés phénoliques préparés par pyrolyse sous vide peuvent être classés en trois groupes présentant les mêmes groupes fonctionnels que le guaiacol, le phénol et le catéchol. Dans ce projet, nous avons d’abord étudié la réaction d'oxypropylation du guaiacol en produisant un produit avec une performance appropriée. Étant donné que le rendement était même inférieur à 3%, la synthèse d'éther de Williamson a été utilisée comme la deuxième méthode pour modifier le guaiacol, le phénol et le catéchol. Le rendement était d'environ 55% à 65%, et les caractérisations étaient également les mêmes que celles habituellement mentionnées dans la littérature pour les polyols compondants. / Polyurethane (PU) is the most wildly used synthetic polymer in many applications like coatings, adhesives, elastomers, foams, and fibers. Nowadays, lignin is used in the synthesis of PU. A highly efficient yet low-cost conversion of lignin is a key element in the commercial utilization of lignocellulosic biomass conversion. Using lignin to replace part of polyols in polyurethane synthesis follows two main approaches: (1) directly using lignin without any preliminary chemical modification; (2) using lignin with chemical modification. Oxypropylation-modified lignin has been recognized as an effective method to produce lignin polyols. In addition to lignin, some other compounds which have the same functional groups as lignin can be used in the PU industry, such as guaiacol, phenol and catechol. The increasingly reduced availability of fossil fuels has caused increasing concerns over the last few decades. Biomass is considered a potential raw material to be used widely and extensively because of its huge abundance in nature. Among the thermochemical technologies for using biomass resources, pyrolysis seems to be the most promising due to its potential capacity to enable commercial-scale plants to use abundant, cheap, and local lignocellulosic biomass. A number of phenolic compounds prepared by vacuum pyrolysis can be classified into three groups bearing the same functionalities as guaiacol, phenol, and catechol. In this project, we have first studied the oxypropylation reaction of guaiacol in producing a product with suitable performance. Since the yield was even less than 3%, Williamson ether synthesis was used as a second method for modifying guaiacol, phenol and catechol. The yield was approximately 55% to 65%, and the characterizations were also the same as usually mentioned in the literature for the corresponding polyols for the compounding polyols.

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.

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.

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.