Consumers put higher demands on low environmental impact from the products they use, and the materials they consist of. As a result, more research is being made on finding environmentally friendly production techniques and materials. Hydrothermal carbonization (HTC) is a relatively environmentally friendly method that has been used in this study. Cellulose and pine, the latter, one sample with and one without bark, were carbonized at 220 °C and 240 °C for two hours. This generated solid carbon products that could be used in composites with the biopolymer Polylactide (PLA). The composites were thereafter extruded as filaments and used for 3D printing. X-ray powder diffraction (XRD), Scanning electron microscopy (SEM) and Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) showed that HTC of all precursors generated an amorphous carbon material, with carbon microspheres and increased aromaticity. Three different composites were produced from PLA and 0.1 wt% of the solid carbon products from all three precursors carbonized at 240 °C. Composites were also made from PLA and 1 wt% non-carbonized pine with bark, and 1 wt% of pine with bark carbonized at 240 °C. Filaments were extruded from neat PLA, as well as the composites of 0.1 wt% carbonized cellulose and 0.1 wt% carbonized pine with bark mentioned above. The filaments were used to 3D print six dog bones per filament according to the ISO standard ISO 527-2 1BA. There was one instance of clogging for each filament from the composite materials, but it was easily solved. No mechanical tests could be performed, although the 3D printed models’ physical properties were visually observed, and no deficiencies were found. Both extrusion and 3D printing were successful. / Konsumenter ställer högre krav på att material och produkter de använder har liten påverkan på miljön. Till följd av detta lägger forskningen mer resurser på att hitta miljövänliga tillverkningsmetoder och material. Hydrotermisk karbonisering (HTC) är en relativt miljövänlig process som har använts i denna studie. Tall (ett prov med och ett utan bark) samt cellulosa karboniserades vid 220 °C och 240 °C i två timmar, för att på detta vis producera en fast kolprodukt som kunde användas i en komposit med biopolymeren Polylaktid (PLA). Kompositen extruderades sedan till filament som användes vid 3D printing. Röntgenpulverdiffraktion (XRD), Svepelektronmikroskopi (SEM) och Fourier-transform infraröd spektroskopi (FTIR) visade på att HTC hade genererat amorfa kolmaterial, med mikrosfärer och ökad aromaticitet från både cellulosa och båda tallproverna. Samtliga produkter från karbonisering vid 240 °C användes för att göra tre olika kompositer med vardera 0,1 vikt% kolmaterial. Kompositer tillverkades även från PLA och 1 vikt% tall med bark, samt 1 vikt% tall med bark karboniserad vid 240 °C. Filament extruderades av ren PLA samt ovan nämnda kompositer med 0.1 vikt% karboniserad cellulosa och 0.1 vikt% karboniserad tall med bark. Dessa användes vid 3D printing för att skriva ut sex hundben per filament, enligt ISO standarden ISO 527-2 1BA. Vid ett tillfälle för vardera av de två kompositerna täpptes mynningen till 3D skrivaren igen av partiklar i filamenten. Detta löstes dock enkelt. Mekaniska tester kunde tyvärr inte utföras på hundbenen, men inga fysiska brister beskådades på dem. Både extrudering och 3D printing var lyckade.

La fonctionnalisation croissante des matériaux de constructions ainsi que le besoin de gestion des ressources de l'humanité rend les matériaux traditionnels à base de ciment moins performant.De nouvelles structures de paroi peuvent être envisagées en optimisant le choix de matériaux et leurs agencements. Dans ce travail nous avons choisi d'évaluer une structure pouvant remplir toutes les fonctions d'une paroi type « maison individuelle » ceci en utilisant des matériaux à faible coût et en utilisant des procédés de fabrications classiques. Les matériaux choisis proviennent majoritairement d'une source agricole renouvelable, le chanvre et son sous-produit (la chènevotte) et du recyclage des déchets de polystyrène. Nous avons établi des relations entre différentes propriétés du composites obtenu et les paramètres du procédé en particulier sur la zone des hautes teneurs en renfort et jusqu'à 100%. Nous avons également préparé la phase d'optimisation numérique d'une structure sandwich alvéolaire en modélisant le procédé et les structures ainsi obtenue. / Due to the rapidly improving functionality of building materials, and increasingly complicated human resource management issues, the traditional cement-based building materials of the past are becoming less and less desirable.These outdated materials are being replaced by new structures of wall that better optimize choices of materials and their layouts. In this study, we propose a multi-function structure to be the unit of a typical wall (individual house), which can be produced via the use of inexpensive materials and classic manufacturing processes. To achieve this, we chose the renewable agricultural source of the hemp plant (hemp yarns and hemp shive particles), along with recycled expanded polystyrene, to manufacture a fully recyclable composite. We established a relationship between the physical-mechanical properties of the resulting composite and the parameters of the manufacturing process, particularly in the zone of high load reinforcement, we successfully manufactured a composite of 100% hemp shive particles. In addition, we have also prepared the numerical optimization phase of an alveolar sandwich structure by modeling the process and the obtained structure.

De nouveaux matériaux, appelés matériaux actifs, se développent actuellement par diverses processus dans plusieurs applications. L'objectif est d'apporter aux matériaux de bases (par exemple : papiers, cartons) de nouvelles fonctionnalités telles que la détection de virus, le relargage de substances actives, le contrôle de la durée de vie etc. L'élaboration de matériaux fonctionnels est un sujet de plus en plus important dans notre société et chez les industries. Les recherches restent cependant encore rares à ce propos et l'expertise des scientifiques est vivement attendue. Par ailleurs, l'intérêt des scientifiques se porte aussi de plus en plus sur l'utilisation de bio-matériaux. Parmi ces derniers, l'intérêt pour les bio nanoparticules est le plus grandissant : les chercheurs voient en effet la possibilité d'élaborer de nouvelles applications à hautes valeurs ajoutées. Cependant, aujourd'hui, l'utilisation de ces nanoparticules dans le contrôle du relargage de substances actives n'est pas encore dominante ni approfondie malgré les premiers résultats prometteurs obtenus avec les nanoparticules. En plus de leurs excellentes propriétés mécaniques et barrières, leur surface spécifique est un point clé et avantageux à considérer pour l'obtention de nouvelles fonctionnalités (introduction de substances actives). Dans le domaine des emballages, les matériaux actifs ont pour objectif de prolonger la durée de conservation des aliments en modifiant les conditions d'emballage. Trois catégories sont différenciées : les emballages absorbeurs (oxygène, humidité), les emballages antimicrobiens et les emballages barrières. Peu de recherches existent actuellement sur les deux premières catégories et d'autres commencent affichant des résultats bien prometteurs. Ainsi, l'objectif de la thèse est donc de comprendre et de développer des bio nanomatériaux fonctionnels innovants en considérant deux aspects : le développement durable et la sécurité alimentaire. Trois sujets seront abordés en détail: - Biomatériaux : fibres de cellulose, bionanoparticules, biomolécules actives - Procédés : greffage, encapsulation, couchage, extrusion, jet d'encre - Propriétés : absorbeur d'oxygène, antimicrobien, contact alimentaire Le phénomène de migration sera un point particulièrement détaillé au long de ces 3 ans ainsi que les caractérisations de propriétés importantes pour le produit final. Différentes stratégies seront ensuite testées et la meilleure solution sera optimisée afin d'arriver à une étude à grand échelle du produit obtenu. / New functional materials, called active materials, are developing with different processes and for several applications. The target is to give new functions like virus detection, active substance release, end of life control...This topic is more and more important in our society and industry. Researches are still rare and more scientific expertise is expected. Meanwhile, use of biobased materials interests more and more scientists. Among biomaterials, the use of bionanoparticles is strongly increasing and high value added applications are targeted. However, their use in release control of active substances has not yet been studied in detail in spite of promising results on barrier properties improvement. Their very high specific area could also be considered as a advantege concerning their use as active material carrier. In packaging field, active materials are materials which change condition of packed product to increase its shelf life by keeping quality and safety. Three main types of active packaging are existing : scavenger systems (02, humidity), anti-microbial systems, barrier systems. Some research studies have just been launched about the two first categories of active packaging with some promising results. The target is then to understand and develop innovative functional bionanomaterials by considering : sustainability and safety. Three topic will be studied in detail : - Biomaterials : cellulose fibers, bionanoparticules (NFC, Wh, SNP), active biomolecules - Process : grafting, encapsulation chitosane, coating, extrusion, ink jet - Properties : 02 scavenger, anti-microbial system, food contact A better understanding of migration and the end-use properties characterization will be main point of the scientific research during the project. Different strategies will be tested and optimisation of best solution will follow by finishing with an up-scaling study.

La valorisation des dérivés phénoliques et terpéniques issus de la biomasse s’insère parfaitement dans le défi actuel de nos sociétés qui pousse la chimie traditionnelle à évoluer vers une chimie durable. De par leur nature insaturée, les terpènes se montrent particulièrement intéressants pour synthétiser de nouveaux matériaux par réaction de chimie thiol-ène. Parallèlement, les dérivés phénoliques peuvent être facilement modifiés en synthons insaturés, susceptibles de réagir dans ces mêmes réactions. Ainsi, une large gamme de matériaux à base de linalol et d’eugénol a été élaborée sous irradiation UV. Une approche par photochimie a été privilégiée puisqu’elle s’inscrit parfaitement dans le cadre d’une chimie plus respectueuse de l’environnement. L’effet bénéfique des fonctions oxygénées du linalol et du phénol de l’eugénol sur l’activité antibactérienne a été démontré contre deux souches bactériennes principalement responsables du développement des maladies nosocomiales : S. aureus et E. coli. L’incorporation de nanoparticules de ZnO, de carvacrol ou d’acide tannique lors de la réaction de réticulation permet d’améliorer les propriétés antimicrobiennes de manière significative. L’association avec des polyesters semi-cristallins biosourcés et biodégradables présente une alternative intéressante pour optimiser les performances thermomécaniques des matériaux obtenus.Un deuxième type de matériaux a été synthétisé par photo-réticulation de dérivés phénoliques époxydés comme le résorcinol ou l’eugénol. La polymérisation cationique par ouverture de cycle photoamorcée permet la synthèse de matériaux dont les propriétés mécaniques sont plus élevées que les matériaux obtenus par réaction thiol-ène, et d’autre part de s’affranchir de l’agent réticulant à base de thiol. La synthèse de différents dérivés de l’eugénol mono-époxydés offre l’avantage de pouvoir moduler la composition des matériaux obtenus qui peuvent contenir des fonctions phénol et/ou des insaturations. Les groupements phénols sont indispensables à l’activité antibactérienne et sont à l’origine des propriétés anti-oxydantes. La possibilité d’introduire des insaturations permet une post- fonctionnalisation de la surface des matériaux.Ainsi une large gamme de matériaux réticulés, biosourcés et bioactifs dont les propriétés varient de l’élastomère au thermodurcissable a été synthétisée sous irradiation / The valorization of phenolic and terpene derivatives of biomass is perfectly in line with the current challenge of our societies that drives traditional chemistry to evolve towards a sustainable chemistry. Because of their unsaturated nature, terpenes are particularly interesting for synthesizing new materials by thiol-ene chemistry. At the same time, the phenolic derivatives can easily be modified to unsaturated synthons capable of reacting in these same reactions. Thus, a wide range of materials based on linalool and eugenol has been developed under UV irradiation. An approach by photochemistry has been selected since it fits perfectly within the framework of a chemistry more respectful of the environment. The beneficial effect of the oxygenated functions of linalol and phenolic functions of eugenol on antibacterial activity was demonstrated against two bacterial strains mainly responsible for the development of nosocomial diseases: S. aureus and E. coli. The incorporation of ZnO nanoparticles, carvacrol or tannic acid during the crosslinking reaction makes it possible to improve the antimicrobial properties significantly. The association with semi-crystalline biobased and biodegradable polyesters presents an interesting alternative to optimize the thermomechanical performance of the obtained materials.A second type of materials has been synthesized by photocrosslinking epoxidized phenolic derivatives such as resorcinol or eugenol. The photoinitiated cationic polymerization by opening of the ring enables the synthesis of materials whose mechanical properties are higher than the materials obtained by thiol-ene reaction and on the other hand to get rid of the thiol-based crosslinking agent. The synthesis of various monoepoxidized eugenol derivatives offers the advantage of being able to modulate the composition of the obtained materials which may contain phenol functions and / or unsaturations. The phenol groups are essential to the antibacterial activity and lead to the antioxidant properties. The possibility of introducing unsaturations allows a post-functionalization of the surface of the materials.Thus, a wide range of crosslinked, biosourced and bioactive materials whose properties vary from elastomer to thermosetting have been synthesized under irradiation

Syftet med detta masterprojekt var att undersöka möjligheten att använda biobaserat, mjukgjort natriumalginat (NaAlg) som enzymbärare. Alginaterna görs traditionellt bearbetbara genom att tillsätta olika mjukgörare, såsom polyoler (glycerol, sorbitol, etc.), i detta arbete användes glycerol. Den experimentella aspekten av projektet involverade beredning i laboratorieskala av prover, som omfattade blandning, varmpressning, potentiell behandling med nedsänkning i kalciumbad och efterföljande torkning. Förlusten av kemikalier under bearbetningen kvantifierades med hjälp av termogravimetrisk analys (TGA) och ultraviolett-synlig spektroskopi (UV-Vis). De preparerade bearbetade proverna karakteriserades genom extraktionsexperiment. Under den första halvan av projektet undersöktes färgämnesladdningen av proverna för enkelhets skull. Senare byttes den laddade föreningen ut mot enzymer. UV-Vis-mätningar användes i båda fallen för att effektivt karakterisera proverna. De initialt preparerade mjukgjorda natriumalginatproverna var för känsliga och löstes lätt i vatten. Följaktligen utfördes experiment för att förbättra stabiliteten hos matrisen till en tillräcklig nivå genom jonbyte av natriumjoner till kalciumjoner. Denna process förbättrade avsevärt vattenstabiliteten hos proverna. Av resultaten verkar det som om frisättningen av den laddade föreningen kan kontrolleras genom jonbytesbehandlingen. När väl förbättrad vattenstabilitet hos matrisen upptäcktes, undersöktes effekten av mjukningsmedlet genom att ändra blandningsförhållandet för glycerol. Det visade sig att nivån av glycerol i provet är omvänt proportionell mot den laddade föreningens återhållbarhet. De enzymladdade proverna implementerades först med användning av lipasenzymer på grund av att de var lättillgängliga i laboratoriet. Inom kort visade det sig att analysen för att kvantifiera lipasaktivitet utförs i 2-metyl-2-butanol (2M2B), vilket inte orsakade någon svullnad i proverna som observerats tidigare. Därför byttes det laddade enzymet till Horseradish Peroxidase (HRP). Det visade sig att HRP-laddade prover hade aktivitet efter bearbetning. De vattenstabiliserade HRP-laddade proverna hade mätbar aktivitet under fyra timmars exponering för analysen. Förutom enzymatisk analys övervakades frisättningsprofilen för protein också med användning av Bradford-analysen. Man såg att efter en initial måttlig frisättning av enzymerna, planade frisättningen ut och upphörde efter fyra timmar. Resultaten av Bradford-analysen överensstämde med de enzymatiska aktivitetsmätningarna. Det bör noteras att den ursprungliga formuleringen av projektet var starkt baserad på en nyligen utvecklad bearbetningsmetod, extrudering för alginatkompositer. Tyvärr gjordes inga tester med extrudering på grund av tekniska svårigheter med instrumentet. / The aim of this master project was to investigate the possibility to use bio-based, plasticized sodium alginate (NaAlg) as enzyme carrier. The alginates are traditionally made processable by adding various plasticizers, such as polyols (glycerol, sorbitol, etc.), in this work glycerol was used. The experimental aspect of the project involved the lab-scale preparation of samples, which encompassed compounding, hot pressing, potential treatment with a calcium bath immersion, and subsequent drying. The loss of chemicals during processing was quantified using Thermogravimetric analysis (TGA) and Ultraviolet-Visible spectroscopy (UV-Vis). The prepared processed samples were characterized by extraction experiments. In the first half of the project, the colorant loading of the samples was investigated for simplicity. Later the loaded compound was exchanged for enzymes. UV-Vis measurements were employed in both cases to characterize the samples effectively. The initially prepared plasticized sodium alginate samples were too sensitive and readily dissolved in water. Consequently, experiments were performed to improve the stability of the matrix to a sufficient level by ion exchange of sodium ions to calcium ions. This process significantly improved the water stability of the samples. From the results, it seems the release of the loaded compound can be controlled by the ion exchange treatment. Once enhanced water stability of the matrix was found, the effect of the plasticizer was investigated by changing the mixing ratio of glycerol. It was found that the level of glycerol in the sample is inversely proportional to the restrainability of the loaded compound. The enzyme loaded samples first were implemented by the use of lipase enzymes due to being readily available in the laboratory. Shortly, it was found that the assay to quantify lipase activity is performed in 2-methyl-2-butanol (2M2B), which did not cause any swelling in the samples as observed before. Therefore, the loaded enzyme was switched to Horseradish Peroxidase (HRP). It was found that HRP loaded samples possessed activity after processing. The water stabilized HRP loaded samples possessed measurable activity over four hours of exposure to the assay. In addition to enzymatic assay, the release profile of protein was also monitored using Bradford assay. It was seen that after an initial moderate release of the enzymes, the release leveled off and stopped after four hours. The results of the Bradford assay aligned with the enzymatic activity measurements. It should be noted, that the original formulation of the project was heavily based on arecently developed processing method, extrusion for alginate composites. Unfortunately,no tests were performed with extrusion due to technical difficulties with the instrument.

Due to the rapid development of technology, electrical products are being shipped all over the world. The electronic components have gotten greater in capacity but are smaller in size, making them sensitive to electrostatic discharge (ESD). ESD packaging protects sensitive components from electrostatic discharge and electrical fields. There are different types of packaging solutions depending on the sensitivity of the product. Rigid packaging of insulating paperboard, impregnated with a thin, conductive carbon layer was used in this study. The conductive material is supposed to lead the static electricity away from the product, to the packaging which is insulated, where it safely can discharge. The inside of the packaging, normally dressed in a foam to protect the device inside, is supposed to be replaced with paperboard. The purpose of this master thesis is to investigate whether or not an ESD-packaging can be created by coating a paperboard with a dispersion containing nanographite and nanocellulose. Solid Bleached Board is a paperboard made by the mill Iggesund Paperboard, used for graphical products and packaging of high quality. Paperboard is made from cellulose, an environmentally sustainable raw material from the forest. Classifications of materials used in ESD packaging-solutions are divided into how quickly electricity moves through the material. Carbon is normally within the range of 10^2 to 10^6 Ω for sheet- and volume resistance. Maximal charge and maximal electrical discharge of the packaging are by standard not supposed to exceed 100 V and 50 nJ. Two different nanographite dispersions with different binders (polyvinyl alcohol and cellulose nanofibres) have been made. These have been coated onto the paperboard using a bench-coater. Measurements of ESD- and paperboard-properties have been performed onto the paperboard. The measured values were within the range of what was considered acceptable to be able to create an ESD packaging. The prototype was designed materially with solid bleached board, coated with a dispersion made of 220g nanographite, 22g cellulose nanofibres and 3791g water with a solid content of 8,2%. The design has been developed with the company's existing packaging in mind together with information about the already existing ESD packages. The results from the measurements show that it is fully possible to create and produce ESD-packaging, but needs further testing after this thesis. Societal, ethical and environmental aspects have been considered during the entire study. / På grund av den snabba tekniska utvecklingen transporteras elektriska produkter över hela världen. Elektroniska komponenter har fått större kapacitet men är mindre i storleken vilket gör dem känsliga för elektrostatisk urladdning (ESD). ESD-förpackningar skyddar känsliga komponenter från elektrostatisk urladdning och elektriska fält. Det finns olika typer av förpackningslösningar beroende på produktens känslighet. Styva förpackningar av isolerande kartong, impregnerade med ett tunt, elektriskt ledande kolskikt användes i denna studie. Det ledande materialet leder den statiska elektriciteten bort från produkten, till förpackningen som är isolerad, där den säkert kan urladdas. Förpackningens insida, som normalt är klädd med ett skum för att skydda produkten inuti, är tänkt att ersättas med kartong. Syftet med examensarbetet är att undersöka om en ESD-förpackning kan skapas genom att bestryka ett kartongark med en dispersion innehållande nanografit och nanocellulosa. Homogen helblekt kartong (Solid Bleached Board, SBB) är en kartong tillverkad av pappersbruket Iggesund Paperboard, som används för grafiska produkter och förpackningar av hög kvalitet. Kartong är tillverkad av cellulosa, ett miljövänligt och hållbart material från skogen. Klassificeringar av material som används i ESD-förpackningar är indelade i hur snabbt elektricitet rör sig genom materialet. Kol ligger normalt inom intervallet 10^2 till 10^6 Ω för yt- och volymresistans. Maximal uppladdning och maximal elektrisk urladdning av förpackningen ska inte överstiga 100 V och 50 nJ. Två olika dispersioner med olika bindemedel (polyvinylalkohol och cellulosa nanofibrer) har tillverkats. Dessa har bestrukits på kartongen med en bänkbestrykare. Mätningar av ESD- och kartong-egenskaper har utförts på kartongen. Mätdata låg inom det intervall som ansågs vara acceptabelt för att kunna skapa en ESD-kartong. Prototypen, sample B, är designad materiellt med homogen helblekt kartong, bestruken med en dispersion gjord av 220g nanografit, 22g cellulosa nanofibrer och 3791g vatten med en torrhalt på 8,2%. Designen har utvecklats med företagets befintliga förpackningar i åtanke tillsammans med information om de redan existerande ESD-förpackningarna. Resultaten från mätningarna visar att det är fullt möjligt att skapa och producera ESD-kartong, men det kräver ytterligare tester efter denna studie. Samhälleliga-, etiska- och miljöaspekter kommer att beaktas under hela studien.

Le contexte énergétique international impose de nouvelles orientations au secteur du bâtiment neuf ou en rénovation. Toute nouvelle solution doit être techniquement efficace et respectueuse pour l’environnement. Il s'agit dans ce travail de thèse de réaliser une étude numérique et expérimentale de matériaux de construction biosourcés liés au contexte transfrontalier Lorrain (France-Belgique- Luxembourg). En effet, ce travail intègre une partie du projet européen « Ecotransfaire » mené pour le développement d'une filière durable propre aux éco-matériaux. La sélection des matériaux selon une liste de critères à la fois scientifiques, géographiques et environnementaux a permis de répondre à notre problématique en s'orientant vers l'intégration des matériaux biosourcés pour leurs aspects favorables à l'environnement et à l’efficacité énergétique du bâtiment. Intégrés au bâtiment, ces matériaux sont sujets à plusieurs phénomènes de transfert de chaleur et de masse. Dans un premier temps et pour mieux appréhender ces phénomènes, un modèle de transfert couplé de chaleur, d'air, d'humidité (HAM transfers) est utilisé pour simuler le comportement hygrothermique d’un matériau en bois massif à structure supposée homogène. Ce modèle, mis en œuvre et résolu par la méthode des éléments finis, a été validé par des résultats analytiques retenus dans la littérature. L'étude de sensibilité du modèle au couplage, aux dimensions dans l'espace, aux conditions aux limites et aux variabilités des paramètres d'entrée est également présentée. Une des difficultés de l’utilisation de ce modèle réside dans la prise en considération de l'aspect fortement hétérogène de certains matériaux. Ainsi, dans ce travail, nous proposons une approche de caractérisation d'un composite lignocellulosique hétérogène de structure poreuse. En effet ce matériau est composé de deux constituants bien connus dans le domaine de l’industrie de construction: Le bois et le ciment. Le bois est incorporé sous forme de granulats avec des formes et des tailles irrégulières et le ciment est utilisé comme un liant. Le travail réalisé permet de remonter aux propriétés intrinsèques équivalentes de ce matériau (conductivité thermique et perméabilité à la vapeur) à l’aide des techniques de micro-tomographie. La méthodologie suivie consiste à la détermination de la structure d'échantillon par une prise d'images à l'échelle microscopique. Une fois la structure de l’échantillon générée, une reconstruction de la représentation bidimensionnelle précède la génération de la structure tridimensionnelle à l'aide d’un outil numérique qui permet de déterminer les propriétés équivalentes des domaines reconstruits en 3D. La perméabilité et la conductivité thermique équivalentes sont les deux propriétés évaluées dans cette configuration. Ces deux propriétés dépendent fortement de la porosité et de la distribution des pores dans la phase continue (la phase solide). De plus la composition de ce matériau et les fractions volumiques de chacun de ses constituants influent sur la formation de sa microstructure et par conséquent sur ses propriétés de transferts thermiques et hydriques. L'ensemble des connaissances développées dans ce travail permet une piste sérieuse pour l'élaboration d'un éco-matériau à propriétés contrôlées pour des usages spécifiques dans la construction et la rénovation / International energy context requires a new orientation to the building sector as in construction or in renovation. Any new solution must be technically efficient and environmentally acceptable. In this thesis, the object is to achieve a numerical and experimental analysis of a building biobased materials. Some of these materials are included from the study of a transborder project to the Lorraine region (France, Belgium and Luxembourg). Indeed an Ecotransfaire project was included in this work. This project has been oriented to the development of a sustainable eco materials chain. A process of analysis has been established in order to select the materials candidates on the basis of scientific, geographical and environmental criteria. The answers are moving towards the integration of bio-based materials. These materials are subject of several heat and mass transfers phenomena. So understanding these mechanisms within a building material has been achieved firstly. This resulted on a coupled model of heat transfer, air, moisture experienced by the HAM model. This model is applied to a wooden building material whose its structure is assumed homogeneous. Then, this model was implemented and solved by the finite element method. Its numerical solution is validated by analytical results available in the literature. The study of sensitivity of the model coupling, dimensions in space, the boundary conditions and the variability of input parameters is also presented. One of the difficulties of using this model is the case of heterogeneous materials. Thus, in this work, we propose an approach of characterization of a heterogeneous lignocellulosic composite material with a porous structure. In fact, this material is composed of two components: Wood and cement. The wood is presented by a shapes aggregates with irregulars sizes and the cement is considered as the binder in the composition. The object was to predict its equivalent intrinsic properties (thermal conductivity and vapor permeability) by using the micro-tomography techniques.The methodology consists to determine the structure of the sample by taking images at the microscopic scale. Once the structure of the sample is generated, we will conduct from a reconstruction of the two-dimensional representation to a three dimensional structure by using a numerical tool which determines the equivalent properties of the 3D reconstructed domain. The permeability as well as the equivalent thermal conductivity are the two properties evaluated in this configuration. These two properties are strongly depend to the porosity and to pore distribution in the continuous phase (the solid one). Moreover the composition of the material and the volume fractions of each components influence the formation of microstructure and consequently the thermal and hydric transfers

El presente trabajo tiene por objetivo estudiar las aplicaciones de los nanocristales o ¿nanowhiskers¿ extraídos mediante hidrólisis ácida de celulosa bacteriana (BCNW) para el desarrollo de materiales poliméricos y biopoliméricos con propiedades mejoradas para su uso en aplicaciones de envasado de alimentos. En primer lugar se estudió y optimizó el proceso de extracción de BCNW. Se desarrolló un procedimiento de extracción con ácido sulfúrico, que permitió obtener nanocristales con elevada relación de aspecto y cristalinidad y al mismo tiempo, un elevado rendimiento de extracción. Este procedimiento comprende una posterior etapa de neutralización que resultó ser necesaria para garantizar la estabilidad térmica de los nanocristales. El siguiente paso consistió en la formulación de materiales nanocompuestos con propiedades mejoradas incorporando BCNW en diferentes matrices plásticas, en concreto copolímeros de etileno-alcohol vinílico (EVOH), ácido poliláctico (PLA) y polihidroxialcanoatos (PHAs). Mediante las técnicas de electroestirado y estirado por soplado se generaron fibras híbridas de EVOH y PLA con BCNW. La incorporación de BCNW en las disoluciones empleadas para producir fibras modificó significativamente sus propiedades (viscosidad, tensión superficial y conductividad) y por tanto, la morfología de las fibras se vio afectada. Además, se generaron fibras con propiedades antimicrobianas mediante la incorporación de aditivos, maximizando el efecto antimicrobiano con la adición de sustancias de carácter hidrofílico. Seguidamente, se produjeron nanocompuestos por mezclado en fundido y se desarrollaron técnicas de pre-incorporación de BCNW para evitar la aglomeración de los mismos no sólo en matrices hidrofílicas como el EVOH, sino también en matrices hidrofóbicas como el PLA. La dispersión óptima de BCNW resultó en una mejora de las propiedades mecánicas y de barrera de los nanocompuestos. También se estudió la modificación de la superficie de los nanocristales mediante copolimerización con poli(glicidil metacrilato) para mejorar la compatibilidad de BCNW con una matriz hidrofóbica como el PLA. Se incluyen además los primeros resultados obtenidos en cuanto a la producción de nanobiocompuestos sintetizados por microorganismos, que consisten en PHAs con diferentes contenidos de hidroxivalerato reforzados con BCNW. Por último, se desarrollaron películas con propiedades de alta barrera basadas en películas de BCNW recubiertas con capas hidrofóbicas. El recubrimiento mediante la deposición de fibras por electrospinning seguido de homogeneización por calentamiento garantizó una buena adhesión entre las diferentes capas, protegiendo así las películas de BCNW del efecto negativo de la humedad. / Martínez Sanz, M. (2013). Bacterial cellulose nanowhiskers to enhance the properties of plastics and bioplastics of interest in food packaging [Tesis doctoral]. Universitat Politècnica de València. https://doi.org/10.4995/Thesis/10251/30312 / Premios Extraordinarios de tesis doctorales