Natural compounds have been the primary resource used to produce polymeric materials by humankind since the mid-1900s. Yet, progress in bio-based polymers from renewable feedstock has encountered some obstacles, mainly due to the low prices of petroleum-based monomers, compared to natural and sustainable materials. However, most commodity plastics are non-degradable materials, and solid plastic waste accumulation adversely affects the environment. As the world population is growing and demanding chemicals, energy, and plastics materials, polymer research is focusing on synthesizing bio-based and degradable polymers. Thus, biomass, a sustainable and inexpensive feedstock, is highly appropriate for designing alternative thermoplastics that are degradable to reduce the current environmental issues. In this dissertation, three different approaches were used to afford alternative thermoplastics to petroleum‐based commodities: bio-based poly(ether-amide)s, random aromatic copolyesters, and copoly(acetal triazole)s. In our first approach, two new lignin‐derived poly(ether‐amide)s (PEA)s were prepared. Their thermal properties showed high degradation temperature (Td) ranging from 330 °C to 380 °C, and glass transition temperature (Tg) between 100 °C and 120 °C. The chemical degradation studies revealed that the PEAs were degradable in 4 M H2SO4, HNO3, and TFA in 3 days. The second polymer group synthesized were semicrystalline bio-based aromatic copolyesters with tunable thermal properties. The thermal analysis of these copolyesters revealed high Td (413 °C to 446 °C) and Tg and Tm ranging from –36 °C to 67 °C and 60 °C to 267 °C, respectively. Their crystallization behavior showed a dependence on the comonomer composition, exhibiting a pseudo-eutectic region. Finally, furfural- and benzaldehyde-based copoly(acetal triazole)s (Td range 280–340 °C) were prepared by click polymerization at room temperature. Preliminary results showed that furfural-based copoly(acetal triazole)s were susceptible to hydrolytic degradation under neutral conditions after only 8 days at 40 °C. Overall, degradable and bio-based polymers were successfully synthesized as a potential thermoplastic alternative for packaging applications.

En av grundpelarna i alla hållbara system är införandet av en cirkulär ekonomi, som främjar återanvändning och återvinning av material. Plast är en av i utmaning i detta avseende på grund av den stora produktionsvolymen variation i sorter och långsamma nedbrytn. Ett förslag till lösning på dessa problem, som det har forskats allt mer om under de senaste decennierna, är att ersätta syntetiska plaster med lämpliga biobaserade alternativ. Detta arbete syftade till att utforska två möjligheter i detta avseende, (1) Transparent trä (TW) och (2) Lim för trä från en förnybar källa.  Utvärderingen av chitosan som ersättning för de syntetiska delarna av dessa material var det primära syftet med denna studie. TW utnyttjar de inneboende önskvärda egenskaperna hos trä och ökar dess användningsområden genom att ändra dess optiska egenskaper, men behöver en impregneringsmatris, som är en syntetisk polymer, för sin tillverkning. I detta arbete studerades variationen av kitosanimpregnering med tryck och torkningsförhållanden. Mikroskopi, gravimetri, kontaktvinkel och dynamisk mekanisk analys användes för att mäta effektiviteten hos de utvecklade metoderna. Alternativ till syntetiska lim för trä och träkompositer behövs på grund av problem med toxicitet. Chitosans användbarhet som lim för trä har dokumenterats i stor utsträckning. Det har dock inte gjorts så mycket arbete med trälaminat, som valdes som en ett sekundärt fokus för detta arbete. Testning av limmet utfördes med hjälp av skjuvmätningar. Resultaten visade att kitosan, istället för att infiltrera trästrukturen, främst deponerades på dess yta och specifika tester för att bestämma laminatets hållfasthet föll utanför ramen för denna studie. / One of the mainstays of any sustainable system is the implementation of a circular economy, which promotes the reuse and recycling of materials. Plastics are one of the most problematic entities in this regard because of the sheer scale of production, their variety, and their recalcitrant nature. A proposed solution to this problem, one which has seen increasing research in the past decades, is replacing synthetic plastics with suitable bio-based alternatives. This work aimed to explore two possibilities in this regard, (1) Transparent wood (TW) and (2) Adhesives for wood. Evaluating the utility of chitosan as a replacement for the synthetic portions of these materials was the primary aim of this study. TW utilizes the inherently desirable properties of wood and increases its avenues of application by changing its optical properties but needs an impregnation matrix, which is a synthetic polymer, for fabrication. This work studied the variation of chitosan impregnation with pressure and drying conditions. Microscopy, gravimetry, water contact angle and dynamic mechanical analysis were used to gauge the efficacy of our methods. Alternatives to synthetic adhesives for wood and wood-composites are needed because of their associated problems with toxicity. Chitosan’s utility as an adhesive for wood has been documented to a considerable extent. However, not much work has been done with wood laminates, which were chosen as a secondary focal point of this work. Adhesive testing was carried out via lap-shear measurements. Results indicated that chitosan, instead of infiltrating the wood structure, was primarily deposited on its surface and specific tests for determining laminate strength fell out of the scope of this study.

The Norwegian Food Research Institute (Nofima) and the University of Borås worked together to develop this project. The commonly used packaging materials pose a serious threat to the environment, as they are produced from nonrenewable crude oil and cannot decompose naturally. Despite some manufacturers' claims of their products being eco-friendly or sustainable, they are not entirely made from renewable resources and are not biodegradable. Nevertheless, some bio-based materials have emerged as a viable alternative that can naturally break down and safely decompose in the environment. Despite many studies, biopolymers possess limited mechanical and barrier properties, which restricts their potential for use in products. To overcome this limitation, polymer blending can be employed to enhance their final properties and make them more suitable for various applications. The objective of this project was to design sustainable food packaging using biopolymers. PHBV, one of the PHA’s bio-based polymers, was blended with other polymers to enhance its properties as a sustainable food packaging material. Through blending, PHAs'physical, chemical, and thermal properties can be enhanced to obtain exceptional films for food packaging purposes. Finally, in this work, a bio-based polymer, polyhydroxyalkanoate, was used to producea biodegradable packaging system for potential food packaging applications. The effect of the physical modification of PHBV on mechanical and barrier properties was studied by blending it with biodegradable polymers such as PLA and PBAT. Thermal properties were analyzed using differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA), and FourierIItransform infrared spectroscopy (FTIR) while the mechanical properties were evaluated by tensile test. Barrier properties were characterized using water vapor transmission rate (WVTR). The mechanical performance of PHBV 50%: PBAT 50% blend has been significantly improved, leading to better tensile properties. The high crystallinity of the PHBV 50%: PBAT 50% blend than other blends have been found to enhance the barrier properties of the polymer film, according to DSC analysis. FTIR investigations have suggested no difference in absorption peaks between the blends and the neat material. Furthermore, WVTR investigations have shown that PHBV50%: PBAT50% exhibits excellent barrier properties against water vapor, making it a highly promising material.

A significant share of the global climate change impacts can be attributed to the construction sector. One mitigation strategy is increasing the use of biobased materials. Life cycle assessment (LCA) has been used to demonstrate the benefits of this, but forest complexities create uncertainty due to omission of key aspects. The aim of this thesis is to enhance understanding of the effects of increasing use of biobased materials in climate change mitigation of construction works with a life cycle perspective. Non-traditional LCA methodology aspects were identified and the climate impact effects of increasing the use of biobased materials while accounting for these was studied. The method applied was dynamic LCA combined with forest carbon data under multi-approach scenarios. Diverse case studies (a building, a small road bridge and the Swedish building stock) were used. Most scenarios result in impact reductions from increasing the use of biobased materials in construction. The inclusion of non-traditional aspects affected the results, but not this outcome. Results show that the climate mitigation potential is maximized by simultaneously implementing other strategies (such as increased use of low-impact concrete). Biobased building materials should not be generalised as climate neutral because it depends on case-sensitive factors. Some of these factors depend on the modelling of the forest system (timing of tree growth, spatial level approach, forest land use baseline) or LCA modelling parameters (choice of the time horizon, end-of-life assumptions, service life). To decrease uncertainty, it is recommended to use at least one metric that allows assessment of emissions based on their timing and to use long-term time horizons. Practitioners should clearly state if and how non-traditional aspects are handled, and study several methodological settings. Technological changes should be accounted for when studying long-term climate impacts of building stocks. / Irreversibel global påverkan på klimat och miljö måste undvikas och olika strategier som begränsar klimatförändringarna kan utnyttjas för att hantera denna utmaning. En betydande andel av de globala utsläppen av växthusgaser kan hänföras till byggsektorn i allmänhet och cementproduktion i synnerhet, och begränsningsstrategier söker alternativ till fossil- och mineralbaserade resurser, med mindre påverkan, som exempelvis en ökad användning av biobaserade material i byggandet. Livscykelanalys (LCA) har använts för att demonstrera klimatnyttan av denna ökning, men skogens komplexiteter i samband med biogent koldioxid skapar osäkerhet i resultaten då de som genomför LCA-studier traditionellt utelämnar viktiga nyckelaspekter. Denna avhandling syftar till att öka förståelsen för effekterna av en ökad användning av biobaserade material för begränsning av byggandets klimatpåverkan i ett livscykelperspektiv. Forskningsfrågorna formulerades med fokus på att identifiera icke-traditionell LCA-metodik, samt att bedöma miljöeffekterna av en ökad användning av biobaserade material med redovisning av dessa aspekter på olika nivåer, gällande enstaka konstruktioner och byggnadsbeståndet som helhet. Den metodik som används är dynamisk LCA i kombination med data om skogskolbalans, med analyser av flera scenarier med olika metodologiska antaganden. Fallstudier med olika kännetecken användes, nämligen en byggnad, en bilvägsbro och en uppskattning av det svenska byggnadsbeståndet på lång sikt. Resultaten bekräftar att en ökad användning av biobaserade material minskar klimatpåverkan av byggandet – en tydlig majoritet av de scenarier som analyserats för alla fallstudier resulterar i sänkt klimatpåverkan. Införandet av icke-traditionella LCA-aspekter påverkar resultatet, men förändrar inte att en ökad användning av biobaserade material resulterar i lägre långsiktig och kumulativ klimatpåverkan. Resultaten visar också att den maximala klimatbegränsningspotentialen endast nås genom att samtidigt införa andra tekniska lösningar med lägre klimatpåverkan. När det gäller LCA-metodik visar resultaten att antagandet att biobaserade byggnadsmaterial är klimatneutrala är en överförenkling eftersom deras klimatpåverkan beror på fallspecifika faktorer och därför bör inga generaliseringar göras. Några av dessa klimatpåverkande faktorer beror på modellering av skogssystemet i en dynamisk LCA; såsom när skogstillväxten antas börja i förhållande till avverkningen, den geografiska upplösningen för att analysera de biogena kolflödena dvs. som ett avverkningsbestånd eller på landskapsnivå och vad utgångsläget sätts till vid analys av skogens markanvändning. Andra faktorer beror på LCA-modellering, nämligen valet av integrerad tidshorisont för beräkning av klimatpåverkan, det antagna scenariot för avfallshantering och lagringsperioden för det biogena kolet i tillverkade produkter. För att minska osäkerheten i bedömning av klimatpåverkan av biobaserade byggmaterial rekommenderas användning av minst en mätmetod som gör det möjligt att bedöma koldioxidutsläppen baserat på tidpunkten på dessa, samt att tillämpa mätvärden med långa tidsperspektiv. Redovisning av icke-traditionella aspekter har en betydande effekt på klimatpåverkan av biobaserade byggmaterial. Utförare av analyser rekommenderas därför även att redovisa hur dessa aspekter hanteras och att ställa upp flera olika scenarier och analysera dessa med flera olika metodologiska inställningar. Slutligen rekommenderas att ta hänsyn till den tekniska utvecklingen vid analyser av långsiktig klimatpåverkan av byggnadsbeståndet som genomförs med dynamiska värden för processer som äger rum i framtiden. / Para evitar impactos irreversibles a nivel global, es necesario mitigar el cambio climático. Una parte significativa de las emisiones globales de gases efecto invernadero puede atribuirse al sector de la construcción y la producción de cemento. Entretanto, se busca implementar estrategias de mitigación de bajo impacto, tal es el caso de incrementar el uso de materiales de origen forestal. El análisis de ciclo de vida (ACV) se aplica con frecuencia para demostrar los beneficios climáticos de este incremento, pero las complejidades relacionadas con el bosque y el carbono biogénico crean incertidumbre ya que los autores normalmente omiten ciertos aspectos clave. Esta tesis busca mejorar la comprensión de los efectos de un incremento en el uso de materiales de origen forestal en la mitigación del cambio climático en el sector de la construcción, bajo una perspectiva de ciclo de vida. Para ello se han formulado preguntas de investigación centradas en la identificación de los aspectos metodológicos no tradicionales del ACV que pueden afectar el resultado, así como en la evaluación de los efectos ambientales del aumento del uso de materiales biológicos en construcciones o en la construcción en existencia, mientras se toman en cuenta dichos aspectos. Los métodos aplicados incluyen el ACV dinámico en combinación con modelos del balance de carbón en el bosque, además del análisis de múltiples escenarios con diferentes configuraciones metodológicas y asunciones. Se utilizaron casos de estudio con diferentes características y sus respectivos productos equivalentes de referencia; un edificio, un puente para carretera pequeño y la construcción en existencia en Suecia a largo plazo. Los resultados confirman que el aumento del uso de materiales de origen forestal disminuye el impacto climático de la construcción, ya que la gran mayoría de los escenarios analizados para todos los casos de estudio resultan en reducciones del impacto climático. La inclusión de aspectos no tradicionales del ACV ha influido en los resultados, sin afectar el hecho de que incrementar el uso de material biológico se traduce en menores impactos climáticos acumulados a largo plazo. Los resultados también muestran que el potencial máximo de mitigación climática sólo se alcanza mediante la implementación simultánea de otras tecnologías de bajo impacto. En cuanto a la metodología del ACV, la tesis ilustra que la hipótesis de que los biomateriales de construcción son neutrales respecto a sus impactos climáticos es una simplificación excesiva, y demuestra también que los flujos de carbono biogénico deben ser tenidos en cuenta. El balance de carbono de los materiales de construcción de origen forestal depende de factores relacionados con el sistema forestal que son sensibles las circunstancias del caso de estudio; por lo que no deberían hacerse generalizaciones. De dichos factores, algunos dependen de los modelos usados para simular el sistema forestal; tales como la contabilización del punto temporal de ocurrencia de los flujos de carbono biogénico, la perspectiva espacial para medir estos flujos y la línea de base trazada para el sistema forestal. Otros factores dependen del modelo usado para el ACV, como la elección del horizonte temporal integrado para el cálculo del impacto, el escenario de disposición final y el período de almacenamiento del carbono biogénico en los productos. Para obtener conclusiones más robustas, se recomienda que los autores de estudios utilicen al menos un método adicional al GWP que les permita evaluar las emisiones de carbono basadas en el punto temporal de su ocurrencia, así como que se apliquen horizontes temporales a largo plazo en el uso de dichos métodos. Tener en cuenta los aspectos no tradicionales estudiados en esta tesis en estudios de ACV de materiales de construcción de origen forestal puede tener una influencia significativa en su impacto climático, por lo que se recomienda que los autores expongan claramente si estos aspectos se incluyen y cómo se incluyen. También se recomienda que se analicen múltiples escenarios con una variedad de configuraciones metodológicas alternativas. Por último, se recomienda tener en cuenta los cambios tecnológicos en los análisis a largo plazo de los impactos climáticos de la construcción en existencia, utilizando factores de impacto dinámico para los procesos que trascurran en el futuro. / <p>QC 20170517</p> / EnWoBio - Engineered Wood and Biobased Building Materials Laboratory

Cette thèse propose de valoriser l’isosorbide (IS) dans le domaine des matériaux polymères biosourcés en proposant des voies originales. Après la présentation de cette molécule, nous avons détaillé les différentes voies de synthèse et d'application des composés organiques et des polymères déjà développés par la communauté scientifique. Ces derniers sont obtenus au travers de multiples étapes de fonctionnalisation ou de synthèse longues au travers de procédés peu économes en énergie ou en atomes ou même toxiques. Nous avons alors expliqué notre première stratégie visant à développer des polyacétals à base d'isosorbide (PAIS) jusqu'alors inédit. Un schéma de polymérisation reposant sur la réaction de l’isosorbide avec un halogénure de méthylène dans un solvant non toxique (DMSO) a été retenu. L’influence de différents paramètres expérimentaux (mode d'agitation, durée de réaction et stœchiométrie) a été analysée avec soin. Les meilleurs résultats ont été observés avec l’agitation mécanique à très haute vitesse (milieu réactionnel plus homogène et rendement quantitatif). Les concentrations les plus élevées d'isosorbide ont permis de produire exclusivement des polyacétals linéaires (L-PAIS) alors qu'une faible concentration et l’agitation magnétique ont également induit la formation d'oligomères cycliques. D'autres macrocycles (C-PAIS) de haute masse molaire ont pu être produits. Ces différentes classes de PAIS ont été caractérisés par de nombreuses techniques (RMN, MALDI-TOF IRTF, CES). Leurs performances physicochimiques ont également été étudiées (ATG, DSC, rhéologie..). L'allongement des chaines de L-PAIS étant concurrencé par la cyclisation, nous avons exploré l'intérêt du lactide (lévogyre et racémique) comme extenseur de chaine tout d'abord en réaction avec l'IS puis avec le L-PAIS. La catalyse organométallique a été plus efficace que la voie enzymatique (lipase PS). Les analyses chimiques et physiques menées sur les quatre grades de polymères à base d'IS et de lactide ont souligné la plus value offerte par la présence de la molécule d’isosorbide Des relations "structure-propriétés" précises et fiables incluant l'étude de la durabilité ont été menées avec soin. Enfin la même approche a pu être étendue à la production de copolymères linéaires de type PLLA-b-PAIS-b-PLLA et de PRLA-b-PAIS-b-PRLA. / This research work aims to valorise isosorbide (IS) for biobased polymeric materials using original methods. After a short introduction of this molecule, we presented the different synthesis pathways and application fields of chemical and polymers already developed in scientific community. These compounds are classically obtained through many functionalization/synthesis steps with processes far away from green chemistry. Our first strategy based on the development of polyacetals derived from isosorbide (PAIS) was explained. A reaction scheme involving isosorbide with methylene halogenate in a non-toxic solvent (DMSO) was retained. The influence of different experimental parameters (stirring mode, reaction period and stoichiometry) was carefully analysed. Best results were achieved with high-speed mechanical stirring (more homogenous reactive solution, quantitative yield). The highest isosorbide concentrations led to the exclusive production of linear polyacetals (L-PAIS) whereas a low concentration under magnetic stirring conditions induced the formation of cyclic oligomers. Other macro-cycles (C-PAIS) with high molar weight were also produced. These different kinds of PAIS were characterised by various techniques (NMR, MALDI-TOF FTIR, SEC). Their physicochemical performances were also studied (TGA, DSC, rheology…) The length increase of polymer L-PAIS chains being challenged by cyclisation, we also explored lactide use (L- and racemic) as chain extender first by the reaction with IS then with L-PAIS. The La organometallic catalysis was more efficient than enzymatic pathway (PS lipase). Both chemical and physical analyses carried out with four polymeric grades derived from IS et lactide showed the added value of isosorbide molecule. Precise and reliable "structure-properties" relations including durability study were also led. Finally, similar approach could be applied for producing linear copolymers (PLLA-b-PAIS-b-PLLA and PRLA-b-PAIS-b-PRLA)

La cellulose et le poly(éthylène 2,5-furandicarboxylate) (PEF) sont les deux précurseurs polymériques biosourcés étudiés dans ce travail de thèse. Deux approches ont été envisagées ; l’une se concentrant sur les aspects fondamentaux et l’autre sur l’élaboration de composites à partir de ces polymères. D’une part, la transition vitreuse et la cristallisation non-isotherme du PEF ont été explorées. Une approche cinétique de ces transitions a mis en lumière un comportement particulier du PEF et permet ainsi de mieux appréhender sa mise forme. De plus, la transition haute température de la cellulose Iβ a été étudiée pour la première fois en corroborant des techniques d’analyse thermiques et spectroscopiques complémentaires. En deuxième lieu, l’oxydation contrôlée d’une seule source de cellulose sous l’action du periodate de sodium a permis l’élaboration de composites entièrement cellulosiques qui se démarquent par leur haute performance mécanique. Enfin, le PEF et des nanocristaux de cellulose ont été combinés ce qui a permis l’élaboration de composites thermoplastiques où les cristaux de cellulose semblent jouer le rôle d’agents nucléants. / The cellulose and the poly(ethylene 2,5-furandicarboxylate) (PEF) were the two main biobased polymeric precursors employed in this thesis work. Two complementary investigation pathways were explored which respectively focus on the fundamental aspects and on elaboration of composites from these precursors. First, the glass transition and both the melt/glass non-isothermal crystallization of PEF were investigated. A kinetic approach of these transitions revealed a peculiar behavior of PEF which is useful to better understand its processing. In addition, the high-temperature transition of cellulose Iβ was for the first time explored by means of complementary thermo-analytical and spectroscopic techniques. On the other hand, the controlled periodate oxidation of one single cellulose source was employed to generate thermoset-like “all-cellulose composites” marked by their high mechanical performances. Finally, combination of PEF and cellulose nanocrystals allows to obtain transparent thermoplastic composites in which the cellulosic entities might have nucleating effects.

La fabrication additive est un procédé d’élaboration permettant la mise en forme d’une pièce par ajout de matière, par empilement de couches successives. Bien que de plus en plus de polymères puissent être mis en œuvre par cette technologie, les polymères chargés en sont quasiment absents, alors qu’ils sont largement utilisés dans les autres types de procédés de mise en forme. Les objectifs scientifiques et technologiques du projet concernent (i) une meilleure compréhension des relations entre le comportement rhéologique de systèmes polymères et leur aptitude à la mise en forme par les technologies de fabrication additive FDM, (ii) le développement de formulations de base de polymères bio-sourcés adaptées à ces technologies et apportant une multifonctionnalité. Le premier objectif nécessitera tout d’abord d’identifier les conditions (température, gradients de vitesse, nature des contraintes, …) imposées par les procédés considérés puis de mettre en place et/ou d’adapter les moyens de caractérisation du comportement rhéologique des systèmes polymères dans ces conditions. Le comportement rhéologique en cisaillement mais aussi en élongation pourra être considéré. Il conviendra en particulier d’identifier les compromis nécessaires entre comportement adapté à l’écoulement en filière ou en buse et aptitude à la fusion et à la consolidation couche par couche. Enfin, l’effet des différentes voies de fonctionnalisation envisagées sur le comportement rhéologique et thermique et donc sur l’aptitude à la mise en forme devra être analysé. De façon à adapter les polymères bio-sourcés à un large panel d’applications, diverses voies de fonctionnalisation seront considérées, basées sur le compoundage avec des charges particulaires. / Additive manufacturing process is a preparation for the forming of a workpiece by the addition of material, by stacking successive layers. Although more and more polymers can be implemented by this technology, the filled polymers are practically absent, so they are widely used in other types of shaping methods. The scientific and technological objectives of the project are (i) a better understanding of the relationship between the rheological behavior of polymer systems and their ability to shaping by additive manufacturing technologies FDM, (ii) the development of polymer-based formulations biosourced adapted to these technologies and providing multifunctionality. The first goal will require first of all to identify the conditions (temperature, velocity gradients, nature constraints ...) imposed by the processes considered then to implement and / or adapt the means of characterization of the rheological behavior of polymer systems under these conditions. The rheological behavior in shear but also in elongation may be considered. It should in particular identify the necessary compromise between behavior adapted to the flow at the die or nozzle and meltability and consolidation layer by layer. Finally, the effect of different ways of functionalization considered on the rheological and thermal behavior and thus on the ability to formatting will be analyzed. In order to adapt the bio-sourced polymers for a wide range of applications, various routes of functionalization will be considered based on compounding with particulate fillers.

Les impacts de la construction sur l'environnement et sur la santé des habitants sont aujourd'hui des enjeux prioritaires. Les matériaux en terre crue connaissent un essor important pour de nombreuses raisons (écologique, économique, etc.), mais des questions se posent sur leur sensibilité à la prolifération des moisissures vis-à-vis de la qualité de l'air intérieur. Au cours de ces travaux, les flores bactériennes et fongiques présentes sur des supports en terre crue, biosourcés ou non, au sein d'habitations, ainsi que dans les matières premières, ont été caractérisées selon des méthodes par culture et par métabarcoding. Les champignons détectés sont similaires à ceux présents dans les habitations conventionnelles. L'ajout de fibres végétales ne modifie pas la structure des communautés fongiques mais rend le matériau plus sensible à la prolifération. Celle-ci n'intervient qu'en condition d'accident hydrique. Des approches de lutte biologique à partir de bactéries ont été initiées pour inhiber la prolifération fongique sur ces matériaux. / Impacts of building on environment and on health of inhabitants are nowadays priority issues. The interest for earthen materials is increasing for many reasons (ecological, economical, etc.), but some questions are raised about their fungal proliferation sensitivity considering the quality of indoor air. This work consists in characterizing by cultural and metabarcoding methods the fungal and bacterial communities on the surface of earthen building materials, biobased or not, and raw materials. Detected fungi are related to those which are identified in conventional buildings. The addition of vegetal fibers don't modify the fungal communities structure, but make the material more favorable for proliferation. The fungal development appears only under water damage condition. Biocontrol methods with bacteria have been initiated in order to inhibit the fungal proliferation on these materials.

Le remplacement de monomères d'origine pétrosourcée par des analogues biosourcés améliore la durabilité et diminue la dépendance aux ressources fossiles. De plus, de nouvelles caractéristiques et propriétés sont souvent découvertes. Les polyesters aliphatiques biosourcés ont déjà partiellement remplacé les produits traditionnels. Dans le contexte du projet Sorago, une résine entièrement biosourcée pour les revêtements de prélaquage des produits intérieurs a déjà été introduite sur le marché (Estetic® bio Air, Arcelor Mittal). Pour permettre l'utilisation du produit dans des applications extérieures, sa résistance à la lumière UV et à l'humidité sont à améliorer. Cela pose deux problèmes : Une disponibilité limitée de monomères pouvant introduire de la rigidité dans la résine et la relation entre la structure de la résine et sa dégradation. La vanilline a été choisie comme synthon pour la gamme des monomères rigides et biosourcées. La transformation de sa fonction aldehyde par réaction de Perkin et sa réactivité a été examinée. Dans une série des copolymerisations, l'influence des conditions de réaction sur la composition du produit final a été proposée. Une relation structure-propriétés concernant la température de la transition vitreuse et la viscoélasticité des plusieurs monomères biosourcées a été établie, et comparée avec celle des monomères petrosourcées. Une série des prototypes avec des propriétés très variées a été soumise à un test de vieillissement rapide. Leur dégradation a été suivie sur la base de leur rétention de brillance, par FTIR et par des tests de µ-dureté et d'épaisseur des films. La performance des prototypes biosourcés s'est révélée inférieure à celle d'une résine standard pétrosourcée mais aucune évidence qui suggère que cela est du à la présence des monomères biosourcées n'a été détectée. Cela suggère que la création d'une résine biosourcée et suffisamment durable pour l'extérieur sera possible / Moving away from petroleum and towards biobased materials not only leads to greater sustainability and lower dependence on diminishing fossil resources, but can also catalyse the discovery of new properties. Aliphatic polyesters based on renewable resources have already started to replace traditional products. Within the Sorago project, a fully biobased resin for interior coil coatings has recently been proposed on the market (Estetic® Bio Air, Arcelor Mittal). In order to extend the possible use of the biobased product to exterior applications, an improvement of its resistance to humidity and UV radiation is crucial. This presents two challenges: The limited availability of monomers which provide rigidity in the resin structure and the relationship between the resin composition and its weatherability. Vanillin was chosen as a possible extension to the range of rigid, biobased monomers for polyesterification reactions. The transformation of its aldehyde and its reactivity was studied in terms of catalytic activation and through a series of copolymerisations which revealed the influence of the reaction conditions on the composition of the product. A structure-property relationship concerning the coating glass transition temperature and visco-elastic behaviour of the coating was furthermore established for a series of renewable monomers and contrasted with petroleum based equivalents. Series of prototypes with a wide variety of properties were then subjected to accelerated weathering tests. Their degradation was followed directly by gloss retention and different mechanisms were revealed using FTIR, µ-hardness and film thickness measurements. While the performance of the biobased coating was subpar, no evidence linking its degradation to the presence of renewable monomers was found, suggesting that the creation of a sufficiently durable and renewable exterior coating will be possible

Ce travail de thèse porte sur le développement d’une nouvelle génération de mousses polymères biosourcées capables de satisfaire la fonction d’âme alvéolaire et structurale de pièces automobiles. Les formulations époxy choisies comme base polymère reposent sur deux différents prépolymères époxy, l’huile de lin époxydée (ELO) et le glycérol époxydé (GE). Ces derniers, associés en proportions variables, sont réticulés avec deux différents durcisseurs : l’isophorone diamine (IPDA) ou l’anhydride méthyl tétrahydrophtalique (MTHPA). Les formulations ternaires « ELO – GE – durcisseur » ont été caractérisées selon une approche multi-techniques (DSC, TGA, rhéométrie dynamique et en mode permanent) permettant d’établir des relations structure-propriétés fiables. Puis, la production d’une mousse a été possible grâce à la maîtrise d’une réaction chimique qui se déroule parallèlement à la réticulation de la résine époxy. Le bicarbonate de sodium et de potassium ont été retenus comme agents moussants. Afin d’améliorer les performances finales des mousses, la proportion de GE au sein des formulations polymère à base IPDA a été augmentée. Mais, une telle modification induit la dégradation thermique du système à cause de l’exothermicité élevée de la réaction de réticulation. L’introduction d’un absorbeur d’exothermicité, permet grâce à sa décomposition endothermique de contrôler l’excès de chaleur dégagée et par la même d’empêcher la dégradation. Une dernière classe de durcisseurs a également été étudiée et donne après optimisation des mousses dotés d’excellentes propriétés ultimes. Ainsi, une large gamme de mousses biosourcées rigides et légères pouvant être mises en œuvre dans un temps très court a été développée. / This thesis focuses on the development of a new generation of bio-based polymer foams able to produce low density core in sandwich structure for automotive applications. The polymer formulations used in this research contain two different epoxy compounds, epoxidized linseed oil (ELO) and the epoxidized glycerol (GE). Combined in varying proportions, they were cured with two different hardeners, isophorone diamine (IPDA) or methyl tetrahydrophthalic anhydride (MTHPA). Ternary formulations “ELO – GE – hardener” were characterized by a multi-techniques approach (DSC, TGA, rheometry in steady or dynamic mode) in order to establish structure-property relationships. The production of polymeric-foam materials was carried out by tuning a chemical reaction which takes place during curing. Sodium bicarbonate and potassium bicarbonate were used as harmless foaming agents. In order to improve the final performances of the foams, the ratio GE/ELO was increased in the reactive formulations based on IPDA hardener. But, such modification provokes also the thermal degradation of the system because of the high exothermicity of the curing reaction. The introduction of “exothermicity regulators” that undergo endothermic transformations allowed to control the excess of released heat and consequently, to prevent the material degradation. A last class of hardener was also studied and made it possible after optimization the production of foams with good ultimate properties. To conclude, a large range of biobased and lightweight rigid foams able to be produced in a few minutes was developed.