Polymers, in our society, are one of the materials most often used for objects fabrication. Industries use polymers for their low cost and their capacity to be easily adapted. The adaptation of the organic polymer passes by the wide variety of monomers ~d the great capacity to functionalize resins. However, bulk polymers have a low surface area and a low total pore volume that limit their use. To improve these properties, weherein used a specific method named nanocasting. A hard porous template is prepared and filled with precursors that as subsequently solidified and, finally, the template is dissolved. With tbis method two types of mesostructure could suceessfully be nanoeasted: 2D-hexagonal (SBA15) and Ia3d (KIT-6). These replie as were characterized by nitrogen adsorption, low angle X-ray diffraction, TEM images and thermogravimetric analyses. Different monomers can be used such as styrene, chlorornethylstyrene and methacrylate based monorners or a mixture of these monomers. A high crosslinker degree is needed for maintaining a rigid structure to avoid the structure collapsing after silica dissolution. Monomer can be incorporated in controlled quantity for increasing availability of functional sites. Then, that, it is possible to incorporate functional groups such as sulfonate, phosphate, both of them or amines. These functionalized materials were have been characterized by same techniques used for other replicas and additionally with elemental analysis and catalytic tests. Catalytic activity was tested with an esterification reaction to determine conversion rates and selectivity. This study confirms that the nanocasting is a convenient way to prepare functionalized nanostructured polymers. / Les polymères organiques ont la capacité d'être facilement mis en forme et facilement adaptés aux besoins spécifiques de chacune de leurs applications. Cependant, leur faible surface spécifique et leur faible volume poreux restreignent souvent leur utilisation. Pour améliorer ces deux caractéristiques de façon significative, il faut .structurer le polymère à l'échelle du nanomètre. Pour ce faire, la technique du nanomoulage a été utilisée. Cette technique consiste à utiliser un moule rigide poreux pour structurer à l'échelle nanométrique une réplique inverse à base d'autres compositions chimiques. La physisorption de gaz, la diffraction des rayons-X aux bas angles, la microscopie électronique à transmission (rEM) et l'analyse thermogravimétrique ont été utilisées pour caractériser la structure des moules et des répliques. De plus, ces polYlnères nanostructurés ont été fonctionnalisés avec des groupements acides tels que les acides sulfoniques, les acides phosphoniques, et les deux groupelnents acides simultanément, ou avec des bases telles les amines. Ces matériaux sont testés en catalyse acide hétérogène pour montrer leur efficacité et leur sélectivité ainsi que leur résistance aux solvants. Ce travail démontre que le nanomoulage est un moyen efficace de structurer les polymères organiques.

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Le travail présenté dans ce mémoire concerne le développement et l'optimisation de structures poreuses, flexibles et électriquement conductrices afin de remplacer les couches actuelles de diffusion des gaz (GDL) des piles à combustible à membrane échangeuse de protons (PEMFC), qui sont rigides et fragiles. Pour cela, un système binaire de polymères immiscibles composé de polyfluorure de vinylidène (PVDF) et de polyéthylène téréphtalate (PET) a été utilisé, présentant une structure co-continue. De faibles quantités de graphène (Gr) et/ou d'oxyde de graphène réduit (rGO) ont été ajoutées au système PVDF/PET pour générer une conductivité électrique au sein des structures GDL développées. Des nanocomposites PVDF/PET-Gr ont été élaborés en utilisant un mélangeur interne et les paramètres du procédé ont été optimisés pour assurer un malaxage adéquat et une structure co-continue. Pour générer des mats fibreux non tissés sans défauts et présentant à la fois une bonne conductivité électrique et une porosité adéquate pour la GDL, nous avons combiné le procédé d'électrofilage de polymères à l'état fondu et celui d'électropulvérisation. Tout d'abord, l'électrofilage à l'état fondu a été utilisé et les paramètres du procédé ont été optimisés pour produire des structures fibreuses à partir du composite PVDF/PET-Gr. Les systèmes contenant 3.0 % en poids de Gr ont permis de générer des mats fibreux sans défauts ayant une porosité variant entre 74% et 86 %, conforme à la plage ciblée par le DOE (Département de l'Énergie des États-Unis). Ensuite, l'électropulvérisation a été employée pour améliorer davantage la conductivité électrique des mats développés en projetant du Gr ou du rGO à la surface des fibres. L'optimisation des paramètres d'électropulvérisation a permis de diminuer la résistivité volumique des mats jusqu'à environ 4.4 Ω.cm. / The work presented in this thesis concerns the development and optimization of porous, flexible, and electrically conductive structures to replace the current gas diffusion layers (GDL) of proton exchange membrane fuel cells (PEMFC), which are rigid and fragile. For this purpose, a binary system of immiscible polymers composed of polyvinylidene fluoride (PVDF) and polyethylene terephthalate (PET) was used, presenting a co-continuous structure. Small quantities of graphene (Gr) and/or reduced graphene oxide (rGO) were added to the PVDF/PET system to generate electrical conductivity within the developed GDL structures. First, PVDF/PET-Gr nanocomposites were prepared using an internal mixer, and process parameters were optimized to ensure proper mixing and a co-continuous structure. To generate defect-free non-woven fibrous mats with both good electrical conductivity and adequate porosity for the GDL, we combined the processes of melt electrospinning and electrospraying. Firstly, melt electrospinning was employed, and process parameters were optimized to produce fibrous structures from the PVDF/PET-Gr composite. Systems containing 3.0% by weight of Gr allowed for the production of defect-free fibrous mats with a porosity ranging between 74% and 86%, aligning with the range targeted by the US Department of Energy (DOE). Subsequently, electrospraying was utilized to further enhance the electrical conductivity of the developed mats by projecting Gr or rGO onto the fiber surfaces. Optimization of the electrospraying parameters resulted in a reduction of the volumetric resistivity of the mats to approximately 4.4 Ω.cm.

Titre de l'écran-titre (visionné le 9 mai 2023) / La thèse suivante examine la conversion du CO₂ à partir d'énergie solaire en utilisant des photocatalyseurs, qui est considérée comme l'un des techniques les plus intéressantes pour résoudre les problématiques du réchauffement climatique et de la crise énergétique. Il convient de souligner que cette thèse propose trois nouveaux composites hybrides nanostructurés pour la réduction photocatalytique du CO₂. La récolte de la lumière, la séparation des charges et les réactions de surface sont des aspects critiques qui ont un impact énorme sur la photoréduction du CO₂. Les cadres organiques covalents (COF) sont des candidats appropriés pour ces processus car ils offrent des caractéristiques et des propriétés structurelles exceptionnelles. De nombreux photocatalyseurs nanostructurés sont activement développés pour la photoréduction du CO₂. Les nanostructures multidimensionnelles et les hétérostructures sont largement étudiées en raison de leurs excellents attributs tels que la séparation efficace et la longue durée de vie des porteurs de charges. De manière prometteuse, les nanostructures et les nanocomposites des cadres organiques covalentes avec le graphène et ses dérivés, les dichalcogénures métalliques et les matériaux plasmoniques présentent d'excellentes performances photocatalytiques, selon des études de la littérature. D'abord, un cadre organique covalente, à base de céto-énamine TpPa-1 et de nanofeuillets d'oxyde de graphène réduit (rGO en anglais), a été développé par la technique d'assemblage in situ pour la photoréduction du CO₂ sous la lumière du soleil. Les interactions covalentes entre TpPa-1 et le rGO ont facilité la formation des bandes avec le potentiel requis, ainsi qu'une séparation de charge améliorée et une migration rapide des porteurs de charges vers la surface pour la réduction sélective du CO₂. Le médiateur électronique [Co(bpy)₃]²⁺ a servi pour apporter sites actifs pour la coordination, l'activation et la réduction des molécules de CO₂ en CO. De plus, un cadre organique covalente (COF) nanosphérique creux à base de TpPa-1, intégrée à un atome unique de Co-1T-MOS₂ (TpPa-1/Co-1T-MOS₂), a été conçu et développé via une stratégie à double ligand pour ajuster le potentiel des bandes et améliorer la séparation des charges afin d'optimiser l'efficacité de la photoréduction du CO₂. Les interactions entre TpPa-1 et Co-1T-MoS₂ ont facilité et amélioré la séparation des charges ainsi que la migration des porteurs de charge vers la surface, ce qui a entraîné une conversion sélective du CO₂ en CO. Finalement, les nanoparticules plasmoniques Au adhérés à une structure organique covalente tridimensionnelle, à base de porphyrine creuse (COF-366-Co) et avec un atome unique de Co (COF-366-Co[indice (H)]/Au), augmentent considérablement l'efficacité de la photoréduction du CO₂. Le nanocomposite conçu utilise le transfert d'électrons énergétiques induit par le plasmon, une meilleure collecte de lumière et des réactions de surface facilitées pour conduire les réactions redox photocatalytiques. Le nanocomposite développé (COF-366-Co[indice (H)]/Au) a montré une activité prometteuse vis-à-vis de la réduction photocatalytique du CO₂ sous irradiation à la lumière visible, qui a produit CO à un taux allant jusqu'à ~1200 µmolg⁻¹h⁻¹ et avec une sélectivité de 98 % sur H₂. / The ensuing thesis examines the conversion of carbon dioxide (CO₂) to value-added chemical and fuels under solar light irradiation by employing some of the emerging photocatalytic materials known as covalent organic frameworks (COFs). This approach of photocatalytic process is considered to be one of the most viable remedies to global warming and energy crisis dilemmas. Importantly, this thesis delivers three novel nanostructured hybrid composites based on COFs for photocatalytic CO₂ reduction to value-added chemicals and fuels. Light-harvesting, charge separation, and surface reactions are critical aspects that have an enormous impact on CO₂ photoreduction. Covalent organic frameworks can be suitable candidates for these processes as they offer outstanding structural features and properties. Diverse nanostructured photocatalysts are actively being developed for CO₂ photoreduction. Multidimensional nanostructures and nanocomposite heterostructures are widely studied because of their excellent attributes such as efficient separation and long lifetime of the excited charge carriers. Promisingly, nanostructures and nanocomposites of the covalent organic frameworks with graphene and its derivatives, metal dichalcogenides and plasmonic materials exhibit excellent photocatalytic performance, according to the literature reports. In this investigation, a keto-enamine TpPa-1 covalent organic framework and reduced graphene oxide nanosheet nanocomposite are developed by an in-situ assembling technique. The covalent interactions between TpPa-1 and rGO facilitated the formation of band edges with required potential and thereby to achieve an improved charge separation along with rapid migration of charge carriers to the surface toward the selective reduction of CO₂. By the support of the electron mediator [Co(bpy)₃]²⁺ in the hybrid served as the active sites for the coordination, activation, and reduction of CO₂ molecules to CO. A hollow nano spherical TpPa-1 covalent organic framework (COF) integrated with single atom Co-1T-MoS₂ (TpPa-1/Co-1T-MoS₂) is further designed and developed through a dual-ligand strategy to tune the band edge potential and enhance the charge separation to improve CO₂ photoreduction efficiency of the system. The interactions between TpPa-1 and Co-1T-MoS₂ aided and enhanced the charge separation as well as charge carrier migration to the surface resulted in selective conversion CO₂ to CO. Au plasmonic nanoparticles adorned three-dimensional hollow porphyrin-based covalent organic framework with Co single atom (COF-366-Co[subscript (H)]/Au) is developed via dual-ligand strategy and post-synthetic metallization method and found that this system significantly boosted up the CO₂ photoreduction efficiency. It utilizes the plasmon-induced energetic electron transfer, enhanced light harvesting, and surface reactions to drive the photocatalytic redox reactions. The developed COF-366-Co[subscript (H)]/Au exhibited fine activity toward photocatalytic CO₂ reduction under visible light irradiation, which yielded the CO at a rate up to ~1200 µmolg⁻¹h⁻¹ with a selectivity of 98% over H₂.

L'exploitation de l'énergie solaire présente une solution alternative efficace pour limiter la consommation de l'énergie fossile et résoudre ainsi les problèmes qui en découlent notamment la pollution et le changement climatique. La dissociation de l'eau par le procédé de la photocatalyse est considérée actuellement comme une méthode innovante pour la photogénération de l'hydrogène (H₂) à partir d'une ressource non carbonée. Les photocatalyseurs classiques mis en jeu ne sont malheureusement activables que sous l'irradiation de l'ultraviolet, ce qui limite leur activité catalytique sous la lumière solaire principalement formée par le visible. Grâce à ses propriétés optiques et électroniques, le phosphore noir (BP) est caractérisé par une bonne absorption lumineuse étendue sur le visible, et même l'infrarouge proche. Ainsi, il présente un candidat potentiel pour les procédés photocatalytiques. Ce travail présente une méthode alternative pour la synthèse d'un nanocomposite à base du BP assisté par le phosphure de nickel (Ni₂P). Cette méthode est basée sur la transition de phase induite par l'éthylènediamine en présence des ions nickel (Ni²⁺) pour la formation in-situ du Ni₂P en tant que co-catalyseur à la surface du BP formé. Les résultats obtenus montrent que l'activité photocatalytique du nanocomposite avec un ratio molaire Ni/P de 3 % atteint 406,08 μmol.g⁻¹.h⁻¹, qui est 185 fois plus élevé que le matériau sans co-catalyseur. Le plus important, le photocatalyseur a montré une efficacité quantique élevée allant jusqu'à 48,45 % à 360 nm et 7,90 % à 400 nm. La caractérisation du matériau synthétisé a prouvé que cette performance photocatalytique pourrait être expliquée par l'absorption lumineuse étalée sur le visible ainsi que l'efficacité de la séparation des porteurs de charges assurée par un contact intime entre le co-catalyseur et le matériau principal. Ce contact établi par une liaison covalente permet également d'avoir une stabilité notable. La stabilité du nanocomposite développé s'est manifestée par une capacité importante de réutilisabilité, ce qui lui permettrait d'être un photocatalyseur performant pour une application pratique. / The exploitation of solar energy presents an effective and an alternative solution to limit the consumption of fossil energy and to solve the correspondent problems, particularly the pollution and the climate change. The water splitting using the photocatalysis process is considered currently as an innovative method for the photogeneration of hydrogen (H₂) from a non-carbon resource. The involved conventional photocatalysts are unfortunately activable only under ultraviolet irradiation, which limits their catalytic activity under sunlight, mainly composed of the visible spectrum. Thanks to its optical and electronic properties, black phosphorus (BP) is characterized by a good light absorption including the visible and even the near-infrared spectrum. Thus, it presents a potential candidate for photocatalytic processes. This work presents an alternative method for the synthesis of a BP-based nanocomposite assisted by nickel phosphide (Ni₂P). This method is based on the ethylenediamine-induced phase transition in the presence of nickel ions (Ni²⁺) for the in-situ growth of Ni₂P as a co-catalyst on the surface of the as-synthesized BP. The obtained results show that the photocatalytic activity of the nanocomposite with Ni/P molar ratio of 3% reached 406.08 μmol.g⁻¹.h⁻¹, which is 185 times higher than the bare material. Most importantly, the photocatalyst showed a high quantum efficiency of up to 48.45% at 360 nm and 7.90% at 400 nm. The characterization of the synthesized material proved that this photocatalytic performance could be explained by the light harvesting efficiency including the visible light as well as the charge carrier separation efficiency ensured by the intimate contact between the co-catalyst and the main material. Also, this contact established by a chemical covalent bond provides a notable stability. The stability of the developed nanocomposite is manifested by a significant capacity for reusability, which would allow it to be a powerful photocatalyst in a practical application.

L'une des meilleures alternatives actuelles pour prévenir et/ou réduire les déchets d'emballages est le recours aux polymères renouvelables et biodégradables. Ainsi, il existe un intérêt croissant d'améliorer les emballages existants tels que les emballages multicouches plastiques. Ces derniers contiennent différentes couches de polymères, chacune répondant à un besoin différent comme barrière aux gaz, propriétés mécaniques, qualité du scellage, etc. Pour assurer une barrière à l'oxygène, les polymères utilisés sont généralement des polymères très peu perméables tel que l'alcool éthylène vinylique (EVOH) et le nylon. Cela présente toutefois des inconvénients tels que le coût et la non recyclabilité de l'emballage. Rapportés comme étant les matériaux du 21ème siècle, les polymères nanocomposites (PNCs) sont des alternatifs prometteurs à ces matériaux d'emballages plastiques en raison de leurs caractéristiques écologiques favorables. C'est dans cette optique qu'on a développé dans ce travail des films d'emballages bicouches et quadricouches dégradables à haute barrière à l'oxygène à base de l'alcool polyvinylique (PVA), le chitosane (CS) et d'argile (montmorillonite, MMT). Ce dernier a été choisi comme charge en raison de sa disponibilité et de son prix abordable. En utilisant la technique de dépôt 'Layer-by Layer (LbL)', deux types de films avec du PVA comme couche principale sont développés; l'un avec la MMT et l'autre avec le CS. Les films bicouches et quadricouches étudiés diffèrent non seulement par le nombre de couches de l'unité répétitive (deux et quatre respectivement) mais aussi de la teneur en MMT et en CS dans chaque films. Les films obtenus sont caractérisés par diffraction des rayons X (DRX), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), la diffraction des rayons X à grand angle (WAXD), etc. Cette dernière a révélé que les films obtenus par la méthode 'Spin coating-LbL' présentent une bonne orientation de la macromolécule et des nanoplaquettes de MMT avec des interactions électrostatiques intéressantes. Les études de l'angle de contact (CA) et de la perméabilité à l'oxygène (PO) ont montré que les films quadricouches sont plus hydrophobiques avec des valeurs de PO considérablement réduites. Par conséquent, ils sont des candidats prometteurs pour une application dans l'emballage alimentaire. / One of the best alternatives to reduce current packaging waste is the use of biodegradable polymers. Thus, with the urgent need for green materials, there is a growing interest for the improvement of the existing packaging, such as the multilayer packaging. This packaging has different layers of polymers, each one fulfilling a different need like gas barrier, mechanical properties, and saleability. To ensure the oxygen barrier, a higher barrier polymer, like ethylene vinyl alcohol (EVOH) and Nylon, is generally used. This, however, has some drawbacks, such as the cost and the non recyclability of the packaging. Reported as the materials of the 21st century, polymer nanocomposites (PNCs) are promising alternatives to these plastic packaging materials due to their favorable ecological characteristics. To this aim, we have focused in this work on the development of multilayer films using spin coating assisted layer-by layer assembly technique (LbL). To provide a deeper understanding of the effect of macromolecule and nanoclay platelets orientation on barrier properties, two polymers were chosen to study hydrogen bonding based films: polyvinyl alcohol (PVA) and chitosan (CS). MMT was chosen as a filler because of its availability and affordable price. Using the LbL deposition technique, two different structures, bilayers and quadlayers films were investigated, which differ in the layers number of the repetitive unit (two and four, respectively). Two types of films were developed: PVA/MMT and PVA/CS. For the bilayer structures, two layers were deposited, one composed of PVA and one of MMT for PVA-MMT films and one of PVA and one of CS for PVA-CS films. For the quadlayer structure, four alternated layers are prepared; two composed of PVA and two of MMT for PVA-MMT-PVA-MMT films, and two composed of PVA and two of CS for PVA-CS-PVA-CS films. All films were characterized by X-ray diffraction (XRD), Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR), wide-angle X-ray diffraction (WAXD), etc. The WAXD characterization showed a parallel orientation of the macromolecule and of MMT clay nanoplatelets. The contact angle (CA) and oxygen permeability (PO) characterizations showed that all quadlayers films are hydrophobic and their permeabilities are reduced compared to neat PVA. Therefore, as results, quadlayers films appear to be good candidates for food packaging applications.

La construction usinée est un marché en pleine croissance en Amérique du Nord. Cependant, le choix des matériaux a un impact sur leurs coûts, leur temps de production et leur qualité. Par conséquent, l'objectif principal de cette thèse est de faciliter le choix des matériaux d'enveloppe et des structures des bâtiments usinés en bois au Canada et aux États-Unis, à partir de l'utilisation d'un outil de décision multicritères. Pour atteindre les objectifs, une stratégie de recherche a été conçue en trois étapes. À la première étape, une revue systématique a été réalisée pour identifier qu'elles sont les critères et les sous-critères pour sélectionner des matériaux d'enveloppe et de structure. Quant à la seconde étape, le raffinement et la validation des critères et sous-critères ont été effectués à l'aide de mesures du consensus et de l'indice de gravité (IG) à travers une étude réalisée auprès d'un groupe de vingt panélistes de la construction bois (Canada et États-Unis). À la troisième étape, l'analyse hiérarchique des procédés (AHP) a été réalisée. L'AHP s'est composé de deux phases, dans la première, la collecte de données, a été réalisée à l'aide d'enquêtes comparatives par paires. La deuxième a été la construction et l'exécution de l'AHP. Un groupe de panélistes composés de dix professionnels (Canada et des États-Unis) avec un positionnement stratégique dans le choix des matériaux pour la construction en bois a été consulté. Grâce aux résultats de la première étape, il a été possible d'obtenir les critères de choix des matériaux. Outre les critères, à partir de l'analyse documentaire, il a également été possible de relever des lacunes de recherche sur la construction en bois et l'efficacité énergétique. Des recommandations générales pour le développement de bâtiments moins énergivores ont été discutées. Quant aux critères obtenus, vingt-cinq sous-critères ont été extraits et divisés en sept critères principaux : (1) propriétés techniques; (2) matériaux durables; (3) efficacité énergétique; (4) économies de matériaux; (5) conditions du site et la logistique; (6) documentation et standardisation et (7) bénéfice social. À la deuxième étape, pour le raffinement et la validation, une plus grande importance a été accordée aux critères propriétés techniques, conditions du site et la logistique et bénéfice social. Quinze sous-critères ont été validés où seulement douze ont obtenu une priorité élevée par l'IG. Il s'agit des sous-critères (1ᵉʳ) étanchéité, (2ᵉ) facilité de mise en œuvre, (3ᵉ) santé des occupants, (4ᵉ) emplacement, forme et hauteur du bâtiment, (5ᵉ) résistance aux intempéries, (6ᵉ) performance au feu, (7ᵉ) disponibilité des matériaux, (8ᵉ) confort et bienêtre des occupants, (9ᵉ) sûreté et sécurité des occupants, (10ᵉ) esthétique, (11ᵉ) performance mécanique et (12ᵉ) documentation et standardisation. Les résultants de la troisième étape ont montré que le bénéfice social a la plus haute priorité pour la sélection des matériaux de structure et d'enveloppe, suivi des conditions du site et de la logistique et des propriétés techniques. Les cinq principaux sous-critères pour choisir des matériaux de structures étaient la sûreté et la sécurité des occupants du bâtiment, l'emplacement, la forme et la hauteur du bâtiment, le confort, la satisfaction et le bien-être du bâtiment, la santé des occupants et la disponibilité des matériaux, avec des poids globaux de 0,234, 0,218, 0,155, 0,121 et 0,098, respectivement. Pour la sélection des matériaux d'enveloppe, les cinq principaux sous-critères étaient le confort, la satisfaction et le bien-être du bâtiment, la sûreté et la sécurité des occupants du bâtiment, l'emplacement, la forme et la hauteur du bâtiment, la santé des occupants, la disponibilité des matériaux avec des poids globaux de 0,252, 0,206, 0,178, 0,132 et 0,078 respectivement. Cette étude suggère que l'AHP pourrait être une voie décisionnelle pour faciliter la sélection des matériaux de structure et d'enveloppe des bâtiments en bois au Canada et aux États-Unis. Nos résultats suggèrent que le choix des matériaux devrait prendre en compte les matériaux qui offrent des bénéfices sociaux et qui s'adaptent à la condition du site et à la logistique, plus précisément ceux liés au confort, à la satisfaction et au bien-être des occupants pour l'enveloppe. Pour la structure, ceux liés au sous-critère sûreté et sécurité des travailleurs et des occupants pour les matériaux de structure. / Prefabricated construction is a growing market in North America. However, the choice of materials has an impact on their costs, production time, and quality. The main objective of this thesis is to facilitate the choice of envelope materials and structures of manufactured wood buildings in Canada and the United States, from the use of a multi-criteria decision tool. To achieve the objectives, a research methodology was designed in three steps. In the first step, a systematic review was performed to identify what are the criteria and sub-criteria for selecting the envelope and structural materials. For the second step, the refinement and validation of the criteria and sub-criteria were carried out, using consensus measurements and the severity index (SI) through a study carried out with a group of twenty panelists of wood construction (Canada and the United States). In the third step, the Analytic hierarchy process (AHP) was performed. The AHP consisted of two phases, in the first, data collection was carried out using pairwise comparative surveys. The second was the construction and execution of the AHP. A group of panelists composed of ten professionals (Canada and the United States) with a strategic positioning in the choice of materials for wood construction was consulted. Thanks to the results from the first step, it was possible to obtain the criteria for choosing the materials. In addition to the criteria, from the literature review, it was also possible to identify research gaps on wood construction and energy efficiency. General recommendations for the development of less energy-intensive buildings were discussed. As for the criteria obtained, twenty-five sub-criteria were extracted and divided into seven main criteria: (1) technical properties, (2) durable materials, (3) energy efficiency, (4) material savings, (5) conditions site and logistics, (6) documentation and standardization, and (7) social benefit. In the second step, for refinement and validation, greater importance was given to the criteria technical properties, site conditions and logistics, and social benefit. Seventeen sub-criteria were validated where only thirteen were given high priority by the SI. These are the sub-criteria (1ˢᵗ) watertightness, (2ⁿᵈ) ease of implementation, (3ʳᵈ) health of occupants, (4ᵗʰ) location, building shape and height, (5ᵗʰ) weather resistance, (6ᵗʰ) fire performance, (7ᵗʰ) availability of materials, (8ᵗʰ) comfort and well-being of occupants, (9ᵗʰ) safety and security of occupants, (10ᵗʰ) aesthetics, (11ᵗʰ) mechanical performance, and (12ᵗʰ) documentation and standardization. The results of the third step showed that social benefit has the highest priority for the selection of structural and envelope materials, followed by site conditions and logistics as well as technical properties. The five main sub-criteria to choose structural materials were building occupant safety and security, building location, shape and height, building comfort, satisfaction and well-being, occupant health, and availability of materials, with overall weights of 0.234, 0.218, 0.155, 0.121, and 0.098, respectively. For the selection of envelope materials, the five main sub-criteria were comfort, satisfaction and well-being of the building, safety and security of the occupants of the building, location, shape and height of the building, occupant health, and material availability, with overall weights of 0.252, 0.206, 0.178, 0.132 and 0.078 respectively. This study suggests that AHP could be a decision-making pathway to facilitate the selection of structural and envelope materials for wood buildings in Canada and the United States. Our results suggest that a material choice pathway should take into account materials that provide social benefits and suit the site condition and logistics, more specifically, those related to the comfort, satisfaction, and well-being of the occupants for the envelope. For the structure, those related to the safety and security of workers and occupant's sub-criterion for structural materials.

Le lactosucrose est un trisaccharide synthétisé par la bioconversion du lactose et du saccharose en utilisant la β-galactosidase à partir d’Aspergillus oryzae. La production industrielle du lactosucrose est onéreuse à cause du coût élevé des enzymes, d’où le recours à immobiliser ces enzymes. Dans cette optique, sept différents matériaux siliceux mesostructurés ont été utilisés pour immobiliser la β-galactosidase, en utilisant le glutaraldhéyde. La majorité des matériaux présente une bonne activité. Cependant, l’enzyme immobilisée sur la silice en forme de mousse montre un rendement maximal, dépassant celui de l’enzyme libre. En plus, un rendement équivalent à 75% de celui obtenu à la première utilisation du matériau est maintenu pour la plupart des biocatalyseurs, après un 5ème recyclage. Une concentration équimolaire de 60% entre les substrats, un pH de 5 et une température de 40°C se sont révélés optimaux pour la production du lactosucrose qui a atteint une concentration de 76,27 g/L. / Les oligosaccharides sont des glucides qui modulent la flore colique et améliorent l’équilibre de la santé humaine. Ils sont largement utilisés comme prébiotiques. Le lactosucrose est un oligosaccharide qui attire de plus en plus le milieu scientifique et industriel. Il est un trisaccharide (Glucose-Fructose-Galactose), non digestible avec un pouvoir sucrant faible. Ce trisaccharide peut être synthétisé par voie enzymatique, via la bioconversion du lactose et du saccharose, et ceci en utilisant la levansucrose, la fructofuranosidase ou la β-galactosidase. Durant ce travail, la β-galactosidase extraite à partir d’Aspergillus oryzae a été utilisée pour synthétiser le lactosucrose. Dans un premier temps, et afin d’optimiser le rendement en lactosucrose, nous avons étudié différents paramètres avec l’enzyme libre. Une concentration équimolaire de 60% entre le lactose et le saccharose, un pH de 5 et une température de 40°C se sont révélés optimaux pour la production du lactosucrose. L’optimum est obtenu avec un rendement de 25% (76,27 g/L) en lactosucrose. Un sous-produit a été isolé, il s’agit d’un autre oligosaccharide (tetrahexose) avec une concentration de 14,52 g/L. La production actuelle du lactosucrose et d’autres oligosaccharides à l’échelle industrielle est onéreuse due au coût élevé des enzymes, d’où le recours à immobiliser celles-ci pour pouvoir les recycler et les réutiliser et par conséquent, minimiser les coûts de production. Dans cette deuxième partie, nous avons utilisé sept différents matériaux siliceux pour immobiliser l’enzyme (β-galactosidase d’Aspergillus oryzae) en utilisant le glutaraldéhyde (GA) comme agent de ‘cross-linking’, et effectuer la réaction de transglycosylation par la suite dans une approche hétérogène et comparer le rendement de la réaction avec celui de l’enzyme libre (approche homogène). Les matériaux synthétisés ont différentes tailles de pores qui varient de 5 à 24 nm et aussi différentes formes poreuses (hexagonale, cubique, sphérique, forme d’oignon, etc.). Cette différence de taille et de forme a affecté énormément la rétention enzymatique par ces matériaux ainsi que le rendement de la réaction en phase hétérogène. La majorité des matériaux synthétisés présentent une bonne activité. Cependant, l’enzyme immobilisée sur la silice en forme de mousse (MCF) montre un rendement maximal, qui dépasse celui obtenu par l’enzyme libre, ce qui confirme que l’immobilisation d’enzyme sur des supports siliceux mesostructurés peut conférer à l’enzyme des conditions réactionnelles améliorées afin d’augmenter sa stabilité et par conséquent sa performance. Le recyclage de ces biocatalyseurs a été effectué 5 fois successives. Le rendement obtenu à la 5ème régénération est équivalant à plus que 80% du rendement initial pour la majorité des matériaux testés.

Les matériaux mésostructurés organosiliciques peuvent être modifiés par différentes techniques permettant l'incorporation de groupements fonctionnels leur conférant une double fonctionnalité. Ainsi, il est possible d'introduire la fonction acide sulfonique ur un matériau mésostructuré organosilicique éthylène-silice par alkylation des éthylènes de surface par le benzène en présence de chlorure d'aluminium suivi d'une sulfonation. La fonction acide perfluoroalkylsulfonique peut être greffée à un matériau mésoporeux organosilicique éthane-silice par l'entremise des hydroxyles de surfaces réagissant avec l' acide ß-sultone 1 , 2,2-trifluoro-2-hydroxy-I-trifluorométhyléthane. Finalement, le groupement fonctionnel acide perfluoroalkylsulfonique a été introduit dans une matrice mésostructurée organosilicique éthane-silice par co-condensation du silane acide perfluoroalkylsulfonique et du silsesquioxane 1,2-bis(triméthoxysilyl)éthane dans une solution micellaire acide. Généralement, les matériaux ont été caractérisés par analyse élémentaire CNS, titration acido-basique, diffraction des rayons X, microscopie électronique à transmission, volumétrie d' azote à 77K, RMN MAS du 13C, 19F et 29Si, analyse thermogravimétrique, spectrométrie infrarouge à transformées de Fourrier de la pyridine adsorbée chimiquement et analyse de la conductivité protonique des poudres. Les résultats ont été analysés et comparés avec ceux obtenus sur des matériaux possédant des fonctionnalités similaires. Les résultats de la caractérisation ont confirmé que les trois types de matériaux synthétisés présentent une forte acidité dans un réseau hydrophobe mésoporeux. Par contre, le matériau mésostructuré organosilicique fonctionnalisé par l'acide sulfonique possède des sites acides plus faibles comparativement aux matériaux possédant des fonctions fluorés acides. Le matériau mésostructuré organosilicique fonctionnalisé par l'acide perfluorosulfonique présente une faible stabilité thermique. Finalement, le matériau mésostructuré organosilicique fonctionnalisé par le silane acide perfluoroalkylsulfonique dispose de la densité de sites acides la plus faible. L' activité catalytique des catalyseurs organosiliciques acides a été évaluée pour la réaction de condensation de l'heptanal et l'acétali sation de l'heptanal par le I-butanol. En accord avec les résultats de la caractérisation, les catalyseurs acides hydrophobes ont démontré un potentiel élevé pour les réactions chimiques produisant de l'eau qui désactive les sites.

Les matériaux de friction les plus populaires pour les applications de plaquettes de frein d’éolienne sont les composites à matrice métallique à base de cuivre fabriqués par la méthode de métallurgie des poudres. D'une part, le cuivre a une bonne conductivité thermique et disperse adéquatement la chaleur générée lors du freinage. D'autre part, la métallurgie des poudres permet une addition facile de diverses poudres avec une distribution uniforme, tout en limitant la ségrégation et les réactions indésirables. Ces matériaux incorporent des renforts (additifs) dans diverses fractions volumiques pour contrôler le coefficient de frottement, la résistance à l'usure ainsi que les propriétés mécaniques. La simple sélection de renforts selon diverses proportions n’est pas suffisante pour obtenir les propriétés mécaniques et tribologiques souhaitées. les propriétés suivants des additifs ont des effets significatifs sur les caractéristiques mécaniques et tribologiques de ces matériaux: leur 1) dureté, 2) résistance, 3) réactivité de surface, 4) taille, 5) forme, 6) ténacité et la conductivité thermique ainsi que 7) leurs liaisons à la matrice et les propriétés de leur interface avec la matrice. Ce projet porte une attention particulière à la modification des liaisons entre les additifs et la matrice et au choix des additifs de bons taille, forme et type. Ce travail de recherche met en évidence le développement d'une large gamme de nouveaux matériaux de friction pour les plaquettes de frein qui peuvent être adaptés à différentes applications en fonction des propriétés tribologiques et mécaniques requises. La comparaison avec le matériau commercial existant est présentée en termes de coefficient de frottement (COF), de taux d'usure et de propriétés mécaniques. Les nouvelles formulations permettent de réduire le taux d'usure moyen d’environ 6 fois et d'augmenter le COF de 55% allant de 0,28 à 0,43. La charge de cisaillement maximale et la dureté Brinell peuvent augmenter respectivement jusqu’à 3,5 fois et 47%. / The most popular friction materials for brake pad applications are copper-based metal matrix composites fabricated with the powder metallurgy process. On the one hand, copper has good thermal conductivity and disperses heat generated during braking. On the other hand, powder metallurgy (PM) allows easy addition of various powder additives with even distribution and limits segregation and undesirable reactions. These materials incorporate reinforcements (additives) in various volume fractions in order to control the coefficient of friction, wear resistance, and mechanical properties. To achieve the desired mechanical and tribological properties, selection of additives with their respective proportion is not sufficient. Hardness, strength, surface reactivity, size, shape, toughness, and thermal conductivity of the additives, as well as their adhesion strength to the matrix and the properties of their interface with the matrix have significant effects on the mechanical and tribological characteristics of the friction materials. Particular focus is made on modifying the bonds between the additives and the matrix and choosing the additives with the right size, shape, and chemistry. This research highlights the development of a wide range of novel PM brake pad lining materials, which can be tailored to different applications depending on the required tribological and mechanical properties. A comparison with existing commercial material is presented in terms of the coefficient of friction, wear rate, and mechanical properties. The new formulations allow reduction of the average wear rate by 6 times and increase the COF by 55 % ranging from 0.28 to 0.43. In addition, the maximum shear load and Brinell apparent hardness can increase by 3.5 times and 47 %, respectively.