Des mélanges de polymères à base d’amidon ont été élaborés par extrusion avec pour objectif de concilier résistance au choc élevée (> 20 kJ/m²) et module d’Young relativement important (> 1000 MPa). Dans un premier temps, un élastomère, le polystyrène-b-poly(éthylène-co-butylène)-b-polystyrène (SEBS) a été associé à un polypropylène greffé amidon, l’augmentation du taux de SEBS dans le mélange permettant un accroissement important de la déformation à la rupture et de la résistance au choc (respectivement d’un facteur 7 et d’un facteur 2,5) au détriment du module d’Young (divisé par près de 2). Dans un deuxième temps, une structure co-continue entre un mélange amidon plastifié/SEBS greffé anhydride maléique (SEBSgMA) et du polypropylène (PP) a été recherchée en vue de stabiliser le mélange et favoriser la compatibilité entre les phases. Le mélange aux propriétés mécaniques optimisées, composé de 35% d’amidon plastifié, de 15% de SEBSgMA et de 50% de PP, présente un module d’Young et une résistance au choc inférieurs d’environ 33% au cahier des charges ciblé. Pour remédier à cette déficience et augmenter le pourcentage de biosourcé (amidon) dans le mélange final, des formulations à base d’amidon plastifié, de polyoléfines greffées et de SEBS ont enfin été mises au point. Le meilleur compromis a été identifié pour une formulation à base d’huile et de polyoléfine de type copolymère PE/PP greffé anhydride maléique, complétée par un polypropylène, le pourcentage de biosourcé atteignant in fine 50%. / Starch-based polymer blends were melt-compounded by extrusion aiming at combining high impact strength (> 20 kJ/m²) and reasonably high Young modulus (> 1000 MPa). At first, an elastomer, a polystyrene-b-poly(ethylene-co-butylene)-b-polystyrene (SEBS), was associated with a starch-grafted polypropylene, the SEBS content increase in the mixture allowing a significant increase in elongation at break and impact strength (by a factor 7 and 2,5 respectively) at the expense of Young’s modulus (divided by 2). Then, a co-continuous structure between a plasticized starch/SEBS grafted with maleic anhydride (SEBSgMA) mixture and a polypropylene (PP) was developed to stabilize the blend and to promote the compatibility between the phases. The blend having optimized mechanical properties (values however still 33% lower than the targets) is made of 35% of plasticized starch, 15% of SEBSgMA and 50% of PP. Thereafter, in order to increase the biobased content and to improve mechanical properties, blends between plasticized starch, SEBS and polyolefins grafted maleic anhydride were developed. The best compromise was identified for an oil-based formulation including as polyolefin a copolymer PE/PP grafted with maleic anhydride, complemented by a polypropylene; in that case the biobased rate reaches 50%.

Ces travaux ont pour objet l’élaboration de nouvelles structures poreuses non tissées antibactériennes. Différentes stratégies ont été développées : l’une a consisté à élaborer des mats poreux par electrospinning en utilisant un polymère biosourcé et biocompatible et l’autre voie consistait à modifier un support fibreux provenant d’un masque de protection respiratoire commercial. La méthode des assemblages par interactions ioniques en superposant de façon alternative les couches de polymères cationiques et les polymères anioniques à la surface du filtre médian en polypropylène (PP) a permis d’élaborer de nouvelles structures ayant de bonnes propriétés antioxydantes et antibactériennes. Le polymère anionique, dérivé du polymère de cyclodextrine présente l’avantage de pouvoir encapsuler un agent antimicrobien biosourcé, le carvacrol. Une autre approche a consisté à modifier des supports en PP avec de l'acide tannique, un polyphénol d'origine naturelle. Dans cette étude, deux stratégies ont été mises en place afin de fonctionnaliser le PP avec de l’acide tannique (AT). La première est l’extrusion réactive du PP avec l’AT en présence (ou non) de peroxyde de dicumyle (DCP) pour greffer directement l’acide tannique sur le PP. La deuxième stratégie consiste à polymériser l’AT au travers d’une couche poreuse de PP extraite d’un masque de protection commercial, afin de permettre l’immobilisation physique de l’AT à la surface du mat fibreux en PP. Le greffage en surface via un procédé “grafting from” a également été étudié. Ces matériaux ont montré de bonnes propriétés antiradicalaires. / The purpose of this work is to develop new antibacterial non-woven porous structures. Different strategies were developed: one was to develop porous structures by electrospinning using a biosourced and biocompatible polymer, the other was to modify a fibrous support from a commercial respiratory protection mask. Assembling materials using ionic interactions by alternatively superposing cationic polymer layers and anionic polymers on the surface of the polypropylene (PP) median filter allowed to develop new structures with good antioxidant and antibacterial properties. The anionic polymer, derived from the cyclodextrin polymer, has the advantage of being able to encapsulate a bio-based antimicrobial agent, carvacrol. Another approach was to modify PP filters with tannic acid, a naturally occurring polyphenol. In this study, two strategies were implemented to functionalize PP with tannic acid (TA). The first is the reactive extrusion of PP with TA in the presence (or not) of dicumyl peroxide (DCP) to directly graft tannic acid onto PP. The second strategy consists in polymerizing the TA through a porous layer of PP extracted from a commercial mask, in order to allow the physical immobilization of the TA on the surface of the PP fibrous mat. Surface grafting using a "grafting from" process was also studied. These materials have shown good anti-free radical properties.

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.

L'objectif de ce travail est de proposer des composites totalement biosourcés à application potentielle pour l'aménagement cabine et conforme aux exigences REACh. L'utilisation de fibres végétales comme renforts de matrices polymères est une voie prometteuse qui permet de réduire l'impact environnemental, tout en diminuant la masse. Une nouvelle matrice polyamide biosourcée synthétisée par Arkema - Polyamide méta-xylylène diamine 10 - a été utilisée pour cette étude. Une étude préliminaire de composites Polyamide 11/poudre de bambou a montré que l'introduction du renfort ne perturbait pas la structure physique de la matrice. De plus, l'optimisation des propriétés mécaniques s'effectue en l'absence d'agent de couplage. Les composites fibres continues de bambou/PA mXD 10 qui sont également mis en œuvre sans agent de couplage, ont des modules de cisaillement supérieurs à ceux des composites synthétiques de référence fibre de verre/matrice phénolique, avec un gain de masse de l'ordre de 50%. / The aim of this work is to propose fully bio-based composites for a potential application in the cabin interior, and compliant with the REACh regulations. The use of vegetable fibers as reinforcement into polymeric matrices is an encouraging way to decrease the environmental impact, end the weight as well. A new bio-based polyamide matrix, synthetized by Arkema - Polyamide meta-xylylene diamine 10 - was used in this work. A preliminary study on Polyamide 11/bamboo powder showed the introduction of the fillers did not modified the physical structure of the matrix. Moreover, the optimization of the mechanical properties occurs with no coupling agent. The continuous bamboo fibers/PA mXD 10 composites, which were also processed without coupling agent, present shear moduli superior than the one of the synthetic reference glass fibers/phenolic, with a gain of weight about 50%.

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.

Les nanoparticules d'argile sont des ressources naturelles largement disponibles et peu coûteuses présentant de nombreuses caractéristiques telles qu'une grande surface spécifique, une imperméabilité aux gaz, ainsi que des propriétés mécaniques et thermiques élevées. Elles ont donc attiré depuis plus de trois décennies une attention particulière, notamment pour le renforcement des matériaux à base de polymères. Cependant, les nanoparticules d'argile à l'état natif souffrent d'une incompatibilité, donc de faibles interactions interfaciales et de d'une mauvaise dispersion avec/dans la plupart des matériaux polymères organiques à cause de leur hydrophilie intrinsèque et des fortes interactions entre les feuillets constitutifs. Ainsi, l'un des principaux défis dans le développement de nanocomposites polymères à base d'argile (NAPs) avec des propriétés mécaniques avancées repose sur le contrôle au niveau à l'échelle moléculaire des propriétés interfaciales entre l'argile et la matrice polymère. En tenant compte des critères du développement durable, du génie civil et de l'économie verte, nous avons développé, dans la première partie de cette thèse, des nano-renforts réactifs et pré-exfoliés qui peuvent être incorporés dans une grande série de matrices (bio)polymères en donnant lieu à de fortes interactions avec les dites matrices et conduisant pour un à des comportements mécaniques améliorés. Afin de mieux répondre à ces spécificités, nous avons mis en oeuvre des approches vertes pour la préparation de ces nano-renforts génériques, à savoir la photopolymérisation a été utilisée comme faible consommateur d'énergie et une méthode rapide et peu énergivore pour la fonctionnalisation de surface des argiles, un protocole sans solvant a été utilisé pour préparer des nanocomposites ternaires, tandis que des biopolymères (amidon, cellulose) ou des précurseurs d'origine biologique (huiles végétales époxydées) ont servi de milieux de dispersion. Les résultats principaux issus de cette première partie peuvent être résumés comme suit : - La morphologie et la réactivité des nano-renforts d'argile sont aisément contrôlées en ajustant le temps de photo-polymérisation et en choisissant un monomère vinylique approprié. - Les méthodes de préparation permettent la préparation d'échantillons de à l'échelle des grammes. - La chimie surface des nano-renforts réactifs et pré-exfoliés peut être ajustée afin d'assurer la compatibilité avec les des biopolymères préformés thermoplastiques et des résines thermodurcissables, tels que l'amidon et les résines époxyde biosourcées, respectivement. - Les propriétés mécaniques des nanocomposites ternaires ainsi obtenus sont fortement améliorées comparés aux en comparaison des matrices polymères pures grâce à la dispersion homogène et fine des feuillets du nano-renfort dans la matrice polymère et aux fortes interactions interfaciales entre ces deux constituants / Clay nanoparticles (CNP) are abundantly available low-cost natural resources with numerous positive attributes such as large surface area, impermeability to gas, superior mechanical and thermal properties so that they have attracted over the last three decades significant attention, notably for the reinforcement of polymer-based materials. However, CNP suffer from incompatibility, hence weak interfacial interactions and poor dispersion with/in most of organic polymeric materials because of their intrinsic hydrophilicity and strong interlayer interactions. This limitation is one of the major reasons why polymer nanocomposites have to date remained mainly in laboratories. Thus, one of the key challenges in developing clay-based polymer nanocomposites (PCNs) with advanced thermo-mechanical, gas barrier...properties relies on the control at the molecular level of the interface properties of clay nanoplatelets-filled polymer resins. Taking into account the criteria for sustainable development, civil engineering and green economy, we have developed, in the first part of this thesis, reactive and pre-exfoliated clay nanofillers that may be further incorporated in a diverse set of biopolymer matrices and giving rise to strong energy interactions with the said matrices for improved mechanical behavior. To ensure a closer fit of these specifications we have implemented green approaches for the preparation of these generic nanofillers, namely photopolymerisation was used as a low energy consumption and fast method for the surface functionalization of native clays, solvent-free protocols were applied to prepare polymer nanocomposites, while biopolymers (starch, cellulose) or bio-based precursors (epoxidized vegetal oils) served as dispersion media. By controlling the preparation conditions, reactive clay nanofillers with adjustable interlayer spacing and chemical surface reactivity were prepared. Of particular interest is that the layered-like structure of the clay nano ller is preserved while the d-interlayer spacing can be increased though increasing the photopolymerization time, i.e. amount of polymer within the clay nanosheets. Our major results from the the first part can be summarized as follows: Morphology and reactivity of clay nanofillers are easily controlled though adjusting the photopolymerization time and selecting adequate vinyl monomer. - The newly preparation methods allow preparation of samples beyond the gram-scale. - Reactive and surface chemistry of pre-exfoliated clay nanofillers can be tuned to provide compatibility with both conventional preformed biopolymers and bio-based epoxy resins. - The mechanical properties of the resulting polymer nanocomposites are improved as compared to the neat polymeric matrices owing to the strong interface interaction between fillers and dispersion matrices

Les travaux présentés concernent le développement d'un matériau composite (matrice polymère + fibre) pour l'élaboration de profilés de fenêtre mis en œuvre par un procédé de pultrusion. Dans le cadre de ces travaux, plusieurs polymères vinylester biosourcés ont été développés en tant que matrice de ce matériau composite. Une résine vinylester est réalisée en deux étapes : tout d'abord la synthèse du prépolymère vinylester, correspondant à un monomère (méth)acrylé porteur de fonctions ester et qui possède des doubles liaisons polymérisable à ses extrémités. Puis, la formulation du matériau vinylester est effectuée par le mélange du prépolymère vinylester avec un monomère copolymérisable, appelé diluant réactif. Enfin, le matériau est réticulé par polymérisation radicalaire, à l'aide d'un amorceur radicalaire.Dans un premier temps, une étude modèle a été réalisée : de la synthèse du prépolymère vinylester à partir d'une molécule modèle (DGEBA) à la formulation d'un matériau vinylester par polymérisation radicalaire. Plusieurs bioressources ont ensuite été étudiées afin de remplacer le DGEBA qui est issu du bisphénol A, composé CMR, groupe 2. La stratégie a été tout d'abord d'étudier des bioressources commercialisées, tels que les huiles végétales et le cardanol qui est un sous-produit de l'industrie de la noix de cajou. Puis un produit non biosourcé, mais non classé, du nom de TACTIX a été étudié également. Et enfin des bioressources non commercialisées actuellement, tels que l'isosorbide qui est un dérivé du sucre et le phloroglucinol, qui est extrait d'écorce d'arbres ont également été étudié pour la synthèse de prépolymère VE et de matériaux VE. Le diluant réactif le plus utilisé actuellement est le styrène, qui est un composé très volatile et classé nocif. Plusieurs diluants réactifs ont donc été testés avec les prépolymères VE synthétisés afin de remplacer le styrène par des composés peu volatiles et non nocifs. Enfin, trois matériaux composite renforcés par des fibres de lin, ont été fabriqués par mini-pultrusion, à partir des systèmes étudiés (prépolymère VE synthétisé et diluant réactif). / The study presented concern the development of composite material (polymer matrix + fibres) in order to produce windows profiles by a pultrusion process. In the context of this work, several biobased vinylester polymers have been developed as matrix of the composite material. A vinylester resin is formed in two steps: firstly the synthesis of vinylester prepolymer, corresponding to a (meth)acrylated monomer carrying an ester function and having polymerizable double bonds at its ends. Next, the formulation of vinylester material is performed by mixing the vinylester prepolymer with a copolymerizable monomer, called reactive diluent. Finally, the material is crosslinked by radical polymerization, using a radical initiator.First, a model study was conducted: in the synthesis of vinylester prepolymer from a template molecule (DGEBA) to the formulation of a vinylester material by radical polymerization. Severals bioresources were then studied in order to replace the DGEBA which is from bisphenol A, compound CMR, group 2. The strategy was first to study marketed bioresources, such as vegetable oils and cardanol which is a by-product of the cashew nut shell industry. Next, a non-biobased but not listed compound, of the name of TACTIX has also been studied. Finally, bioresources not currently marketed, such as isosorbide which is a sugar derivative and phloroglucinol, which is extracted of bark of trees have also been studied for the synthesis of VE prepolymers and VE materials. The reactive diluent the most currently used is styrene, which is a very volatile and harmful compound. Several reactive diluents were tested with the VE prepolymers synthesized in order to replace the styrene by compounds with low volatility and less harmful. Finally, three composites materials reinforced with flax fibres, were made by mini-pultrusion, from the systems studied (VE prepolymer synthesized and reactive diluent).

La ouate de cellulose utilisée pour l’isolation est fabriquée à partir de fibres de papier broyé, traitées avec des additifs minéraux agissant comme agents ignifuges et antifongiques. La conductivité thermique du matériau final est aux alentours de 0,04 W/m.K, ce qui est comparable à la laine de verre, avec l’intérêt d’être fabriqué à partir de matériaux recyclés, représentant un taux d’énergie grise beaucoup plus faible. Le mode de mise en oeuvre par voie humide de la ouate de cellulose a plusieurs avantages par rapport à la voie sèche. Le fait que les fibres de cellulose se rigidifient avec l’eau, empêche le tassement du matériau, qui peut engendrer des ponts thermiques dans l’enveloppe du bâtiment. Par contre, la durée de séchage peut être très longue et variable selon le dosage utilisé et les conditions ambiantes d’application. Ce projet de recherche vise à trouver l’additif idéal permettant d’accélérer le séchage tout en conservant une bonne cohésion du matériau et le maintien de ses propriétés isolantes. Deux types de ouate de cellulose utilisés en isolation ont été caractérisés. Ils ont montré des différences de composition chimique, granulométrie et morphologie. L’influence de leurs caractéristiques physiques telles que la rétention d’eau, les isothermes d’adsorption d’eau et les proportions d’eau libre et liée sur le séchage du matériau final a été mise en évidence. Du point de vue de la mise en oeuvre, il a été démontré que le dosage en eau avait un impact important sur les propriétés finales du matériau. La densité, la résistance en compression et la conductivité thermique augmentent avec le dosage en eau. Un minimum de 14 kPa pour le module de compression a été défini comme le seuil de résistance permettant d’éviter le tassement. Ces propriétés ont été comparées avec celles de la ouate de cellulose compactée à sec et les résultats ont montré la forte influence de la rigidification et de la fermeture des pores du matériau. Deux voies ont été envisagées pour résoudre le problème du temps de séchage : l’ajout d’additifs aux propriétés adhésives permettant de réduire la quantité d’eau introduite en renforçant la cohésion de l’isolant, et l’ajout d’additifs permettant de modifier la tension de surface pour faciliter le départ de l’eau. Les additifs biosourcés potentiels ont été caractérisés à différentes concentrations et classés selon leur viscosité et leur pouvoir collant. Malheureusement plusieurs additifs ont dû être rejeté car ils présentaient un couple « propriété adhésive/pompabilité » non adapté. Une gamme de tensioactifs a également été testée par rapport à leurs tensions de surface. Les formulations pompables ont étés caractérisées par rapport à leurs temps de séchage, résistance en compression et conductivité thermique. Les additifs qui ont montré des contributions positives sur le séchage sont les lignosulfonates et le tensioactif cationique CTAB. L’influence de ces deux additifs a ensuite été étudiée avec un modèle numérique à travers le logiciel WUFI en prenant en compte l’impact sur le séchage, la météo, le dosage liquide et l’épaisseur de l’isolant. Les conditions optimales ont été définies. Le lignosulfonate s’est avéré être l’additif le plus efficace. Une première évaluation de la performance des nouveaux isolants en termes de résistance au feu et à la moisissure a été réalisée et des indications pour la suite de l’étude ont été proposées. / Cellulose insulation is manufactured from recycled paper fibres, treated with mineral additives acting as flame retardants and antifungals. Its consistency is similar to cotton wool. The fibres are sold in bulk to be blown into the walls and attics. Its thermal conductivity is around 0.04 W/m.K, which is comparable to glass wool, but it is made with recycled materials and has much lower embodied energy levels. It can be either blown dry or sprayed with water. The wet spray method for cellulose insulation has several benefits compared to the dry process. Since the cellulose fibres become rigid after drying, it prevents the compaction of the material thus avoiding thermal bridges in the building envelope. However, the time to reach the dry state may be very long and variable depending on the dosage used and the environmental conditions of application. There are many bio-based additives that can contribute to the reduction of this period and improve the cohesion of the material. This research project aims to find the optimal additive for this application while retaining the favourable properties of the insulating material. Two cellulose types have been characterized with regards to the properties of the fibres to determine their performance with water. Both samples showed differences in chemical composition, grain size, and morphology. The values of water retention, water adsorption isotherms and the proportions of free and bound water have been factors which have shown an influence on the drying of the insulation. Density, compressive strength, and thermal conductivity increased with moisture dosage. A minimum of 14 kPa for the compression module was defined as the resistance threshold to avoid settling. These properties were compared with those of the cellulose insulation compacted to dryness and the results showed the strong influence of the stiffening and pore closing process upon drying, on these properties. Potential bio-based additives were classified and characterized with regards between concentration, viscosity, and adhesive strength. A relationship between these parameters was established. Most showed Newtonian behaviour at low concentrations, with some non- Newtonian concentrations having a pumpable viscosity. Unfortunately several additives which showed good adhesive properties were too viscous and vice versa. A range of surfactants were also considered. Sprayable formulations were characterized with respect to their drying time, compressive strength and thermal conductivity. Additives which have shown positive contributions drying are the lignosulfonate and the cationic surfactant CTAB. The influence of these additives on drying, with varying weather, liquid dosage and thickness of insulation was defined with a numerical model through the WUFI software. Optimal conditions in which the lignosulfonate additive is more effective have been defined. A first assessment of the performance of new formulation in terms of fire and mould was made and indications for the continuation of the study of the material were formalized.

Face à la problématique énergétique du bâtiment et l’impact environnemental lié, il apparait que les enveloppes hygroscopiques sont une piste prometteuse en termes d’amélioration du confort thermique, de qualité de l’air intérieur, de consommation énergétique et de régulation de l'humidité intérieure. Aujourd'hui, on manque de valeurs de référence du comportement hygrothermique transitoire de ce type d’enveloppes. La physique des transferts hydriques dans les matériaux hygroscopiques, aptes à fixer l’humidité, est complexe et rend difficile la modélisation des transferts couplés de chaleur et de masse. Une approche expérimentale et numérique du comportement thermo hydrique des enveloppes hygroscopiques a donc été menée avec une caractérisation multi-échelle. Ainsi, le monitoring de quatre maisons habitées a été sujet de caractérisation au niveau de la première échelle. L’étude à l'échelle du matériau a permis de caractériser les propriétés liées aux transferts de chaleur et de masse. Le couplage thermo-hydrique a fait l'objet d'une étude spécifique à l'échelle de la paroi. Les implémentations différences finies et éléments finis ont abouti à une analyse fine des transferts à l'échelle de cellules-test avec un travail de réduction d'ordre nécessaire pour limiter les temps de calcul. L’accent est mis sur les effets de l’humidité apportés dans les ambiances intérieures afin de valider un outil numérique développé dans ce travail. Les enveloppes hygroscopiques choisies sont composées de matériaux biosourcés tels que le bois massif, le béton de bois, la terre et paille. Les enveloppes de travertin et de plaques de plâtre sont également étudiées. / In front of the building energy issues and environmental impact bound, it appears that the hygroscopic envelopes are a promising track in terms of improving of the thermal comfort, indoor air quality, energy consumption and indoor humidity regulation. Today, we lack reference values of the transient hygrothermal behavior of this envelope type. The physics of moisture transfer in hygroscopic materials (capable to fixing moisture) is complex and makes it difficult modeling of coupled heat and mass transfers. Experimental and numerical approaches of hygrothermal behavior in hygroscopic envelops was therefore conducted with a multi-scale visions. Thus, monitoring of four habited houses was the characterization focus at the first scale. The study on the material scale allowed to characterize the properties related to the heat and mass transfer. The hygrothermal coupling has been the subject of a specific study at a wall scale. Finite differences and finite elements implementations have resulted in a detailed analysis of transfers across cell-test with a reduction work of order required to limit the calculation time. Emphasis is placed on the effects of moisture brought in indoor environments in order to validate a digital tool developed in this work. The selected hygroscopic envelopes are composed of biosourced materials such as massive wood, wood concrete, earth and straw. Envelopes of travertine and plasterboard are also studied.

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