Le traitement thermique du bois est une industrie qui se développe depuis une dizaine d'années, mais est freinée par l'absence de certifications. Le bois traité thermiquement est un matériau nouveau dont les propriétés mécaniques et de durabilité sont modifiées grâce aux réactions chimiques des biopolymères avec l'apport de chaleur. Cette étude vise à trouver des indicateurs non destructifs permettant d'apporter des garanties sur les performances des bois chauffés. La caractérisation de plusieurs essences chauffées chez Bois Durables de Bourgogne permet d'abord d'apprécier l'influence du traitement thermique sur des échantillons variés avec de petites éprouvettes sans défaut. Cette première campagne montre une amélioration prononcée de la durabilité permettant des usages en classe d'emploi 4, et des variations de propriétés mécaniques qui dépendent des sollicitations étudiées. Les propriétés apparaissant comme les plus importantes à estimer en vue d'une certification sont celles de la résistance en flexion et de la perte de masse due au traitement thermique, directement reliée à la durabilité grâce aux travaux du LERMAB. A ce stade, l'analyse vibratoire apparaît comme un bon indicateur de l'intensité de traitement. Dans un second temps, l'essence de frêne est étudiée à quatre intensités de traitement entre 170 et 228 °C sur des éprouvettes en dimensions d'emploi. Cette deuxième campagne permet de confirmer que l'analyse vibratoire est un bon indicateur pour la perte de masse, mais ne permet pas cette fois d'estimer la résistance en flexion. La composition élémentaire du bois mis en évidence comme indicateur par d'autres travaux ne semble pas utilisable dans un contexte industriel. En revanche, l'aire sous la courbe de traitement est une mesure globale et disponible qui est bien corrélée avec les valeurs moyennes de résistances en flexion et de pertes de masse. / The heat treatment of wood has been a growing industry in the last decade, but its development is curbed by the lack of certifications. Heat-treated wood is a new material whose mechanical properties and durability are modified by heat transfer and chemical reactions of biopolymers. This study aims at finding non-destructive indicators that can guarantee heat-treated wood quality. The characterization of several species heated by Bois Durables de Bourgogne first enables to assess the influence of heat treatment on various samples using small specimens free from defects. This first approach shows a marked improvement of durability ensuring uses in hazard class 4, and variations of mechanical properties depending on studied reaction. Properties that appear as the most relevant in terms of certifications are bending strength and mass loss due to heat treatment. The latter is directly linked to durability owing to studies previously led by LERMAB. At this stage vibration analysis seems to be a proper way to estimate treatment intensity. In a second part ash wood is studied under four treatment intensity, between 170 and 228 °C on large specimens. This second approach confirms that vibration analysis is an appropriate indicator to estimate mass loss, but does not predict bending strength. Wood elemental composition which has been already highlighted as an indicator by other studies is not suitable for an industrial application. On the other hand the area under the treatment chart is a global measurement which is easily available and well correlated with mean values of bending strength and mass loss.

La fabrication directe et additive regroupe un ensemble de technologies de mise en forme des matériaux en rupture avec les procédés conventionnels. L'industrie aéronautique et aérospatiale s'intéresse fortement à ces nouveaux procédés, dont la fusion sélective par laser de lits de poudre métallique (SLM). Cette thèse présentera les enjeux de la fabrication additive ainsi que certains procédés. Une étude bibliographique a été menée sur deux alliages aéronautiques utilisés dans ces travaux : l'alliage de titane TA6V et le superalliage base nickel Nimonic 263. Les travaux présentés dans ce rapport comprennent l'étude de la poudre métallique brute d'atomisation (morphologie, granulométrie, composition chimique). D'autre part, l'étude de la recyclabilité de la poudre utilisée en SLM est présentée pour le TA6V, tant en ce qui concerne l'évolution de la poudre elle-même que celle des propriétés mécaniques des pièces qui en sont issues. Par ailleurs ce travail traite d'un modèle de consolidation du lit de poudre permettant également d'évaluer la productivité du procédé. Enfin, une étude paramétrique et thermique menée sur le Nimonic 263 en vue de l'établissement d'une solution de contrôle procédé est présentée. / Direct and additive manufacturing regroups several new technologies that are very different from conventional manufacturing processes such as casting. Aeronautic and space industries are really interested in those new processes such as the selective laser melting of metallic powder beds know as the SLM process. This PhD thesis report will show the issues of additive manufacturing and will describe some processes. A bibliography study has been done on two aeronautical alloys used in this work: titanium alloy TA6V and nickel-based superalloy Nimonic 263. This work also presents powder characterization (granulometry, morphology chemical composition) for the gas atomized powder. Besides, study has been done on the recyclability of the TA6V powder for the SLM process, for the powder itself and the mechanical properties of parts built from recycled powder. Moreover, this works deals with a powder bed consolidation model to estimate the productivity of the process. Then, a parametric and thermal study has been done on the Nimonic 263. The coaxial system for thermal visualization is described such as the image processing algorithm used. Finally, this reports deals with the study of thermal signature of typical SLM defects.

La conservation des mangues 4ème gamme est limitée par le brunissement enzymatique et la perte de fermeté dus aux différentes opérations de transformation. Cette thèse propose un nouvelle approche pour améliorer la conservation de mangues 4ème gamme : l’application de traitements thermiques par immersion et/ou la conservation sous atmosphère modifiée : passive ou active (5% O2 – 5 % CO2) ou des enrobages (chitosane). Ce travail a permis tout d’abord de déterminer un couple température / temps optimal: 50 °C / 30 min qui permet de maintenir la qualité de plusieurs variétés de mangue (Keitt, Kent, Tommy Atkins). Les effets du traitement thermique sur l’intensité respiratoire, la couleur, la fermeté, les teneurs en antioxydants : vitamine C, caroténoïdes et phénols totaux, et sur l’activité de plusieurs enzymes (pour la fermeté : PME, PG, b-GAL ; et pour la couleur : PPO et PAL) ont été étudiés. Ces travaux ont montré que durant 9 jours à 6 °C, le traitement thermique maintient principalement la couleur par réduction de l’activité de la PPO et réduit la perte en fermeté par réduction de l’activité des enzymes pectolytiques (PME et b-GAL). Par ailleurs, les atmosphères modifiées semblent moins efficaces pour le maintien de la couleur et de la fermeté des mangues 4ème gamme. L’association du traitement 50°C/ 30 min avec une conservation sous atmosphère modifiée apporte peu d’effets additionnels et a même parfois un effet inhibiteur / The storage of fresh-cut mangoes is limited by the enzymatic browning and the loss of firmness due to the various operations of process. This work proposes a new approache to improve the storage of fresh-cut mangoes by: application of heat treatments by dipping with, or not, a storage under modified atmosphere: passive or active (5% O2 - 5% CO2) or using coatings (chitosane). The first step of this work was to determine the traitement 50 °C/30 min as an optimal treatment which maintian the quality of several varieties of mango (Keitt, Kent, Tommy Atkins). Effects of the heat treatment on the respiratory intensity, the color, firmness, the contents antioxydants: vitamin C, carotenoids and phenols total, and on the activity of several enzymes (PME, PG, b-GAL: for firmness; and PPO and PAL for colour changes) were studied. This work showed that during 9 days at 6 °C, the heat treatment maintains mainly the color by reduction of the activity of PPO and reduces the loss in firmness by reduction of the activity of the pectolytic enzymes (PME et b-GAL). In addition, the modified atmospheres seem less effective for the maintenance of the color and the firmness of freshcut mangoes. Combination of heat treatment with a modified atmosphere storage and have less additional effects and has even sometimes an inhibiting effect

The recent breakthroughs of Additive Manufacturing (AM) have shed light on the ever more versatile technologies this term encompasses. AM, popularly known as 3D printing, offers distinct benefits compared to traditional manufacturing, such as reduced design constraints, “complexity for free” and waste reduction. This “bottom-up” strategy differs from the more constraining “top-down” approach used in traditional manufacturing. Among the many AM processes developed for metals, Electron Beam Melting (EBM) and Selective Laser Melting (SLM) are powder-bed fusion processes allowing complex three-dimensional geometries to be produced from the selective melting of successive layers of metal powder. EBM and SLM are the two most widely used AM processes for the production of critical Ti-6Al-4V parts, particularly for the biomedical and aeronautic industries. Despite their many advantages, these technologies present severe limitations that remain to be addressed. These include the presence of build defects in the material and a high surface roughness, which is inherent to powder-bed fusion processes.Moreover, the microstructure of as-built EBM or SLM Ti-6Al-4V is far from being optimized. In order to improve the material properties of additively manufactured Ti-6Al-4V parts, postprocess treatments can be considered. This thesis aims at investigating the impact of such treatments on the microstructure and mechanical properties of Ti-6Al-4V produced by EBM. After characterizing the microstructure, texture, and tensile properties of as-built Ti-6Al-4V, the effect of standard post-treatments, such as Hot Isostatic Pressing (HIP) and surface machining, are quantified on simple geometries. The interest of HIP is clearly demonstrated, especially when combined to improvement of the surface finish via machining. The removal of critical defects from both the bulk and the surface results in a substantial increase in ductility. Removal of the rough surface via machining also increases the mechanical efficiency of the parts. Regarding microstructural optimization, considering the impossibility of applying hot working on near-net shape parts as a major limitation, innovative heat treatments have to be specifically developed for additively manufactured Ti-6Al-4V. In this thesis, dual-phase alpha+alpha’ microstructures are generated, by performing subtransus annealing followed by water quenching. Depending on the annealing temperature, a broad range of mechanical properties are obtained. For annealing temperatures of 900 to 920°C, a simultaneous increase in ultimate tensile strength and ductility is achieved. The existence of a mechanical contrast between the soft alpha’ martensite and the harder alpha phase is clearly demonstrated and partly explains the remarkable work-hardening behaviour of this heterogeneous material. Further annealing of this out-of equilibrium alpha+alpha’ microstructure generates various microstructures. In the continuous process of martensite decomposition, precipitation hardening strengthens the alpha’ phase. Eventually, bimodal microstructures consisting in coarse primary alpha and fine secondary alpha+alpha' can be engineered, without involving any hot working in the process. Post-processing is also performed on more complex structures, namely additively manufactured lattices. Since machining cannot be performed on such intricate geometries, a chemical etching procedure inducing a substantial and homogeneous decrease in surface roughness is developed. Dissolution of surface defects results in an improvement of the mechanical efficiency of the structure. As a result, when chemical etching is performed, the relative stiffness approaches that of an ideal structure. Performing subtransus annealing and water quenching in order to induce a dual-phase alpha+alpha’ microstructure substantially increases the ability of these structures to absorb energy during compression. This thesis demonstrates the interest of developing post-process treatments specifically for near-net shape additively manufactured parts. Such treatments partially address critical issues of powder bed AM, expanding the range of possible applications of additively manufactured Ti-6Al-4V. / Doctorat en Sciences de l'ingénieur et technologie / info:eu-repo/semantics/nonPublished

La datte Deglet-Nour est traditionnellement récoltée et consommée au stade de maturité complet Tamar caractérisée par une faible activité en eau (aw< 0,76). Cette datte est stable dans des conditions ambiantes. En revanche, à un stade de maturité précoce (Routab), la Deglet-Nour est intéressante sur le plan organoleptique, mais susceptible de développement microbien en raison de son activité en eau intermédiaire (aw = 0,80−0,85). Ce travail s'est intéressé à d'une part, réduire la charge microbienne initiale des dattes par une opération de traitement thermique de surface post-récolte, puis d'autre part, à prolonger la durée de vie des dattes en inhibant le développement fongique par l'effet (seul ou combiné) de trois facteurs environnementaux que sont la température, l'aw et l'atmosphère enrichie en CO2 (emballage sous atmosphère modifiée). Les souches fongiques présentent à la surface des dattes ont été isolées et identifiées sur des dattes collectées dans trois régions du sud algérien ; il s'agit d'Aspergillus niger, d'Alternaria alternata et de Candida apicola. La charge fongique varie entre 2,4 et 5,8 10^2 UFC/g et est localisée uniquement à la surface des dattes. Un modèle d'inactivation thermique des souches a été développé. La thermosensibilité des souches a été évaluée avec un D_50 de 2,3 ± 0,4 min et 22,1 ± 2,1 min, pour C. apicola et Asp. niger respectivement. Les valeurs de sont 9,4 ± 2,6°C et 9,6 ± 0,1°C, pour C. apicola et Asp. niger, respectivement. Ce modèle cinétique a été validé en condition de traitement thermique instationnaire. Un modèle numérique de transfert d'énergie en 2D axisymétrique a été conçu et résolu par la méthode des éléments finis. Il prend notamment en compte, les diverses parties d'une datte (pulpe, lame d'air, noyau) et permet d'estimer la réduction de charge des levures et l'impact sur la qualité. Ces informations ont permis de rationaliser les barèmes de pasteurisation en surface des dattes tout en limitant le brunissement non-enzymatique. Les effets de la température (10−40°C), de l'aw (0,993−0,818) et de la concentration en CO2 (9,4−55,1%, v/v) sur les vitesses de croissance des deux souches ont été quantifiées et modélisées par un modèle primaire linéaire à deux phases et le modèle secondaire du γ-concept. Il inclue les interactions entre l'aw et le CO2. Les limites de croissance/non-croissance ont été prédites par une approche déterministe, et l'évaluation de la performance du modèle a été menée sur une pâte de datte. Asp. niger manifeste une plus grande vitesse de croissance et tolérance aux faible aw que Alt. alternata, tandis que Alt. alternata est plus tolérantes aux fortes concentrations en CO2 et aux basses températures (respectivement pour Asp. niger et Alt. alternata : µ_opt = 28,6 et 12,1 mm jour^–1 ; aw_min= 0,786 et 0,808 ; CO2_max= 79,8 et 95,1% ; T_min = 4,4°C et 1,6°C). Le modèle γ-concept surestime les vitesses de croissance sur la pâte de datte, en revanche le modèle reste optimiste avec des prédictions conservatrices. Cette étude a mis en évidence l'intérêt d'un traitement thermique pour pasteuriser la surface des dattes tout en limitant le brunissement non-enzymatique ; de plus l'effet inhibiteur CO2 sur la croissance des deux moisissures est très efficace et un conditionnement enrichi en CO2 semble pertinent pour la conservation de ces dattes immatures. / The Deglet-Nour date is traditionally harvested and consumed at full ripeness stage (Tamar) characterized by a reduced water activity (aw<0.76). This date is stable under ambient storage conditions. In contrast, unripe Deglet-Nour (Routab stage) has interesting organoleptic properties, but is prone to microbial contamination due to its intermediate water activity levels (aw = 0.80−0.85). On the one hand, this work focused on the reduction of the initial microbial load by post-harvest surface heat treatment operation and, on the other hand, extending the shelf life of the dates by the inhibition of fungal growth using three environmental factors: temperature, aw and CO2-enriched atmosphere (modified atmosphere packaging). The fungal strains initially present on the Deglet-Nour dates surface were isolated from three districts in Algeria (Biskra, Tolga and Doucen). These strains were identified at the molecular level as Aspergillus niger, Alternaria alternata and Candida apicola. The fungal load ranged from 2.4 to 5.8 10^2 CFU/g. A thermal inactivation model for these strains was developed. Decimal reduction times at 50°C (D_50) were 22,1 ± 2,1 min and 2.3 ± 0.4 min for A. niger and C. apicola, respectively. The z-values were 9.6 ± 0.1°C and 9.4 ± 2.6°C for A. niger and C. apicola, respectively. This kinetic model was validated in unsteady heat treatment conditions. In parallel, a 2D axial-symmetric model of heat transfer was designed and solved by the finite element method. It takes into account the various sub-domains of date (pulp, air layer and pit) and assesses the yeast inactivation rate and the impact on quality. These data allowed for streamlining pasteurization schedules on dates surface. The effect of temperature (10−40°C), aw (0.993−0.818) and CO2 concentrations (9.4-55.1%, V/V) on the growth rates of Asp. niger and Alt. alternata have been quantified and modeled using the two-phase linear model and the γ-concept. The boundary between growth/no-growth was predicted using a deterministic approach and the model performance evaluation was conducted on pasteurized date past. A significant effect of the environmental factors on the growth of both strains has been found. Asp. niger displayed a faster growth rate and higher tolerance to low aw than Alt. alternata, which in turn proved more resistant to CO2 concentration and low temperature (respectively for Asp. niger and Alt. alternata: µ_opt = 28.6 and 12.1 mm day^–1; aw_min= 0.786 and 0.808; CO2_max= 79.8 and 95.1% ; T_min = 4.4°C and 1.6°C). The γ-concept model overestimated growth rates on date past; however, it is optimistic and provides somewhat conservative predictions. This study highlights the benefit of heat treatment to pasteurize dates surface while minimizing the color date degradation. In addition, the inhibitory effect of CO2 on the growth of both molds is very efficient, and CO2-enriched atmosphere seems relevant for the preservation of unripe dates.

La stérilisation déstabilisant les protéines laitières acidifiées, des stabilisants sont généralement ajoutés. L’objectif de cette thèse était de comprendre les mécanismes physico-chimiques induits par l’acidification de formules laitières puis de rechercher des voies de stabilisation clean label pour les caséines acidifiées et traitées UHT. Des analyses décrivant la minéralisation, la charge de surface, l’hydratation et les modifications chimiques des caséines ont été mises en œuvre pour étudier leur stabilité.À l’échelle pilote, les caséines étaient plus stables à pH > 5,8 (entre pH 6,7 et 3,7), à basse température (8 versus 42°C), dans une formule riche en protéines (7 versus 3,2 %) et acidifiées par acide citrique (versus lactique). La meilleure stabilité dans ces conditions (parmi 140 combinaisons) s’expliquerait par des diminutions de répulsions électrostatiques, hydrophobes et de diffusion ainsi que par des augmentations de pouvoir tampon et de calcium chélaté par le citrate.Cependant, un traitement de 120°C / 15 s déstabilisait les micelles de caséines dès pH 6,2. L’ajout de matière grasse n’apportait pas d’amélioration. La lactosylation a ensuite été étudiée pour diminuer le pHi des caséines et donc les stabiliser à pH acide. Un prétraitement thermique (90°C / 60 min) à pH 7,5 avec du lactose leur a été appliqué dans différents environnements physico-chimiques. Les niveaux de lactosylation des caséines en milieu dilué étaient faibles mais augmentés avec une forte concentration en lactose (150 g/L) ou en milieu sec. Ce prétraitement appliqué en présence d’une concentration élevée en caséines (50 g/L) ou en minéraux -teneur en perméat triplée) améliorait davantage la stabilisation thermique des protéines acidifiées que la lactosylation seule. Cela s'exliquerait par un pouvoir tampon supérieur lié à cet environnement plus riche. / As sterilization destabilizes acidified dairy proteins, stabilizers are usually added. The objective of this thesis was to understand the physicochemical mechanisms induced by the acidification of dairy formulas and to look for clean label solutions to stabilize for acidified and heat treated caseins. To study their stability, the mineralization, surface charge, hydration and chemical modifications of caseins were characterized.At the pilot scale, caseins were more stable at pH > 5.8 (between pH 6.7 and 3.7), low temperature (8 versus 42°C), in formulas which were enriched in proteins (7 versus 3.2 %) and acidified with citric acid (versus lactic). This set of conditions (amid 140 combinations) would be the best to preserve the stability of proteins because it would correspond to a decrease of electrostatic and hydrophobic repulsions and of diffusion and to an increase of buffer strength and of citrate-chelated calcium content.However, a heat treatment at 120°C during 15 s destabilized casein micelles from pH 6.2 whatever the set of conditions. Adding fat did not bring any improvement.Next, lactosylation was studied to decrease the pHi of caseins so as to stabilize them at acidic pH. A heat pretreatment (90°C/60 min) at pH 7.5 in the presence of lactose was applied to casein micelles in several physicochemical environments. Lactosylation rates of casein in aqueous conditions were low but they were increased with high lactose content (150 g/L) or in dry conditions. This heat pretreatment, implemented with a high casein (50 g/L) or mineral (triple-concentrated permeate content) concentration improved even more the heat stability of acidified proteins than lactosylation only. This could be explained by higher buffer strength due to this richer environnement

L'objectif principal de cette recherche est d'établir une meilleure compréhension du procédé de densification thermo-hygromécanique (THM) et du comportement physique, chimique et mécanique du bois dans des conditions thermiques et hygrométriques diverses. La densification THM est un procédé complexe impliquant simultanément, les phénomènes couplés de transfert de chaleur et de masse, plusieurs mécanismes de déformation instantanée et dépendante du temps ainsi que des changements physiques, chimiques et mécaniques dans le bois. Malgré de nombreuses recherches au cours des dernières décennies, les mécanismes fondamentaux du comportement en compression du bois soumis à une charge et à une variation de sa teneur en humidité demeurent en grande partie méconnus. La densification et la relaxation des contraintes sont deux phénomènes très complexes en raison de la nature des déformations réversibles et permanentes qui se produisent simultanément à diverses étapes du procédé de pressage. De plus, les déformations sont affectées par de nombreux facteurs physiques et le comportement de compression à son tour affecte l'ensemble du système physique. Dans cette étude, le procédé de densification THM a été optimisé en utilisant la méthode des surfaces de réponse (RSM) pour étudier les effets de la température et de la durée du traitement sur la dureté et le retour viscoélastique en épaisseur et analyser les interactions entre ces paramètres physiques. Plusieurs propriétés physiques et mécaniques, telles que le profil de densité, le retour viscoélastique en épaisseur, la dureté et la résistance à la flexion des échantillons témoins et du bois densifié THM ont été évaluées et comparées. Les modifications chimiques de surface des échantillons densifiés ont été examinées en utilisant la spectroscopie infrarouge par transformée de Fourier (FTIR), la spectroscopie photoélectronique X (XPS) et la pyrolyse-chromatographie en phase gazeuse-spectrométrie de masse (Py-GC/MS). Par ailleurs, les évolutions de la masse volumique anhydre, la perméabilité et la conductivité thermique pendant le procédé de densification THM ont été déterminées expérimentalement. Les résultats suggèrent que les conditions de densification optimales résultant en une dureté élevée et un faible retour viscoélastique en épaisseur ont été obtenues à une température de 180 °C, un temps de densification de 1004 s et un temps de post-traitement de 1445 s. La densité des échantillons densifiés a considérablement augmenté par rapport à l'échantillon témoin. La vapeur et la température ont des impacts importants sur les propriétés mécaniques, chimiques et la stabilité dimensionnelle du bois d'érable à sucre. Un pourcentage plus élevé de perte de masse a été trouvé à 220 °C, résultant en une diminution évidente de la masse volumique et de la dureté du bois, alors qu’un léger retour viscoélastique en épaisseur a été observé pour l'érable à sucre densifié à la même température. De plus, la haute température et la vapeur sont bénéfiques pour fixer la déformation de compression. La vapeur pourrait faciliter la dégradation avancée des polymères du bois. Le traitement de densification THM a entraîné des modifications chimiques importantes de la surface du bois. Les résultats des spectres ATR-FTIR ont confirmé la décomposition des hémicelluloses et l’augmentation de la teneur relative en cellulose et lignine de la surface du bois. Les résultats du Py-GC/MS et du XPS en terme d'augmentation du rapport O/C indiquent que des substances chimiques contenant une fonctionnalité oxygénée se sont formées après densification. Le traitement de densification a favorisé la dépolymérisation des hémicelluloses et de la cellulose, ce qui a entraîné une augmentation de la teneur en sucres anhydres (lévoglucosane) de la surface du bois. La densification a également facilité le clivage de la chaîne latérale de la lignine, ce qui a entraîné une augmentation de la teneur en unités phényle avec chaînes courtes. La masse volumique anhydre n'a pas augmenté avec la diminution de l'épaisseur. La perméabilité au gaz de l'échantillon témoin peut être 5 à 40 fois plus élevée que celle du bois densifié, ce qui indique que le volume des vides du bois diminue considérablement après le traitement de densification. La conductivité thermique augmente avec l'augmentation de la teneur en humidité de 0,5 à 1,5% par pourcentage d'augmentation de la teneur en humidité pour le bois densifié. La conductivité thermique des échantillons densifiés était plus petite que celle des échantillons de contrôle. / The main purpose of this research is to establish a better understanding of the thermo-hygromechanical (THM) densification process and physical, mechanical and chemical behavior of wood under diverse temperature and humidity conditions. THM densification is a complicated process involving simultaneous, coupled heat and mass transfer phenomena, several instantaneous and time-dependent deformation mechanisms as well as some physical, mechanical and chemical changes in wood. Despite numerous researches in the past decades, the basic mechanisms of compressive behavior of wood subjected to load and moisture variation are not completly understood. Wood densification and stress relaxation are very complicated, because both recoverable and permanent deformations occur at various stages of the pressing process. Moreover, deformations are affected by many physical factors, and the compressive behavior in turn affects the entire physical system. In this study, the THM densification process was optimized using response surface methods (RSM) to investigate the effects of temperature and treatment duration on hardness and compression set recovery (CSR) and further to analyze the interactions between these physical parameters. Several physical and mechanical properties such as density profile, compression set recovery, hardness and bending strength of control and THM densified wood were evaluated and compared. The surface chemical changes of densified samples were examined using Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), X-ray photoelectron spectroscopy (XPS) and Pyrolysis gas chromatography-mass spectrometry (Py-GC/MS), respectively. In addition, evolutions of oven-dry average density, permeability and thermal conductivity during the THM densification process were experimentally determined. The results suggested that the optimum densification conditions resulting in high hardness and low compression set recovery were obtained at a temperature of 180 °C, a densification time of 1004 s, and a post-treatment time of 1445 s. The density of the densified samples was dramatically increased compared to the control sample. Both steam and temperature have important impacts on mechanical, chemical properties and dimensional stability of sugar maple wood. A higher percentage of weight loss occurred at 220 °C, resulting in an important decrease in the density and hardness of wood. However, almost no compression set recovery was observed for the sugar maple wood densified at 220 °C. In addition, high temperature and steam are helpful to fix the compressive deformation. Steam could facilitate the advanced degradation of wood polymers. THM densification treatment resulted in significant chemical changes on the wood surface. The results of the ATR-FTIR spectra confirmed the decomposition of hemicelluloses and the relative content of cellulose and lignin on wood surface increased. The Py-GC/MS and XPS results in term of the O/C ratio increase indicated that chemical substances containing oxygenated functionality were formed after densification. Densification treatment favored the depolymerization of hemicelluloses and cellulose resulting in the content of anhydrous sugars (levoglucosan) increased on wood surface. Densification also facilitated the cleavage of lignin side chains, resulting in the increase of the content of phenyl units with short chains. The oven-dry density did not exactly increase with the decrease of its thickness, the permeability of the control sample could be 5 to 40 times higher than that of densified wood, which indicated that the voids of wood reduced notably after densification treatment. The thermal conductivity increased by 0.5 - 1.5 percent increase of one percent moisture content for densified sugar maple wood. The thermal conductivity of densified samples was lower than that of the control samples.

Titre de l'écran-titre (visionné le 19 octobre 2023) / Les produits de Cannabis sativa L. comestibles tels que les teintures alcooliques et les huiles contenant des cannabinoïdes sont en vogue. Ces extractions liquides sont souvent fabriquées avec des inflorescences de cannabis à partir d'éthanol et d'huile alimentaire, car les cannabinoïdes sont solubles dans ces solvants. Cependant, l'utilisation d'inflorescences pour fabriquer ces produits n'est pas idéale en matière de valeur ajoutée. Ce mémoire propose donc des méthodes d'extraction des cannabinoïdes valorisant les sous-produits de l'industrie du cannabis. Les sous-produits consistent en un mélange d'effeuillures, de feuilles, de tiges et de branches de cannabis. L'objectif principal de ce mémoire est de développer des procédés d'extraction de cannabinoïdes des sous-produits du cannabis par macération à température ambiante dans l'alcool et par macération à chaud dans l'huile végétale. Le premier objectif spécifique est de déterminer s'il est possible d'atteindre une concentration seuil définie de 6 mg/mL en cannabinoïdes totaux dans les teintures alcooliques et les huiles de cannabis obtenues respectivement par la macération à température ambiante des sous-produits du cannabis dans l'éthanol 70% et par la macération à chaud des sous-produits dans l'huile végétale. Le deuxième objectif spécifique de cette étude tente de démontrer quelle méthode d'extraction entre celle à base d'éthanol 70% et celle à base d'huile végétale possède le meilleur pouvoir d'extraction des cannabinoïdes. Pour atteindre les objectifs, les cannabinoïdes présents dans les sous-produits à valoriser sont caractérisés ainsi que les cannabinoïdes extraits à l'aide de l'éthanol et de l'huile végétale. Leur caractérisation est effectuée par HPLC et les résultats sont analysés statistiquement. D'après les résultats, la moyenne du marqueur des cannabinoïdes totaux avec le facteur de conversion (Total CANNAB) est de 0,97 mg/mL ± 0,13 pour la teinture de cannabis et de 1,57 mg/mL ± 0,21 pour l'huile de cannabis et ces moyennes sont significativement différentes et inférieures à la concentration seuil définie de 6 mg/mL à α = 5%. Cela signifie qu'il est possible de développer des procédés d'extraction de cannabinoïdes des sous-produits du cannabis par macération à température ambiante dans l'alcool et par macération à chaud dans l'huile végétale. Cependant, il n'est pas possible d'atteindre une concentration seuil définie de 6 mg/mL en cannabinoïdes totaux dans les teintures et les huiles de cannabis étudiées. Également, les résultats révèlent qu'il y a une différence significative à α = 5% entre la moyenne de Total CANNAB de la teinture et de l'huile. Ainsi, dans ce projet de recherche, la méthode d'extraction à partir d'huile végétale possède un meilleur pouvoir d'extraction des cannabinoïdes comparativement à celle à base d'éthanol 70%.

En raison des restrictions législatives de plus en plus sévères sur la pollution de l'environnement, les industries laitières font face au fil des dernières années à un défi crucial de valorisation des grandes quantités de lactosérum générées. Ainsi, grâce aux récents progrès technologiques et scientifiques ainsi que la forte croissance du marché d'ingrédients biofonctionnels, une voie de valorisation plus efficiente et prometteuse du lactosérum a émergé. En effet, au cours des dernières années, plusieurs études ont démontré que les attributs nutritionnels et biofonctionnels du lactosérum sont particulièrement liés à ses protéines qui constituent une source optimale d'ingrédients alimentaires fonctionnels et de peptides bioactifs. Ainsi, la β-lactoglobuline (β-lg), protéine majeure du lactosérum est un additif fréquemment utilisé dans une large gamme de produits alimentaires en raison de ses excellentes propriétés biofonctionnelles, de sa valeur nutritionnelle élevée et de son faible coût. Ces propriétés biofonctionnelles de la β-lg peuvent être améliorées par différentes méthodes de traitement, notamment les traitements physiques, chimiques et enzymatiques. Cependant, en raison de sa structure globulaire compacte, la β-lg sous sa forme native est relativement résistante aux modifications. Bien que les traitements conventionnels soient efficaces pour améliorer les propriétés structurelles et fonctionnelles des protéines ainsi que la production de peptides biologiquement actifs, ils sont cependant consommateurs de ressources et peuvent affecter négativement la qualité des produits finaux. Par conséquent, l'application de méthodes de traitement physique non thermique émergentes s'avère nécessaire. Ainsi, dans le cadre de ce projet doctoral, les traitements électriques à hauts voltages (TEHV) respectueux de l'environnement, notamment les champs électriques pulsés (CEP) et les arcs électriques (ARC) ont été utilisés comme méthode de prétraitement de la β-lg. Un prétraitement thermique de la β-lg a été effectué afin de comparer l'efficacité des prétraitements par TEHV avec l'approche conventionnelle. De ce fait, les échantillons de β-lg préchauffés étaient considérés comme témoin positif et ceux de la forme native, comme témoin négatif. L'effet des prétraitements sur les propriétés fonctionnelles de la β-lg a été évalué. De même, l'impact des TEHV et du prétraitement thermique sur la structure de la β-lg et sa susceptibilité à l'hydrolyse trypsique et chymotrypsique a été étudié. La chromatographie liquide ultra-performante couplée à la spectrométrie de masse en tandem (UPLC-MS/MS) a été utilisée afin d'analyser et de caractériser les fractions peptidiques issus des différents hydrolysats de la β-lg. De plus, les scores d'éco-efficience (EE) de génération de peptides après hydrolyses trypsique et chymotrypsique ont été calculés dans le but de déterminer laquelle des méthodes de prétraitement était la plus efficiente. Les résultats ont démontré une amélioration des propriétés fonctionnelles (propriétés moussantes, émulsifiantes et d'hygroscopicité) de la β-lg favorisée par l'impact positif des TEHV sur sa structure secondaire. En effet, les analyses structurales ont montré que les TEHV ont induit une modification partielle de la conformation de la β-lg. Une telle modification structurelle a eu pour conséquence une augmentation du degré d'hydrolyse (DH) de près de 2 fois après prétraitement par TEHV comparée à la protéine native. Dans le cas du prétraitement par chauffage conventionnel, l'augmentation du DH était d'environ 1,2 fois comparée à la protéine native. Ces résultats ont été confirmés par l'amélioration des paramètres cinétiques de la β-lg à l'état d'équilibre, après les TEHV. Par ailleurs, une différence significative a été observée entre la trypsine et la chymotrypsine quant au DH et l'efficacité catalytique des deux enzymes. En effet, les constantes d'efficacité catalytique de la chymotrypsine étaient plus élevées que celles de la trypsine, suggérant une meilleure affinité de la chymotrypsine pour la protéine par rapport à la trypsine. En outre, l'analyse des échantillons prétraités en UPLC-MS/MS a démontré que l'application des TEHV a conduit à la libération de peptides à partir des molécules de β-lg avant même l'ajout de trypsine et de chymotrypsine aux milieux réactionnels. De plus, les TEHV ont généré en moyenne 37 à 50 % plus de peptides que les protéines natives et préchauffées. Enfin, l'analyse de l'EE a révélé que les TEHV constituaient une méthode de prétraitement plus éco-efficiente que la méthode conventionnelle car leurs scores EE étaient plus élevés tant pour les procédés d'hydrolyse que pour les peptides bioactifs résultant de l'hydrolyse. Cette thèse apporte également de nouveaux éléments de compréhension quant à la valorisation multidirectionnelle des protéines du lactosérum. / Due to increasingly severe legislative restrictions on environmental pollution, dairy industries have faced over the past few years a crucial challenge of valuing the large quantities of whey generated. Thus, thanks to recent technological and scientific progress as well as the important growth of the biofunctional ingredients market, a more efficient and promising way of whey valorization has emerged. Indeed, in recent years, several studies have demonstrated that the nutritional and biofunctional attributes of whey are particularly linked to its proteins, which constitute an optimal source of functional food ingredients and bioactive peptides. Therefore, ß-lactoglobulin (β-lg), a major whey protein is an additive frequently used in a wide range of food products due to its excellent biofunctional properties, its high nutritional value and its low cost. These biofunctional properties of β-lg can be improved by different treatment methods, including physical, chemical and enzymatic ones. However, due to its compact globular structure, β-lg in its native form is relatively resistant to modifications. Although conventional treatments are effective in improving the structural and functional properties of proteins as well as the production of biologically active peptides, they are nonetheless resource intensive and can negatively affect the quality of final products. Therefore, the application of emerging non-thermal physical treatment methods is necessary. Thus, in the frame of this doctoral project, sustainably high-voltage electrical treatments (HVET), namely pulsed electric fields (PEF) and electric arcs (ARC) were used as pretreatment method of β-lg. Thermal pretreatment of β-lg was performed in order to compare the efficiency of HVET pretreatments with the conventional approach. Therefore, the preheated β-lg samples were considered as positive control and those of the native one as negative control. The effect of pretreatments on the functional properties of β-lg was evaluated. Likewise, the impact of HVET and heat pretreatments on the structure of β-lg and its susceptibility to tryptic and chymotryptic hydrolyses was investigated. Ultra-performance liquid chromatography coupled with tandem mass spectrometry (UPLC-MS/MS) was used to analyze and characterize the peptide fractions from the various hydrolysates of β-lg. In addition, the eco-efficiency (EE) scores of peptide generation after tryptic and chymotryptic hydrolyses were calculated in order to determine which of the performed pretreatment methods was the most efficient. The results demonstrated an improvement in the functional properties (foaming, emulsifying and hygroscopicity properties) of β-lg promoted by the positive impact of HVET on its secondary structure. Indeed, structural analyzes have shown that HVET induced a partial modification of the conformation of β-lg. Such structural modification resulted in almost 2-times increase in the degree of hydrolysis (DH) after HVET pretreatments compared to the native protein. In the case of the conventional heating pretreatment, the increase in DH was approximately 1.2-times compared to native protein. These results were confirmed by the improvement in the kinetic parameters of β-lg at steady state after HVET. Furthermore, a significant difference was observed between trypsin and chymotrypsin with regard to DH and the catalytic efficiency of the two enzymes. Indeed, the catalytic efficiency constants of chymotrypsin were higher than those of trypsin, suggesting a better affinity of chymotrypsin with the protein compared to trypsin. In addition, the UPLC-MS MS analysis of pretreated samples demonstrated that the application of HVET led to the release of peptides from β-lg molecules even before the addition of trypsin and chymotrypsin to the reaction media. Additionally, the HVET have generated in average 37-50% more peptides than native and preheated proteins. Finally, the EE analysis revealed that HVET were the most efficient pretreatment method than the conventional one as their EE scores were higher for both hydrolysis processes and bioactive peptides generated from performed hydrolyses. This thesis highlights new understanding elements regarding the multidirectional valorization of whey proteins.

La première étape de ce travail a consisté à établir, développer et valider un modèle performant pour modéliser les procédés de chauffage par induction, que ce soit en préchauffe ou pour des traitements thermiques. Ce procédé est complexe de par sa nature multi-physique et nécessite le couplage entre des modèles :<br/>- électromagnétique, - thermique, - éventuellement thermo-mécanique.<br/>Le choix du modèle électromagnétique est primordial. De nombreuses approximations basées sur des hypothèses plus ou moins fortes existent.<br/>Nous avons seulement utilisé l'approximation des régimes quasi-permanents. Nous avons vu que cette première approximation, qui revient à négliger le phénomène de propagation des ondes, est valable dans la gamme de fréquences utilisée lors des procédés de chauffage par induction, les plus hautes fréquences étant largement inférieures au mégahertz. La propagation des ondes est alors considérée comme instantanée, ce qui au vu de la taille caractéristique des installations (quelques mètres) par rapport à la célérité de la lumière (3.105 m/s) est tout à fait raisonnable.<br/>En revanche, nous avons choisi d'écarter l'approximation harmonique des champs électromagnétiques. Cette approximation découple les évolutions spatiales et temporelles du champ et revient à calculer une amplitude complexe pour le champ électromagnétique à partir d'une équation stationnaire. L'avantage d'une telle approximation est le gain souvent important en temps de calcul. Seulement, on perd une précision importante sur l'évolution temporelle et sur la déformation des champs électromagnétiques lorsqu'il s'agit d'un matériau ferromagnétique. En effet, les harmoniques secondaires ne sont pas prises en compte. Afin de pouvoir représenter les phénomènes physiques le plus réellement possible, le modèle électromagnétique utilisé est dépendant du temps. Néanmoins, afin de n'être pas trop pénalisant en temps de calcul, des compromis entre la précision des calculs et le temps de calcul nécessaire ont été étudiés. Ils se situent au niveau :<br/>- du nombre de calculs électromagnétiques nécessaires pour bien décrire l'évolution temporelle d'une période électromagnétique, du nombre de périodes électromagnétiques nécessaires pour arriver à une solution stable,<br/>du nombre de calculs électromagnétiques complets nécessaires au cours de l'évolution du champ de température.<br/>Ces points importants, ainsi que des échelles de temps caractéristiques électromagnétiques et thermiques présentant un rapport allant de 10-2 à 10-6 ont nécessité la mise en place d'un couplage faible, basé sur la stabilisation du terme de puissance Joule moyennée sur une période électromagnétique ainsi que sur la stabilisation des paramètres électromagnétiques au cours de la montée en température.<br/>La méthode numérique employée, de type éléments finis, est fiable et robuste. Néanmoins, elle nécessite une bonne compréhension des phénomènes physiques électromagnétiques inhérents au procédé. En effet, modéliser un espace ouvert par une méthode éléments finis nécessite la fermeture du domaine et l'imposition de conditions aux limites artificielles. L'utilisateur doit estimer la taille du domaine étudié qui doit être assez grand pour ne pas venir tronquer les lignes du champ électromagnétique et ainsi les modifier. Son avantage par rapport à une méthode mixte est que la matrice du système est creuse et symétrique. La résolution du problème est facilitée et se prête mieux à des développements en calcul parallèle.<br/>Enfin, une nouvelle stratégie a été développée pour simuler le déplacement de l'inducteur : ses propriétés se déplacent virtuellement dans l'air. Cette méthode a donné de très bons résultats et ne nécessite aucun remaillage.<br/>Les perspectives de recherche sont multiples.<br/>Au niveau des données, le modèle accepte actuellement une tension ou une densité de courant source uniforme dans l'inducteur. Suite à un calcul électromagnétique complet, la répartition de courants est connue dans l'inducteur et permet une évaluation de l'intensité réelle circulant dans les spires. Il serait intéressant de mettre au point un outil de transfert des données électrotechniques vers nos paramètres d'entrées.<br/>Un autre point, plus académique, serait d'effectuer des comparaisons pour des matériaux ferromagnétiques entre un modèle harmonique et le nôtre, dépendant en temps. En effet nous avons vu que ces deux modèles donnent des solutions identiques pour des matériaux amagnétiques. Tout l'intérêt de notre modèle dépendant en temps apparaît par son analyse beaucoup plus riche des matériaux non linéaires. Nous avons vu que le signal périodique peut être grandement déformé et ne ressemble alors plus du tout à une sinusoïde. Néanmoins, il n'est pas forcément évident que la puissance Joule, issue du calcul électromagnétique et obtenue par intégration sur une période électromagnétique, soit très différente de celle obtenue par une analyse harmonique. Cette différence serait très intéressante à quantifier.<br/>Enfin des comparaisons entre les méthodes numériques 'tout' éléments finis et mixtes permettraient de quantifier la précision des méthodes suivant les tailles des éléments finis, les tailles du domaine de fermeture, ainsi que les différences en temps de calculs.<br/>Un autre axe de ce travail a consisté à étudier et à implémenter une stratégie de parallélisation du modèle direct et de la procédure d'optimisation. Nous avons commencé par tester des solveurs itératifs préconditionnés sur nos différents modèles de type parabolique. Ceux ci donnant des résultats satisfaisants par rapport notamment à un solveur direct, nous avons pu nous orienter vers une méthode de parallélisation SPMD de type partitionnement de domaine. Cette méthode, simple et efficace, donne de très bons résultats au niveau du modèle direct, avec une bonne efficacité et une bonne scalabilité.<br/>La parallélisation de l'optimisation montre une efficacité convenable sur deux et quatre processeurs mais qui tend à chuter rapidement avec le nombre de processeurs: la scalabilité est relativement moyenne. Ce problème fait apparaître une thématique de recherche intéressante en calcul parallèle appliqué aux méthodes adjointes: améliorer la scalabilité de l'optimisation parallèle en développant une meilleure stratégie d'accès aux données, en rééquilibrant les données stockées et les données à recalculer.<br/>Enfin les perspectives à plus long terme consisteraient à développer un modèle analogue tridimensionnel.<br/>