Cette thèse présente une étude originale de l'effet d'un copolymère bloc de polyisobutylene - polydimethylsiloxane (PIB-PDMS) utilisé comme agent actif interfacial sur le comportement dynamique des gouttes Newtoniennes isolées suspendues dans une matrice Newtonienne de polyisobutylene (PIB). Le travail a été divisé en deux parties. La première partie présente des expériences sur des gouttes pures de polydimethylsiloxane (PDMS), et également sur des gouttes PDMS modifiées à 2wt% de copolymère bloc. Les gouttes expérimentées ont été à cinq différentes masses moléculaires. La tension interfaciale des gouttes a été mesurée avec et sans ajout de copolymère bloc. Les gouttes modifiées ont montré une tension interfaciale inférieure à celle des gouttes pures. La présence du compatibilisateur (PIB-PDMS) a altéré le mode de déformation et de rupture des gouttes compatibilisées, ainsi que la puissance du champ d'écoulement nécessaire pour les déformer et pour les rompre en les comparants avec des gouttes de PDMS pures. Toutefois, les mesures de déformations dans les deux régimes; équilibre et transitoire ont augmenté. Les gouttes pures ont suivi le mode de rupture classique qui se caractérise par une déformation symétrique ellipsoïdale de la goutte suivi par une forme cylindrique et enfin rupture en deux gouttelettes majeures de même taille et quelques gouttelettes de petites tailles. La deuxième partie de cette thèse a été consacrée à l'évaluation des effets de la concentration du compatibilisateur (par l'ajout de 0.5, 2 et 10 wt% dans la goutte de PDMS) sur le comportement dynamique des gouttes. Les gouttes choisies ont été de type PDMS ayant deux rapports de viscosité, p =0.036 et p =1.13. Dont le but de faire une comparaison, la même expérience a été également réalisée sur les gouttes de PDMS pures. Les gouttes compatibilisées ayant deux rapports de viscosité, p =0.036 et p =1.13, ont montré une déformation plus élevée en comparaison avec les gouttes de PDMS pures. Les concentrations choisies, à savoir 0.5, 2, 10wt%, sont respectivement inférieures, égales et supérieures à la concentration critique, 0.5% < Cs = 2% < 10%. La concentration critique, Cs, de copolymère bloc sur la surface des gouttes de PDMS a permis d'expliquer les résultats des étapes initiales (au taux de cisaillement faible) de déformation des gouttes de PDMS ayant deux rapports de viscosité cités ci-dessus. Au taux de cisaillement plus élevé, la déformation des gouttes modifiées ayant un rapport de viscosité plus bas a été déterminée par une extension des bouts (tip-stretching), la distribution non-uniforme du bloc copolymère (PIB-PDMS) sur la surface de la goutte de PDMS et l'effet de dilution sur la surface de la goutte. Toutefois, pour les gouttes ayant un rapport de viscosité plus élevé, des paramètres comme la viscosité de la goutte, l'absence de circulation interne du fluide et la difficulté de la mobilité des blocs de copolymère dans les phases similaires ont déterminé le comportement de déformation et de rupture des gouttes.

Le lactose est le seul disaccharide présent dans le lait, cependant malgré ses nombreuses applications il reste un produit sous utilisé. De ce fait, il serait intéressant d’étudier sa transformation sélective par voie d’oxydation catalytique de façon à obtenir des produits dérivés du lactose pouvant être employés dans l’industrie alimentaire ou pharmaceutique. Ce travail concerne essentiellement l’oxydation catalytique du lactose en acide lactobionique en présence d’un catalyseur bimétallique à base de palladium et bismuth supportés sur la silice mesoporeuse de type SBA-15 (1,02%Pd_0,64%Bi/SBA-15). Les meilleures conditions opératoires de la réaction, comme la température, le pH et la manière d’introduire l’oxygène et son débit ont été déterminées afin d’optimiser l’activité catalytique et la sélectivité de la réaction. L’analyse par chromatographie liquide à haute performance (HPLC) des échantillons de la réaction d’oxydation du lactose a montré que l’acide lactobinique est l’unique produit formé sous les conditions opératoires optimisées, à savoir: La température =65°C, pH=9 et le débit d’oxygène =40 mL/min. Le taux de conversion du lactose est alors proche de 98% avec une sélectivité envers l’acide lactobionique de 100%. Par ailleurs, il a été montré que le catalyseur réactivé par réduction sous un courant d’hydrogène, peut être réutilisé plusieurs fois, tout en conservant son activité. / Lactose is among the most abundant carbohydrates present in milk. However, despite its many applications in dairy and pharmaceutical industries, it remains underutilized. Hence, it would be interesting to study its selective transformation through catalytic oxidation to obtain derivative products with added-value that can be used in food or pharmaceutical applications. This work aims to study the lactose conversion to lactobionic acid via catalytic oxidation in the presence of a bimetallic catalyst based on palladium and bismuth supported on mesostructured silica SBA-15 (1.02% Pd_0, 64% Bi/SBA-15). The optimization of reaction parameters such as temperature, pH, oxygen rate and the strategy to introduce oxygen was carried out to determine the best operating conditions maximizing the catalytic activity and selectivity of the reaction. The analysis of the reaction samples of lactose oxidation by high-performance liquid chromatography (HPLC) showed that lactobionic acid is the only product formed under the optimized conditions, namely: temperature = 65 ° C, pH = 9 and the oxygen flow rate = 40mL/min. The conversion rate of lactose is then close to 98% with selectivity of 100 % towards lactobionic acid. Furthermore, it was shown that the catalyst reactivated by reduction under a hydrogen stream, can be reused several times, while conserving its activity.

Les effets liés à la présence d'eau liquide sur la capacité d'adsorption de CO₂ par une silice mésoporeuse de type SBA-15 fonctionnalisée au moyen des amines suivantes: aminopropyltrimethoxysilane (APS) et N-(2-aminoéthyl) -3 - (aminopropyl) trimethoxysilane (AEAPS) ont été examinés pour évaluer le potentiel de ce mode de contact dans des laveurs gaz-liquide-solide. Les résultats ont été comparés à la capacité d'adsorption de CO₂ des amines greffées dans des conditions humides et sèches ainsi qu'à la capacité d'absorption de CO₂ dans les systèmes gaz-liquide avec des solutions aqueuses d'aminés ayant des structures semblables à celles des amines greffées. Dans ces conditions, une estimation de l'adsorption physique de CO₂ a été obtenue par l'étude de la SB A-15 non-modifiée. En outre, afin d'évaluer l'efficacité et la stabilité à long terme de l'association amine/SBA-15, les amines greffées ont été soumises à huit cycles successifs d'immersion dans les milieux aqueux d'une durée de 24 h chacune. Les échantillons récupérés ont été caractérisés au moyen de la diffraction aux rayons, des isothermes de sorption d'azote et d'analyse élémentaire CHN. Jusqu'à 40% de la quantité d'aminés greffées a subi une lixiviation durant les quelques premiers cycles de régénération; par la suite, la teneur en azote de l'AEAPS est demeurée relativement stable, contrairement à l'APS qui a connu une moindre stabilité. Fait intéressant, les structures des deux matériaux greffés, APS et AEAPS, sont demeurées intactes après plusieurs expositions à l'eau. L'efficacité de capture de CO₂ la plus élevée a été obtenue dans le cas des amines aqueuses (voie homogène). Cependant, la capture de CO₂ à l'aide d'aminés greffées dans le cas du système triphasique (gaz-liquide-solide) a donné lieu, pour des conditions opératoires comparables, à des valeurs intermédiaires entre les voies sèche et humide du mode de contact gaz-solide.

Aujourd'hui, la production de protéines thérapeutiques est effectuée principalement à partir de lignées de cellules d'ovaires de hamster chinois CHO. Ces cellules, contrairement aux systèmes bactériens et certains systèmes eucaryotes, sont capables d'effectuer toutes les modifications post traductionnelles nécessaires à la fonctionnalité de la protéine. Avec plusieurs centaines de protéines actuellement en essais précliniques, il est nécessaire de développer des méthodes de production de glycoprotéines efficaces et rapides dans les cellules CHO. Au cours de cette thèse deux nouveaux systèmes d'expression performants de protéines recombinantes dans les cellules CHO sont présentés. Ces systèmes reposent sur l'utilisation d'un virus épisomal (adenovirals) ou intégratif (lentivirus) comme vecteur de transfert et du système inductible au cumate pour le contrôle de l'expression des transgènes. Dans ce système inductible, la transcription débute lorsque le transactivateur au cumate (cTA) ou le transactivateur inverse au cumate (rcTA) se lie sur le promoteur inductible au cumate CR5. En présence de cumate, la liaison du cTA sur le promoteur CR5 est inhibée empêchant la transcription contrairement au rcTA dont la liaison avec le promoteur CR5 est possible seulement en présence de cumate. La première méthode consiste à infecter des cellules CHO exprimant le cTA (CHO-cTA) et le récepteur du coxackievirus et de 1'adenovirus (CAR) par un adenovirus de type 5 exprimant le transgène de la protéine d'intérêt dans ce cas-ci celui de l'alcaline phosphatase sécrétée (SEAP) sous le contrôle du promoteur CR5. Cette technique permet de produire à 30°C six jours suivant l'infection jusqu'à 63 ug/mL de SEAP dans des conditions de culture non optimisées. Des lentivirus ont également été utilisés pour l'expression stable de différents transgènes dans les cellules CHO exprimant le cTA ou le rcTA. Des lots de clones CHO ont été générés produisant à 30°C jusqu'à 65 ug/mL de SEAP dans les cellules CHO-cTA et 235 ug/mL d'une protéine de fusion CD200Fc, 160 ug/mL d'anticorps chimérique chB43 et 206 ug/mL d'érytliropoïétine EPO dans les cellules CHO-rcTA, sous des conditions de culture non optimisées. Ces résultats démontrent que l'utilisation de virus couplé à un système de contrôle performant de l'expression de transgènes permet de produire rapidement et en quantité importante une gamme variée de protéines thérapeutiques dans les cellules CHO.

L'alkylat est un additif de choix de l'essence reformulée puisqu'il possède une densité énergétique et un indice d'octane élevés et que de plus sa combustion est propre et produit moins d'émissions. Les catalyseurs liquides commerciaux utilisés pour l'alkylation isobutane/N-butène créent des dangers significatifs pour l'environnement. De nombreux acides solides ont été essayés pour cette réaction. Aucun d'entre eux n'a connu un succès commercial en raison de la désactivation rapide du catalyseur. Cette désactivation est due à 1'adsorption préférentielle et au remplissage des pores par l'oléfine. C'est la raison pour laquelle l'application d'acides mésoporeux solides est d'intérêt. Dans cette thèse, une série de matériaux acides fonctionnalisés et mésostructurés ont été synthétisés. La force acide a pu être ajustée par l'immobilisation des groupes acides propyl-sulfoniques, arène-sulfoniques et perfluoroalkylsulfoniques. Le caractère hydrophile-hydrophobe de la surface a été ajusté par l'utilisation d'une organosilice ou par le recouvrement des OHs de la surface de la silice. Des matériaux ayant des réseaux de canaux à une dimension et à trois dimensions ont été synthétisés et comparés. Ces matériaux sont caractérisés généralement par l'analyse élémentaire, la volumétrie d'azote, le dosage acido-basique, la RMN MAS du ²⁹Si, FT-IR, TGA, SEM et TEM . Ce sont des matériaux mésostructurés typiques possédant des groupes acides immobilisés. L'alkylation de l'isobutane par le 1-butène a été effectuée sur les matériaux synthétisés. La force acide des catalyseurs est le facteur déterminant de l'activité d'alkylation. Les matériaux modifiés avec les groupes acides perfluoroalkylsulfoniques démontrent la meilleure activité catalytique. Les organosilices mésoporeuses fonctionnalisées acides de la silice silanisée, qui possèdent une surface hydrophobe, ont mieux performé que les catalyseurs ayant une surface hydrophile. Nous croyons que cette performance supérieure est le résultat d'une concentration élevée de la paraffine dans les pores. Les solides mésoporeux acides à réseaux tridimensionnels surpassent ceux à une dimension pour la conversion des butènes et la sélectivité en TMPs. La structure mésoporeuse à trois dimensions est capable de diffuser facilement les molécules et de résister à la désactivation par le colmatage des pores. Il est suggéré que les sites acides forts comme les groupes acides perfluoroalkylsulfoniques, la structure mésoporeuse à trois dimensions et la surface hydrophobe doivent être recherchés pour concevoir un catalyseur d'alkylation.

Cette thèse de doctorat présente une contribution pour la mise en oeuvre de films polymères cellulaires piézoélectriques ayant la capacité de transformer une contrainte mécanique en une réponse électrique (effet piézoélectrique direct) et inversement une stimulation électrique engendre une déformation du matériau (effet piézoélectrique inverse). Le développement de ces films a été obtenu par l'utilisation des montages expérimentaux développés dans le cadre de ce travail pour chaque étape du procédé. Les matériaux choisis sont le polypropylene (PP), le polyethylene haute densité (PEHD) et les particules de carbonate de calcium (CaCO₃) le procédé de chargement électrique a été obtenu par le l'effet couronne. Les résultats obtenus ont été structurés en quatre parties présentées sous forme de quatre articles : La première partie présente l'obtention de films minces par étirage bi-axial après extrusion sous forme de films épais. L'opération d'étirage bi-axial a été réalisée avec un système mécanique modulaire conçu et réalisé dans le cadre de ce travail et qui a fait l'objet d'un dépôt de brevet d'invention. Les matériaux étudiés dans cette partie sont le PP et le HDPE. La deuxième partie présente la fabrication de films minces composites à structure cellulaire non interconnectée par étirage bi-axial. Les matériaux utilisés sont de nouveau le PP et le HDPE chargés par des particules de CaCCO₃ Les films obtenus ont été caractérisés par la porosimétrie à mercure et la microscopie électronique à balayage. La troisième partie présente le gonflement par diffusion de gaz (N2) et le chargement électrique par le procédé couronne de films de PP/CaCO₃ étirés bi-axialement. L'effet piézoélectrique a été caractérisé dans le cas d'effet piézoélectrique direct en mode de sollicitation quasi-statique et dynamique. La quatrième et dernière partie présente la modélisation de l'effet piézoélectrique suivant l'épaisseur du film composite et cellulaire. Le modèle développé permet la détermination du coefficient de piézoélectricité (d₃₃) suivant l'épaisseur en fonction de la morphologie cellulaire, la porosité, l'épaisseur, le coefficient diélectrique du matériau polymère et le module de Young.

L’industrie du plastique se tourne de plus en plus vers les matériaux composites afin d’économiser de la matière et/ou d’utiliser des matières premières à moindres coûts, tout en conservant de bonnes propriétés. L’impressionnante adaptabilité des matériaux composites provient du fait que le manufacturier peut modifier le choix des matériaux utilisés, la proportion selon laquelle ils sont mélangés, ainsi que la méthode de mise en œuvre utilisée. La principale difficulté associée au développement de ces matériaux est l’hétérogénéité de composition ou de structure, qui entraîne généralement des défaillances mécaniques. La qualité des prototypes est normalement mesurée en laboratoire, à partir de tests destructifs et de méthodes nécessitant la préparation des échantillons. La mesure en-ligne de la qualité permettrait une rétroaction quasi-immédiate sur les conditions d’opération des équipements, en plus d’être directement utilisable pour le contrôle de la qualité dans une situation de production industrielle. L’objectif de la recherche proposée consiste à développer un outil de contrôle de qualité pour la qualité des matériaux plastiques de tout genre. Quelques sondes de type proche infrarouge ou ultrasons existent présentement pour la mesure de la composition en-ligne, mais celles-ci ne fournissent qu’une valeur ponctuelle à chaque acquisition. Ce type de méthode est donc mal adapté pour identifier la distribution des caractéristiques de surface de la pièce (i.e. homogénéité, orientation, dispersion). Afin d’atteindre cet objectif, un système d’imagerie hyperspectrale est proposé. À l’aide de cet appareil, il est possible de balayer la surface de la pièce et d’obtenir une image hyperspectrale, c’est-à-dire une image formée de l’intensité lumineuse à des centaines de longueurs d’onde et ce, pour chaque pixel de l’image. L’application de méthodes chimiométriques permettent ensuite d’extraire les caractéristiques spatiales et spectrales de l’échantillon présentes dans ces images. Finalement, les méthodes de régression multivariée permettent d’établir un modèle liant les caractéristiques identifiées aux propriétés de la pièce. La construction d’un modèle mathématique forme donc l’outil d’analyse en-ligne de la qualité des pièces qui peut également prédire et optimiser les conditions de fabrication. / The use of plastic composite materials has been increasing in recent years in order to reduce the amount of material used and/or use more economic materials, all of which without compromising the properties. The impressive adaptability of these composite materials comes from the fact that the manufacturer can choose the raw materials, the proportion in which they are blended as well as the processing conditions. However, these materials tend to suffer from heterogeneous compositions and structures, which lead to mechanical weaknesses. Product quality is generally measured in the laboratory, using destructive tests often requiring extensive sample preparation. On-line quality control would allow near-immediate feedback on the operating conditions and may be transferrable to an industrial production context. The proposed research consists of developing an on-line quality control tool adaptable to plastic materials of all types. A number of infrared and ultrasound probes presently exist for on-line composition estimation, but only provide single-point values at each acquisition. These methods are therefore less adapted for identifying the spatial distribution of a sample’s surface characteristics (e.g. homogeneity, orientation, dispersion). In order to achieve this objective, a hyperspectral imaging system is proposed. Using this tool, it is possible to scan the surface of a sample and obtain a hyperspectral image, that is to say an image in which each pixel captures the light intensity at hundreds of wavelengths. Chemometrics methods can then be applied to this image in order to extract the relevant spatial and spectral features. Finally, multivariate regression methods are used to build a model between these features and the properties of the sample. This mathematical model forms the backbone of an on-line quality assessment tool used to predict and optimize the operating conditions under which the samples are processed.

L'idée d'utiliser des fibres végétales naturelles comme renfort dans une matrice de polymère n'est pas tout à fait nouvelle, mais dans un contexte où le recours à des ressources renouvelables tend à devenir une priorité, elle est désormais considérée comme une voie prometteuse et doit poursuivre sa contribution aux objectifs de développement durable tout en continuant à répondre aux préoccupations environnementales. D'autant que des industriels ont déjà mis au point la production de composites renforcés de fibres végétales pour des applications ciblées. Ils s'efforcent donc d'élargir leurs marchés qui sont encore modestes. Seulement quelques dizaines de milliers de tonnes de fibres végétales sont intégrées aujourd'hui dans des composites, à comparer aux 2 millions de tonnes de fibres de renfort de synthèse utilisés par an [1]. Associer l'industrie du bois à celle des plastiques est un segment d'affaire qui peut permettre à l'industrie du bois de trouver des solutions adaptées à l'économie québécoise, en investissant dans la dans la recherche, l'innovation et la modernisation des équipements. Cela permet aussi d'accroître et de parfaire la production de produits tels que les panneaux à base de bois, les bois d'ingénierie, les bois-polymères, ainsi que d'autres produits à valeur ajoutée. Le renforcement d'un polymère avec des fibres naturelles qui ne sont pas compatibles avec la matrice produira un matériau totalement différent. D'un point de vue mécanique en général, cette charge améliore certaines propriétés comme la résistance mécanique et au fluage. Néanmoins, qu'en est-il pour leurs propriétés thermophysiques (conductivité et diffusivité thermique) qui sont des paramètres aussi importants pour prédire les variations de température au cours d'un processus spécifique? En particulier, dans le cas de procédés où les matériaux vont subir un changement de phase (c'est le cas du rotomoulage par exemple), où un risque de dégradation thermique est toujours présent dû au long cycle de production. Ces propriétés suscitent donc beaucoup d'intérêts pratiques et théoriques. C'est la raison pour laquelle un grand nombre de ces travaux ont été réalisés dans ce domaine. L'objectif principal de ce mémoire est de se confronter à certaines de ces difficultés pour tenter d'établir la relation entre le comportement thermique d'un composite bois-polymère et l'influence des paramètres tels que le taux de charges, l'orientation et le changement de température sur l'évolution des propriétés thermophysiques, et cela on déterminant les conductivités thermiques apparentes des composites étudiés et la création d'un modèle simplifié afin de simuler un cycle de rotomoulage, en tenant compte du changement de phase. On vise ici le rotomoulage comme procédé de mise en forme afin de simuler tous les phénomènes de transfert de chaleur, et cela pour un composite bois-polymère dont la variation des paramètres cités précédemment (taux de charge, l'orientation et la distribution de taille) sera maitrisée. Dans un premier temps, le travail consiste donc à développer un modèle de simulation pour prédire le comportement thermique d'un composite bois-polymère. Par la suite, il faudra déterminer l'influence du taux de charge sur l'évolution des conductivités thermiques en fonction de la température, à l'état solide et à l'état fondu de la matrice polymère. Ceci se fera en comparant les résultats entre la simulation et les résultats expérimentaux. La deuxième partie du projet consiste à prédire le comportement de ce composite avec un modèle thermique simplifié, pour un procédé de rotomoulage en tenant compte des paramètres essentiels et de voir aussi l'influence de toutes données qui peuvent être modifiées dans le but d'optimiser le cycle, de suivre l'évolution des températures dans les différentes couches de polymère/composite ainsi formé, au niveau du four et de l'air interne, de la température en chaque instant du cycle thermique, à différents temps de chauffe, etc. La dernière partie de ce mémoire discutera de tous les résultats obtenus et de conclure sur la validité du modèle de simulation dans le cas des calculs de conductivités thermiques et la modélisation du cycle de rotomoulage.

L’objet de ce travail est de produire et de caractériser des composites structuraux à base de polypropylène et de mousse. La première partie est consacrée au renforcement du polypropylène avec des fibres de chanvre en étudiant l’effet de la concentration de la fibre, de la taille des fibres et de la concentration en agent de couplage sur les propriétés mécaniques. Une étude morphologique par photomicrographies a permis d’expliquer les résultats mécaniques en tension et flexion. On montre que 2% d’agent couplant est suffisant pour optimiser les modules. Dans la deuxième partie, des mousses de polypropylène sont produites par compression avec différentes concentrations d'agent gonflant afin de déterminer l’effet de la réduction de densité et du profil de densité sur les propriétés en tension et flexion. Une caractérisation complète de la morphologie des mousses en termes de taille de cellules, de densité de cellules et d’épaisseur de la peau est faite. L'utilisation du profil de densité est nécessaire afin d’obtenir une bonne prédiction des propriétés mécaniques. Finalement, des structures sandwich avec différents pourcentages de peau et de densité de cœur sont produites. Une analyse morphologique du cœur est rapportée avec les propriétés mécaniques en tension et flexion. On montre qu’une très bonne prédiction peut être faite en utilisant simplement la loi des mélanges et le modèle quadratique avec le profil de densité pour l’effet de la peau et du cœur, respectivement. / The aim of this work is to produce and characterize polypropylene structural composite foams. To do so, the work is divided in three parts. The first part is devoted to study the reinforcement of polypropylene with hemp fibres by changing the fibre content, fibre size and coupling agent concentration. Micrographs are used to explain the results of the mechanical properties measured under tensile and flexural stress. It is found that 2% of coupling agent gives the optimum modulus values. In the second part, polypropylene foams are produced by compression moulding with different concentrations of blowing agent to determine the effect of density reduction and density profile on the tensile and flexural properties. The morphological characteristics (cell size, cell density and skin thickness) of the foams are also examined. It is found that the use of the complete density profile is necessary to predict with high precision the mechanical results. Finally, sandwich structures are produced with different skin ratio and core densities. A complete morphological analysis is reported with mechanical properties (tensile and flexural). It is shown that the simple law of mixture and the square power-law combined with the density profile are enough to predict the effect of the skins and core, respectively.

Cette thèse présente une étude de deux matériaux qui ont connu au cours des dernières décennies une importance croissante dans l'industrie: les polymères mousses et les composites à base de fibres naturelles. L'accent a été mis sur les propriétés rhéologiques et macromoléculaires de ces matériaux lorsque soumis à un procédé de recyclage ou de dégradation. Des tests rhéologiques en cisaillement et en elongation ont révélé l'importance de la rhéologie élongationnelle pour les polymères et les composites. Ces propriétés ont grandement affectées la capacité à mousser du polymère et l'élasticité des composites. Aussi, des tests macromoléculaires ont conduits à la compréhension des processus de dégradation par une compétition entre la rupture et le branchement des chaînes macromoléculaires due à la présence des macro-radicaux. Il a été montré que le processus de recyclage a un effet plus significatif sur le poids moléculaire moyen en nombre que sur le poids moléculaire moyen en masse. Les fibres, ainsi que la présence de bulles dans la matrice polymère ont révélé un effet accru sur les propriétés des matériaux au cours du processus de recyclage par rapport à celles de la matrice polymère soumise aux mêmes conditions.