Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-02-11T16:07:46Z No. of bitstreams: 1 Dissertaçãofinal(Joana)_5.pdf: 7563721 bytes, checksum: 6eb58f6fc77c52346c7316a69f87aa38 (MD5) / Approved for entry into archive by Uillis de Assis Santos (uillis.assis@ufba.br) on 2016-02-11T21:39:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Dissertaçãofinal(Joana)_5.pdf: 7563721 bytes, checksum: 6eb58f6fc77c52346c7316a69f87aa38 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-02-11T21:39:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Dissertaçãofinal(Joana)_5.pdf: 7563721 bytes, checksum: 6eb58f6fc77c52346c7316a69f87aa38 (MD5) / A pesquisa científica da área polimérica tem apresentado uma tendência crescente de investigação dos nanocompósitos. Esse maior espaço tem sido angariado por conta da natureza e possíveis aplicações, ainda não completamente explorados e identificados, dos materiais em dimensão nanométrica. Dentre os principais materiais utilizados como carga para as matrizes poliméricas encontram-se as nanoargilas, os nanotubos de carbono e as nanowhiskers de celulose. Esses últimos têm sido largamente estudados devido ao potencial de utilização como reforço nessas matrizes. Outros fatores, tais como a diversidade de fontes, o baixo custo de obtenção da matéria-prima (muitas vezes resíduos da agroindústria) e a abundância estimulam fortemente uma utilização mais nobre desse material. Entretanto, o processo de extração dessas nanowhiskers de celulose, a partir de fontes lignocelulósicas, demanda uma quantidade significativa de energia e de reagentes químicos, que constituirão resíduos do processo. Objetivando verificar a importância real de cada etapa de tratamento das fibras vegetais, o presente trabalho propõe a produção de nanowhiskers de celulose a partir de diferentes etapas de tratamento da fibra de licuri e verifica a influência da incorporação dessas em uma matriz termoplástica de amido com glicerol. Foi realizada a caracterização da fibra de licuri, o fracionamento e caracterização dos seus constituintes básicos, a produção e caracterização das nanowhiskers de celulose e a incorporação dessas na matriz polimérica e caracterização. As técnicas utilizadas foram: TGA, DSC, DRX, FTIR, MEV, MET e ensaios mecânicos. Através das análises térmicas, MEV e ensaios mecânicos concluiu-se que a fibra de licuri tem propriedades semelhantes a muitas fibras naturais utilizadas como fonte de nanowhiskers de celulose e, portanto, sua escolha é adequada para tal fim.As nanowhiskers de celulose puderam ser obtidas para todos os tratamentos realizados, como comprovado pelo MET, entretanto algumas variações na estabilidade térmica e razão de aspecto dessas puderam ser notadas devido à permanência de outros constituintes da fibra vegetal. Os compósitos apresentaram propriedades mecânicas e de barreira satisfatórias e foi concluído que o tratamento agressivo da fibra não implica em melhorias dessas propriedades, sugerindo que tratamentos menos intensos podem ser aplicados, o que proporciona menor impacto ambiental e maior eficiência energética.

Thesis (MSc)--Stellenbosch University, 2015. / ENGLISH ABSTRACT: Impact polypropylene copolymers (IPC) are commercially used in a variety of applications. They are very complex materials and extensive studies have been conducted to understand the relationship between their chemical structure, morphology and impact properties. The distribution of ethylene propylene rubber (EPR) within IPC has drawn much attention but visualization of the morphology is difficult. In this study a fluorescent marker was used to probe the distribution of EPR within the crystalline and semi-crystalline fraction. The EPR was removed from a commercial IPC and labelled with a fluorescent marker. In this study a method utilizing the hydrophilic nature of cellulose nanowhiskers (CNW) was developed to label the EPR. CNW were labelled with fluorescein-5’-isothiocyanate (FITC) and rhodamine B (RhB) using a one-step procedure. The labelled CNW were incorporated into the EPR by means of sonication. The mobility of the labelled CNW within the EPR film was investigated by confocal fluorescence microscopy (CFM), and showed that the labelled whiskers did not move within the EPR, thus substantiating the validity of this approach. The labelled EPR was recombined with the crystalline fraction by means of injection moulding and was analysed by CFM, and the distribution of the labelled EPR was evaluated. Confocal fluorescence microscopy showed an even distribution of the labelled rubber throughout the injection moulded sample. The miscibility of two EPRs within the IPC matrix in the melt was also investigated using this technique. CFM showed that the technique has promise to prove miscibility or the lack thereof when chemically similar materials are combined in the presence of morphologically different matrix materials. / AFRIKAANSE OPSOMMING: Impak polipropileen kopolimere (IPK) word kommersieel gebruik in ‘n wye reeks produkte. Die samestelling van hierdie kopolimere is baie ingewikkeld en uitgebreide studies is al gedoen om hul chemiese samestelling op molekulêre vlak te verstaan. Baie studies met betrekking tot die verspreiding van die etileen-propileen rubber (EPR) binne in hierdie impak polipropileen kopolimere is al gedoen, maar visualisering van die morfologie is moeilik en beperk. Hierdie kennis kan bydra tot die verbetering van hul chemiese eienskappe en toepassings. In hierdie studie word ʼn fluorosserende merker gebruik om die verspreiding van die EPR binne die kristallyne en semikristallyne fraksie te ondersoek. Die EPR is verwyder vanuit 'n kommersiële IPK en is gemerk met 'n fluoresserende merker. In hierdie studie is 'n metode ontwikkel om die EPR te merk deur gebruik te maak van die hidrofiliese eienskap van sellulose nanovesels (SNV). Die SNV is gemerk met fluoressien-5'-isotiosianaat (FITC) en rhodamien B (RhB) met behulp van 'n eenstap proses. Die gemerkte SNV is deur middel van sonikasie in die EPR versprei. Die mobiliteit van die gemerkte SNV binne-in die EPR film is ondersoek deur gefokusde fluoressensie mikroskopie (GFM) en het getoon dat die gemerkte vesels nie binne die EPR beweeg nie. Dit bevestig dus die geldigheid van hierdie benadering. Die gemerkte EPR is herkombineer met die kristallyne fraksie deur middel van spuitgiet en is geanaliseer deur GFM en die verspreiding van die gemerkte EPR is geëvalueer. GFM het 'n eweredige verspreiding van die gemerkte rubber regdeur die moster wat gespuitgiet is getoon. Die mengbaarheid van twee EPRs binne-in die IPK matriks is ook ondersoek deur gebruik te maak van hierdie tegniek. GFM het getoon dat hierdie tegniek waarde inhou om te bewys dat twee produkte mengbaar is of nie, al word hulle geherkombineer word met ‘n matriks wat morfologiese van hul verskil.

Vacuum field emission devices have become a promising candidate for emerging display technology due to their interesting properties compared to conventional thermionic emission devices that require high temperature and power to operate. Unlike thermionic emission, field emission devices can induce the electrons to emit at low temperature; sharp and thin emitters on the cathode are desired in order to increase the field emission. Many candidates from other research groups, such as Carbon Nanotubes (CNTs), SiC and ZnO, appear to have high field emission, but their complicated fabrication processes are the drawback. The silicon nanowhiskers produced by Geological & Nuclear Sciences (GNS) using Electron-Beam Rapid Thermal Annealing (EB-RTA) are an alternative material that is fast, inexpensive and uncomplicated to produce. They are based on the thermal desorption of silicon oxide, which forms silicon nanowhiskers on the silicon wafer in a short duration. Field emission diode structures on Silicon on Insulator (SOI) wafers were fabricated in order to investigate the field emission due to these GNS silicon nanowhiskers. An uncomplicated fabrication process using photolithography and etching process was developed. Electron beam lithography (EBL) was also used to create the different feature sizes directly onto the SOI wafer. The silicon nanowhiskers grown on these structures are as high as 35 nm with density distribution up to 30 µm⁻¹. The electrical characteristics of these devices are diode-like when the voltage range from -40 V to 40 V is applied. The best samples produced an emitted current as high as 2 mA, which is suitable for many applications, such as flat panel displays, x-ray sources and high frequency devices. However, in some cases, the diode structures failed to show the diode-like characteristics, perhaps as a result of bad contact connections or the emitters have been worn out after applying high voltage for some time. Device life time and stability were also considered and investigated via a number of electrical measurements for a period of time as long as one hour in this study. Even though these nanowhiskers have shown promising results, there are still many aspects to be considered to improve the experiments, such as the vacuum system and better contacts.

It is believed, that due to the large surface areas provided by the nano scale materials, various composite properties could be enhanced when such particles are incorporated into a polymer matrix. There is also a trend of utilizing natural resources or reusing and recycling materials that are already available for the fabrication of the new composite materials. Cellulose is the most abundant natural polymer on the planet, and therefore it is not surprising to be of interest for composite fabrication. Basic structures of cellulose, comprised of long polysaccharide chains, are the building blocks of cellulose nano fibers. Nano fibers are further bound into micro fibrils and macro fibers. Theoretically pure cellulose nano fibers have tremendous strengths, and therefore are some of the most sought after nano particles. The fiber extraction however is a complex task. The ultrasound, which creates pressure variation in the medium, was employed to extract nano-size cellulose particles from microcrystalline cellulose (MCC). The length and the intensity of the cavitations were evaluated. Electron microscopy studies revealed that cellulose nanoparticles were successfully obtained from the MCC after ultrasound treatment of just 30 minutes. Structure of the fractionated cellulose was also analyzed with the help of X-ray diffraction, and its thermal properties were evaluated with the help of differential scanning calorimetry (DSC). Ultrasound treatment performed on the wheat straw, kenaf, and miscanthus particles altered fiber structure as a result of the cavitation. The micro fibers were generated from these materials after they were subjected to NaOH treatment followed by the ultrasound processing. The potential of larger than nano-sized natural fibers to be used for composite fabrication was also explored. The agricultural byproducts, such as wheat or rice straw, as well as other fast growing crops as miscanthus or kenaf, are comprised of three basic polymers. Just like in wood the polymers are: cellulose, hemicelluloses, and lignin. When subjected to elevated pressures and temperatures, we are able to get access to some of these natural polymers and use them as a matrix material for composite fabrication. Therefore, fabrication of composite materials without addition of synthetic polymers is possible. Thermal and mechanical properties of such composites are evaluated with the help of electron microscopy, differential scanning calorimetry (DSC), dynamic mechanical analysis (DMA), thermogravimetric analysis (TGA), and flexural strength measurements. The chemical changes in the composites are also probed with the help of Fourier transform infrared (FTIR) analysis. Various additives introduced into composite materials provide different properties. The addition of small amounts of synthetic polymers further enhances the properties of natural fiber composites and do not require high fabrication pressures. Calcium sulfite crystals, which are one of the coal combustion products, were combined with the natural fibers and recycled HDPE polymer to form wood substitute composites. The introduction of these additives resulted in composites with the properties similar to those of the natural wood. Coal combustion products, often used in composite material fabrication, contain mercury which may be rereleased during composite fabrication. Mercury behavior under composite fabrication conditions, such as elevated pressures and temperatures were evaluated. Sulfite rich scrubber material, generated during the flue gas desulphurization process was the main target of the study. It was observed that the release of the mercury is highly dependent on the composite fabrication pressure as well as the temperature.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-04-15T19:13:58Z No. of bitstreams: 1 Tese.pdf: 6974277 bytes, checksum: b6e2fce0ec5bf8a2343c9856f6591815 (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-04-15T19:14:09Z (GMT) No. of bitstreams: 1 Tese.pdf: 6974277 bytes, checksum: b6e2fce0ec5bf8a2343c9856f6591815 (MD5) / Made available in DSpace on 2016-04-15T19:14:09Z (GMT). No. of bitstreams: 1 Tese.pdf: 6974277 bytes, checksum: b6e2fce0ec5bf8a2343c9856f6591815 (MD5) / Os plásticos sintéticos são amplamente utilizados devido a seu baixo custo, facilidade de processamento e elevada aplicabilidade, porém sua alta durabilidade confere uma desvantagem da sua aplicação na fabricação de embalagens descartáveis. Neste contexto, a presente pesquisa apresenta uma alternativa às embalagens plásticas a partir da obtenção de filmes biodegradáveis à base de amido de mandioca com adição de glicerol, goma xantana e reforçados com nanowhiskers. Assim, o objetivo do presente trabalho é preparar filmes flexíveis formulados pela incorporação de goma xantana, produzida a partir da glicerina residual do biodiesel, e nanowhiskers de palha de milho a uma matriz polimérica de amido de mandioca plastificada com glicerol, assim como, avaliar a eficácia da incorporação do biopolímero e do aditivo de reforço através das propriedades mecânicas, óticas, térmicas e de barreira dos bionanocompósitos resultantes. O trabalho foi conduzido em três etapas. Inicialmente a goma xantana foi produzida em biorreator de bancada (4,5 L), na qual foram investigados os efeitos da aeração (vvm) e agitação (rpm) na produção e nas propriedades das gomas xantana obtidas a partir da fermentação glicerina residual do biodiesel (GRB) por Xanthomonas campestris pv. mangiferaeindicae cepa 2103. A segunda etapa consistiu na obtenção de nanowhiskers de palha de milho por hidrólise ácida (H2SO4 - 55%). Na terceira etapa foram elaborados e caracterizados os bionanocompósitos à base de amido de mandioca (3,5 - 5,5 %) com a incorporação de goma xantana (0,00 - 0,06 %) e nanowhiskers (0,00 - 0,60 %) utilizando como plastificantes o glicerol (0,60 - 1,60 %) por casting. Para fins comparativos foi elaborado um filme flexível sem a adição de goma xantana e nanowhiskers (Controle – 4,5 % de amido e 1,1 % de glicerol). A aeração e agitação apresentaram efeitos estatisticamente significativos (p<0,05) na produção e na viscosidade da goma xantana. A otimização apontou 1,0 vvm e 500 rpm como combinação para maximizar a produção de xantana em até 5,98 g.L-1 e a viscosidade aparente em até 243,5 mPa.s. As massas moleculares das gomas xantana foram influenciadas pela taxa de oxigênio dissolvido (p<0,05), e maiores massas foram obtidas em baixas aerações. Além disso, o aumento da velocidade de agitação contribui para aumentar a massa molecular da goma xantana. Altas agitações contribuíram para aumento do teor de glicose e manose na cadeia das xantanas. Além desta condição, o aumento na aeração leva ao aumento no teor de glicose, manose e diminuição no teor de piruvato. A palha de milho mostrou ser boa fonte de celulose tornando-se matéria-prima viável para obtenção de nanowhiskers através do processo de hidrólise ácida com rendimento de 64 %, grau de cristalinidade de 55,04 % e razão L/D de 54,7±24, o que proporcionaria reforço mecânico quando incorporados em matrizes poliméricas. Constatou-se que a atividade de água, a umidade e a permeabilidade ao vapor d’água foram influenciadas significativamente (p<0,01) pelas concentrações de amido, glicerol e nanowhiskers. As maiores concentrações dessas variáveis resultaram na diminuição simultânea da atividade de água em até 24 % e da umidade em até 33 % em relação ao filme controle. Os nanowhiskers influenciaram positivamente a permeabilidade ao vapor de água, indicando que o aumento na concentração dessa variável acarreta uma redução desejável dessa propriedade em até 44 %. As maiores concentrações de goma xantana também resultam em filmes com menores umidades e permeabilidade ao vapor de água, com reduções de 33 % e de 44 %, respectivamente. A tensão máxima na ruptura nos filmes diminui em até 72 % em relação ao controle, com conseqüente aumento nos valores de deformação na ruptura. Os nanowhiskers influenciaram positivamente a deformação dos bionanocompósitos, indicando que o aumento na concentração dessa variável acarreta um aumento desejável de até 54 % nessa propriedade. A incorporação de goma xantana resultou no aumento da estabilidade térmica nos bionanocompósitos de até 8,3 %. Portanto, é possível contatar que apesar dos teores de goma xantana e nanowhiskers incorporados nos bionanocompósitos exercerem efeito significativo (p<0,01) sobre a maioria das respostas avaliadas, as variáveis independentes que exerceram influência mais acentuada sobre os bionanocompósitos foram os teores de glicerol e de amido. O teor de umidade foi à única variável dependente que sofreu maior influencia da concentração de nanowhiskers, porém o sinal negativo para a raiz (-203,765) indica que um aumento na concentração de nanowhiskers acarreta uma redução na umidade, efeito desejável para os bionanocompósitos.

Submitted by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-06-09T16:46:26Z No. of bitstreams: 1 TESE CLEIDIENE FINAL.pdf: 8214897 bytes, checksum: adad09b13f1e498fd82eb646686b70dc (MD5) / Approved for entry into archive by LIVIA FREITAS (livia.freitas@ufba.br) on 2016-06-20T15:46:52Z (GMT) No. of bitstreams: 1 TESE CLEIDIENE FINAL.pdf: 8214897 bytes, checksum: adad09b13f1e498fd82eb646686b70dc (MD5) / Made available in DSpace on 2016-06-20T15:46:52Z (GMT). No. of bitstreams: 1 TESE CLEIDIENE FINAL.pdf: 8214897 bytes, checksum: adad09b13f1e498fd82eb646686b70dc (MD5) / A elevada disponibilidade de biomassas, somada à necessidade de fontes renováveis para a produção de polímeros “verdes”, abre uma grande oportunidade para avanços tecnológicos que agreguem valor aos produtos da agroindústria e, ao mesmo tempo, atuem na fixação de carbono na natureza. O presente trabalho teve como objetivo desenvolver e avaliar as propriedades térmicas, estruturais, mecânicas, morfológicas, de barreira e biodegradabilidade dos bionanocompósitos produzidos a partir de glicerol, lignina e nanowhiskers de celulose na matriz de amido e PBAT/amido. Observou-se que as variáveis estabelecidas na hidrólise ácida foram propícias para produção de nanowhiskers de celulose com altos valores de rendimentos, de razão de aspecto e índice de cristalinidade. A razão de aspecto e a dispersão dos nanowhiskers de celulose foram pontos fundamentais na produção de filmes, a maior área de contanto favoreceu para uma melhor interação entre os componentes, gerando o mínimo de substratos residuais desfavorecendo a recristalização da amilopectina e amilose. Ao avaliar as propriedades das blendas observou-se que os nanowhiskers de celulose juntamente com a lignina atuam na melhora da adesão interfacial entre as matrizes. Todas as blendas apresentaram maior perda de massa do que o PBAT puro no teste de biodegradação por conter maior quantidade de matéria-prima de fonte natural, gerando maior susceptibilidade à biodegradação. Portanto, o objetivo do trabalho foi alcançado produzindo materiais com alto desempenho provenientes de fontes renováveis com grande apelo sustentável e com potencialidade para aplicação no setor de embalagens.

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The objectives of this research were to develop the best methods for cellulose nanowhiskers (CNWs) preparation from raw biomass materials and the feasibility to perform CNWs as Fe3+ catalyst support in converting syngas to biofuels. Raw kenaf bast and switchgrass were initially pretreated with dilute NaOH followed by dilute H2SO4. High yields of alpha-cellulose were obtained. Hemicellulose, ash, and most lignin were removed during pretreatment. Preparation of CNWs after pretreatment was then conducted via H2SO4 hydrolysis. The most efficient hydrolysis condition was determined as H2SO4 concentration through orthogonal experiments. In contrast with pure cellulose fibers, CNWs supported Fe3+ catalyst applied in converting syngas to biofuels showed shorter stabilization time and higher C4+ product selectivity. With the increase of reaction temperature to 310°C, CO and H2 could reach their peak conversion rates of 83.4% and 72.1%, while the maximum selectivity of CO2 was 41.1%.

O presente trabalho apresenta resultados do estudo que objetivou desenvolver blendas poliméricas compostas por dois polimeros biodegradáveis, o poli (butileno succinato - co - adipato) (PBSA) copolímero de poliésteres alifáticos e a policaprolactona (PCL). O estudo desenvolveu a tecnologia para a incorporação de nanowhiskers de celulose (NWC) enxertados com PCL (NWC - g - PCL), com objetivo de melhorar a adesão nanowhisker/matrix, e otimizar as propriedades mecânicas destes polímeros. As composições utilizadas foram 30PCL/70PBSA e 50PCL/50PBSA (em % de massa), com 1, 3 e 5% de NWC - g - PCL. As blendas e compósitos foram preparadas na forma de filmes por evaporação de solvente clorofórmio (casting) e via extrusão e moldagem por injeção, e caracterizadas quanto a suas propriedades térmicas, mecânicas e morfológicas através de calorimetria exploratória diferencial (DSC), análise termogravimétrica (TGA) e análise termodinâmica mecânica (DMTA), ensaio mecânico de tração e microscopia eletrônica de varredura (MEV). Os resultados obtidos através das análises de espectroscopia no infravermelho (IV) e difração de raios-X (DRX) sugerem a enxertia de cadeias de PCL nos NWC. Os polímeros puros, na forma de filmes, obtidos por evaporação de solvente, apresentaram estabilidade térmica semelhantes com início de decomposição em 290°C e decomposição máxima em torno de 420°C. Os filmes dos compósitos apresentaram uma diminuição da estabilidade térmica com o aumento dos teores de NWC - g - PCL nas formulações. As curvas DSC apresentaram dois picos de fusão e de cristalização o que indica a imiscibilidade dos polímeros, as análises térmicas dos filmes, mostraram também um aumento no grau de cristalinidade conforme os teores de nanowhiskers enxertados aumentaram, isso para composição 30/70. No caso dos compósitos com composição 50/50 (PCL/PBSA) houve uma diminuição do grau de cristalinidade dos polímeros. A imiscibilidade dos polímeros nos filmes foi confirmada também através das análises DMTA onde dois picos distintos de tan&#948; foram encontrados, para as composições 30/70, próximos das temperaturas de transição vítrea dos dois polímeros. As mesmas composições processadas via extrusão, e corpos de prova moldados por injeção, apresentaram uma queda na estabilidade térmica detectada pelas análises TGA. Houve um aumento no grau de cristalinidade da PCL conforme maior quantidade de nanowhisker nos compósitos. A maior rigidez do material foi confirmada a partir dos ensaios mecânicos de tração, onde o módulo elástico aumentou aproximadamente duas vezes com o aumento da porcentagem de nanocargas nos compósitos, assim como a diminuição da porcentagem de alongamento e a resistência à tração não sofreu grandes alterações. / In this dissertation results of the study aimed to develop polymer blends composed of two biodegradable polymers, poly (butylene succinate - co - adipate) (PBSA) and aliphatic polyester polycaprolactone (PCL). The study developed the technology for the incorporation of cellulose nanowhiskers (NWC) grafted PCL (NWC - g - PCL), aiming to improve adherence nanowhisker / matrix, and improve mechanical properties of these polymers. The compositions used were 30PCL/70PBSA and 50PCL/50PBSA (in mass%), with 1, 3 and 5% of NWC - g - PCL. The blends and composites were prepared as films by evaporation of solvent chloroform (casting) and via extrusion and injection molding, and characterized their thermal, mechanical and morphological means of differential scanning calorimetry (DSC), thermogravimetric analysis (TGA) mechanical and thermodynamic analysis (DMTA), mechanical tests and scanning electron microscopy (SEM). The results obtained by analysis of infrared spectroscopy (IR) and X -ray diffraction (XRD) suggest the grafting of PCL chains in the NWC. The pure polymers in the form of films obtained by solvent evaporation, showed similar thermal stability with decomposition onset at 290°C and decomposition maximum at around 420°C. The films of the composites showed a decrease in thermal stability with increased levels NWC - g - PCL in the formulations. The DSC curves show two melting peaks and crystallization which indicates immiscibility of the polymers, the thermal analysis of the film showed also an increase in degree of crystallinity as the content of grafted nanowhiskers increased, this composition to 30/70. In the case of composites with composition 50/50 (PCL / PBSA) there was a decrease in the degree of crystallinity of polymers. The immiscibility of the polymers in the film was also confirmed by analysis DMTA where tan&#948; two distinct peaks were found for compositions 30/70, close to the glass transition temperatures of the two polymers. The same compositions processed via extrusion, and specimens injection molded, showed a decrease in thermal stability detected by TGA analysis. There was an increase in the degree of crystallinity of the PCL as the largest quantity of nanowhisker composites. The rigidity of the material was confirmed from the tensile test, where the elastic modulus increased approximately twice the percentage increase of nanofiller in the composites, as well as the decrease in percentage elongation and tensile strength has not changed much.

La cellulose est l’une des bio-ressources les plus abondantes sur terre ; elle forme des microfibrilles où alternent régions cristallines, de taille nanométrique, et régions amorphes. L’utilisation des nanocristallites de cellulose, appelés nanowhiskers, comme renforts dans des composites à matrice polymère thermoplastique a fait l’objet de nombreuses publications. En revanche, l’utilisation de nanowhiskers comme éléments structurants d’hydrogels n’a pas été vraiment explorée, en dépit d’un intérêt potentiel pour la formulation d’hydrogels verts innovants. L’objectif de la thèse était d’étudier les relations entre état structural à différentes échelles et propriétés rhéologiques de systèmes hydrocolloïdaux constitués d’hydrogels d’agarose chargés de nanowhiskers de cellulose issus de tunicier, un animal marin. Les travaux expérimentaux menés au cours de cette thèse ont montré que l’effet renfort apporté par les nanowhiskers à la matrice agarose pouvait être marqué, et qu’il pouvait être modulé en faisant varier la densité de charges électriques à la surface des nanowhiskers. Aux fractions volumiques étudiées, inférieures à 0,2%, les résultats ont montré que les nanowhiskers ne percolaient pas et l’effet renfort a été attribué à des modifications topologiques du réseau d’agarose, et à un transfert des contraintes efficace entre la matrice et les charges, qui interagissent via des liaisons hydrogène. Les résultats obtenus au cours de cette thèse permettent d’améliorer la connaissance des mécanismes qui gouvernent les propriétés renfort apportées par l’ajout de nanocharges cellulosiques à une matrice hydrogel, et donnent des pistes réalistes pour une formulation maîtrisée d’hydrogels verts innovants ayant de bonnes propriétés mécaniques. / Cellulose is the most abundant organic compound on Earth; it is composed of microfibrils, containing nanocrystalline regions, and amorphous regions. Cellulose nanocrystallites, called nanowhiskers, have been studied as reinforcement agents in polymer composites with thermoplastic matrix in numerous publications. However, the use of nanowhiskers to reinforce hydrogels has not really been explored up to now, despite potential interest in the formulation of green innovative hydrogels. The aim of this PhD thesis was to study the relationship between the structural state, on different length scales, and the rheological properties of hydrocolloid systems consisting of agarose hydrogels filled by cellulose nanowhiskers from tunicate, amarine animal. The experimental work performed in this thesis has shown that the reinforcing effect provided by the nanowhiskers could be marked, and could also be modulated by varying the density of electrical charges on the surface of nanowhiskers. Within the volume fraction range studied, that is less than 0.2%, the results have shown that the nanowhiskers could not percolate, and reinforcement effect was attributed to topological modifications of the agarose network, and to an efficient stress transfer between the matrix and the fillers, which interact via hydrogen bonds.The results obtained in this thesis improve the understanding of the mechanisms that govern there inforcement effect provided by the addition of cellulose nanofillers in a hydrogel matrix; they could also help to design innovative green hydrogels having good mechanical properties.