Une mousse de PA66 peut être obtenue à partir de granulés de PA66 expansibles en utilisant un procédé de transformation classique des polymères. Les granulés expansibles de PA66 sont préparés par extrusion bi-vis corotative en mélangeant le PA66 et un agent moussant spécifique au PA66 qui contient des fonctions isocyanate bloquées. Le moussage a lieu dans une seconde étape (extrusion ou moulage par injection) à une température supérieure à la température de préparation des granulés expansibles et suffisamment élevée pour libérer les fonctions isocyanate. Une fois libérées, les fonctions isocyanate réagissent avec les groupements terminaux acide carboxylique du PA66 (modification de la masse molaire du PA66) et l'eau présente dans le milieu réactionnel ce qui génère du CO2. L’objectif de cette thèse était de montrer comment contrôler la morphologie des mousses par le contrôle de la cinétique de réaction chimique, de la rhéologie et des paramètres d’injection. Nous avons montré qu’une augmentation du taux d’agent moussant, de la température ou du temps de séjour entraîne une augmentation de la quantité de CO2 générée. De plus, le comportement rhéologique du système PA66m/CO2 dissous, est une fonction complexe de l’état d’avancement des réactions c'est-à-dire de la quantité de CO2 générée et de la modification de la structure du PA66 (augmentation de la masse molaire): il peut être plus visqueux ou moins visqueux que le PA66 standard. Enfin, des tests de moussage en moulage par injection ont été réalisés: des mousses homogènes dont les tailles de bulles étaient de l’ordre de quelques centaines de microns et les taux de moussage compris entre 10 et 50% ont été obtenues. / PA66 foam can be obtained from expandable PA66 pellet using classical polymer processing process. The expandable PA66 pellets are prepared by mixing PA66 and a specific foaming agent which contains blocked isocyanate (NCO) moieties in twin screw extrusion. Foaming takes place in a second step (extrusion or injection molding) at a temperature higher than the temperature for the preparation of expandable beads and high enough to release the isocyanate moieties. Once released, the isocyanate moieties react with the carboxylic acid end groups of PA66 (modification of the molecular weight of PA66) and water contained in the reaction medium, which generates CO2. The aim of this PhD thesis was to be able to control the morphology of the foam by controlling the chemical reaction kinetics, rheology and injection molding parameters. We have shown that an increase of foaming agent content, temperature or residence time leads to an increase of CO2 release. In addition, the rheological behavior of the system PA66m/CO2 dissolved, is a complex function of foaming reactions progress which means, the amount of CO2 generated and the modification of PA66 structure (increase molar mass): it may be more or less viscous than standard PA66. Finally, trials of foaming by injection molding were performed: homogeneous foams with bubble sizes of the order of a few hundred microns and foaming rate between 10 and 50% were obtained.

Les protéines et les polysaccharides constituent avec les lipides les principaux ingrédients de l’alimentation et lui confèrent à la fois ses propriétés de nutrition et de texture. Une tendance actuelle de l’industrie agroalimentaire est d’élaborer des aliments plus sains c'est-à-dire moins gras et moins salés. A ce titre, les polysaccharides sont des agents detexturation efficaces lorsqu’ils sont utilisés seuls ou en combinaison avec des protéines. Le développement de nouveaux produits alimentaires nécessite donc de rationaliser et mieux comprendre les propriétés physico-chimiques des solutions et des gels mixtes à base de protéines et de polysaccharides. Au cours de ce travail de thèse, nous avons étudié des mélanges de protéines globulaires (la β-lactoglobuline: β-lac) et de polysaccharide (le κ-carraghénane: κ-carr). Ce dernier provient d’algues et, en solution, il conduit à des gels au dessous d’une température critique qui dépend de la nature du sel ajouté. Le κ-carr est un additif important dans l’industrie alimentaire et plus particulièrement comme texturants des produits laitiers. Il est donc essentiel de comprendre les interactions qu’il développe avec les protéines du lait comme la β-lac.L’objectif de ce travail est d’étudier la structure et les propriétés mécaniques d’agrégats ou de gels de β-lac mélangés avec du κ-carr et d’étudier leur influence sur la gélification de ce dernier. Nous nous sommes plus particulièrement intéressés à la sensibilité des mélanges aux ions calcium. Des agrégats protéiques ont été formés soit indépendamment puis mélangés au κ-carr soit directement in situ en dénaturant thermiquement des mélanges κ-carr/β-lac native. Les deuxméthodes de préparation ont été comparées pour des compositions constantes des mélanges. La diffusion de la lumière, la rhéologie et la microscopie laser confocale ont été mises en oeuvre pour étudier la texture des mélanges.La taille et la morphologie des agrégats protéiques dépendent fortement de la concentration en ions calcium ajoutés qui se lient spécifiquement aux protéines. Nous avons montré que les très grands agrégats protéiques formés en présence de calcium conduisent à une microséparation de phase quand ils sont mélangés avec du κ-carr même à très faible concentration. Ainsi, la structure des systèmes mixtes est très sensible à la quantité de calcium en présence. Lesagrégats protéiques renforcent les gels de κ-carr formés en présence de potassium tout comme l’ajout de calcium. Ce renforcement dans le cas des agrégats protéiques est dû au transfert des ions calcium de la β-lac vers le κ-carr. De plus, nous avons montré que la gélification du β-carr induite par des ions potassium continuait à avoir lieu en refroidissantdes mélanges κ-carr/β-lac où cette dernière est dénaturée in situ. Cela conduit à des réseaux interpénétrés qui sont plus forts mécaniquement que la somme des deux réseaux pris individuellement. En conclusion, nous avons montré que la compétition entre la β-lac et le κ-carr pour les ions calcium était le paramètre de contrôle des propriétés texturales desgels mixtes. / Protein and polysaccharide are together with lipids the main ingredients of food and procure both nutrition and texture. A recent tendency in the food industry is to develop more healthy products that contain less fat and salt. The addition of polysaccharides is recognized as a good way to control the texture of food products. The texture of many food products is determined by gelation of either the proteins or the polysaccharides, or both. When both are present, gelation of the protein or the polysaccharide will be influenced by the presence of the other type. Understanding of the physical chemical properties of aqueous solutions and gels containing protein and polysaccharides by themselves and in mixtures is needed for a rational development of novel food products. This thesis describes an investigation of mixtures of the globular protein β-lactoglobulin (β-lg) and the polysaccharide κ-carrageenan (κ-car). κ-car is a polysaccharide isolated from algae that is often used as an additive in food industry. In solution it forms a gel below a critical temperature that depends on the amount and the type of salt. Addition of κ-car can improve the smoothness, creaminess, and body of food products and is often usedmodify the texture of dairy products. Therefore it is important to understand the interaction of κ-car with milk proteins such as β-lg, which is the main protein component of whey. The objective of the present investigation was to study the structure andthe mechanical properties of β-lg aggregates or gels when mixed with κ-car and to study the influence of the former on the gelation of κ-car. The focus was on the sensitivity of the system to calcium ions Protein particles were either formed separately and subsequently mixed with κ-car or formed directly in mixtures of κ-car and native β-lg by heating. The two different methods of preparation were compared with the same composition of polymers. The research presented in this thesis is essentially experimental using scattering techniques and confocal laser scanning microscopy to study the structure and shear rheology to study the dynamic mechanical properties.The size and morphology of protein aggregates formed by heating β-lg is strongly dependent on the concentration of Ca2+ that binds specifically to the proteins. It is shown that larger aggregates formed in the presence of Ca2+ micro-phase separate already at low κ-car concentrations. Therefore the structure of mixed systems is extremely sensitive to the amount of Ca2+ present in the system. The presence of protein aggregates was found to reinforce potassium induced κ-car gels, but it was also found that addition of CaCl2 strengthens potassium induced pure κ-car gels. We show that the reinforcement by addition of protein aggregates is caused by the transfer of a fraction of Ca2+ from β-lg to κ-car. It was shown that potassium induced gelation of κ-car also occurs during cooling heat-set β-lg gels formed in mixtures at higher protein concentrations leading to interpenetrated networks that are stronger than the sum of the individual networks. Themain conclusion of the investigation reported here is that the competition of κ-car and β-lg for calcium ions determines both the structure and the mechanical properties of the mixed systems.

Ce travail est consacré à une étude approfondie sur le procédé anaérobie pour les traitements des eaux usées et des boues d’épuration afin d’améliorer la production de biogaz. Tout d’abord, l’hydrodynamique dans un réacteur de type circulation interne (IC) a été caractérisée en maquette froide. La vitesse de circulation du liquide dépend davantage de l’écoulement de la phase gazeuse que de la phase solide, l’influence du débit de liquide entrant étant la plus faible des trois. La taille de bulles influe non seulement sur la vitesse de cisaillement mais aussi sur les types d’interactions bulles-granules. L’effet de la vitesse de cisaillement moyenne a ensuite été étudié dans une cuve agitée en maquette chaude. Lorsque la vitesse de cisaillement moyenne augmente, le débit de biogaz passe par un maximum pour une valeur de 6,8 s-1, tandis que le pourcentage en méthane diminue continument. La déformation des granules est provoquée par cisaillements et collisions, à masse volumique constante. A micro-échelle, une déformation locale d’un cratère à l’extrémité du canal d’acheminement du biogaz est découverte pour la première fois. Le diamètre de ce cratère est proportionnel à la taille du pore, et la pression de compression de la microbulle estimée par la loi de Laplace est comparable à la résistance mécanique du granule mesurée par la pénétrométrie. Enfin, l’étude s’attache aux propriétés rhéologiques de boues digérées hautement concentrées. Un comportement rhéofluidifiant à seuil de contrainte, et un comportement viscoélastique sont caractérisés. L’effet de la concentration en solide est beaucoup plus significatif que celui de la température. En outre, des expériences d’impact par une bille sur des boues digérées hautement concentrées sont réalisées pour révéler sa dynamique transitoire. Un modèle simplifié de la trainée est établi pour estimer le module de l’élasticité ainsi que la viscosité d’impact / This work is devoted to an in-depth study on the anaerobic process for wastewater treatment and sewage sludge treatment in order to intensifier the biogas production. Firstly, the hydrodynamic in an internal circulation (IC) reactor was characterized by experimental simulation. The relative importance of the three phases is ordered as gas > solid > liquid for the liquid circulation velocity. The bubble size affects not only the shear rate but also the types of interaction between bubbles and granules. Then the effect of mean shear rate was investigated in an anaerobic stirred tank reactor. With the increase of mean shear rate, the flow rate of biogas passes through a maximum at the shear rate of 6.8 s-1, while the methane content decreases continuously. The deformation of granules is induced by shear stress and collisions; nevertheless the granules’ density remains unchanged. At micro-scale, a local deformation in the shape of crater located at the extremity of biogas channel was detected for the first time. The cater diameter is proportional to the size of gas exit pore, and the compression pressure of the microbubble estimated by the Young-Laplace equation compares favorably with the mechanical resistance of granule measured by penetrometry. Finally, the study focused on the rheological properties of the highly concentrated digested sludge. A shear thinning behavior with a yield stress and a viscoelastic property were characterized. The effect of solid content is much more significant than that of temperature. Furthermore, the experiments of a sphere impacting on the highly concentrated digested sludge were carried out to reveal its transient dynamics. A simplified drag force model was established to estimate the elasticity modulus and the impact viscosity

Les suspensions de grains rigides dans un fluide constituent une classe de fluides complexes présentant une rhéologie riche. Même dans les cas simples où le fluide est Newtonien, et les grains sphériques, non Browniens et non colloïdaux, les comportements macroscopiques observés restent mal compris, en particulier dans le cas de suspensions concentrées. Dans ces matériaux, la complexité de la dynamique provient de l'équilibre subtil qui se met en place entre les interactions de nature hydrodynamiques portées par le fluide interstitiel et les forces de contact entre les grains. Dans ce travail, nous abordons ces questions sous l'angle de la simulation numérique discrète, dans le cadre du cisaillement simple de suspensions concentrées 2D. Nous modélisons les efforts hydrodynamiques par des interactions de lubrification de paires, couplées à un modèle de contact éventuellement frottant. L'inertie des grains n'est pas négligée. Nous accédons à tous les coefficients du tenseur des contraintes, ce qui permet de mesurer pression, contrainte de cisaillement, et différence des contraintes normales, ainsi que les viscosités associées. L'étude du cisaillement à volume constant nous permet de mettre en évidence l'existence d'une transition de rhéo-épaississement entre un régime visqueuse à bas taux de cisaillement (contrainte proportionnelle au taux de cisaillement) et un régime inertiel à haut taux de cisaillement (contrainte proportionnelle au carré du taux de cisaillement), selon que la contrainte soit dominée par les interactions de lubrification ou par l'inertie des grains. Le taux de cisaillement de transition mesuré est compatible avec un argument d'échelle pour la contrainte, tenant compte de sa divergence avec la fraction volumique. Des simulations du cisaillement à pression constante nous permettent ensuite d'explorer le comportement de suspensions très concentrées (jusqu'à 1% de la fraction volumique de blocage théorique) dans leur domaine d'écoulement visqueux. Nous montrons que la rhéologie du mélange peut se décrire sous la forme d'une loi d'écoulement dépendante du seul nombre visqueux, construit comme le rapport entre un temps caractéristique de réarrangement local des grains sous l'effet des forces visqueuses et un temps typique de convection imposé par l'écoulement. Cette description nous permet de caractériser précisément la divergence de la contrainte avec la concentration en particules. Enfin, nous mesurons la microstructure stationnaire développée dans l'écoulement. Nous mettons en évidence une anisotropie importante des contacts générés, et discutons l'évolution de cette distribution avec la concentration du mélange / Suspensions of rigid grains in a fluid constitute a class of complex fluids that present a rich rheology. Even simpler cases of non-Brownian, non-colloidal spherical grains suspended in a Newtonian fluid feature macroscopic behaviours that are still not completely understood, especially when the concentration of particles is high. In these materials, the complexity of the dynamic is the result of the subtle balance that occurs between hydrodynamic interactions mediated by the interstitial fluid, and contact forces between grains. In this work, we tackle those questions from the point of view of discrete numerical simulations, in the context of the simple shear of 2D concentrated suspensions. Hydrodynamic interactions are modelled by pair lubrication, coupled with a possibly frictional contact law. Grains inertia is not neglected. We have access to the whole stress tensor, allowing the measure of pressure, shear stress, and normal stress difference, as well as their associated viscosities. The study of constant volume simple shear shows the existence of a shear-thickening transition between a viscous regime at low shear rate (stress proportional to the shear rate) and an inertial regime at high shear rate (stress proportional to the shear rate squared), depending on whether the stress is dominated by lubrication interactions or grains inertia. The position of the measured transition shear rate is consistent with a scaling argument for the stress that takes its divergence with concentration into account. Constant pressure simple shear simulations then let us explore the behaviour of very concentrated suspensions (up to 1% to the theoretical jamming fraction) in their viscous flow domain. We show that the rheology of the mix can then be described by a flow law that is only function of the viscous number, constructed as the ratio of a typical time for the local rearrangement of grains subjected to viscous forces, and a convection time consistent with the imposed flow. This allows a precise characterization of the divergence of stress with particles concentration. At last, we measure the stationary microstructure that develops within the flow. We show an important anisotropy of contacts, and discuss the evolution of this distribution with the concentration of the suspension

Dans cette thèse, on a étudié les propriétés rhéologiques et moussantes de phases de bicouches, de type lamellaire et éponge, en utilisant le système expérimental SDS/hexanol/saumure. On a également préparé des mousses avec ces deux phases de bicouches, dont on a étudié la stabilité et les mécanismes d’évolution dans le temps. En premier lieu, les propriétés rhéologiques de la phase éponge ont été examinées. Les échantillons ayant une fraction volumique de membrane phi ≥ 0.08 se comportent comme des fluides Newtoniens. Avec les moins concentrés, phi = 0.05 et 0.024, un changement de viscosité est observé à environ 1000 et 100 s⁻¹, respectivement. Ce changement pourrait être lié à une transition de la phase éponge vers une phase lamellaire induite par cisaillement. Les changements de viscosité qui suggèrent une transition éponge-lamellaire induite par l’écoulement ont été plus facilement détectés pour l'échantillon de fraction volumique phi = 0.024. Pour cet échantillon, il a été constaté qu’à des températures plus basses ou lors de l’ajout d’un polymère hydrosoluble (PEG), la variation de la viscosité liée à la transition de phase éponge-lamellaire se produit à des valeurs inférieures de la vitesse de cisaillement. L’étude des propriétés rhéologiques de la phase lamellaire a ensuite été menée. Les expériences ont révélé le comportement de gel faible des échantillons. A une fréquence de 10 rad/s et dans un intervalle de température compris entre 5 à 50 °C, il n’y a aucun changement perceptible des modules G’ et G’’, donc pas de transition de phase, sauf pour les échantillons les moins concentrés : dans ce cas, la température a un effet plus marqué, et la structure lamellaire évolue probablement. Lorsque le taux de cisaillement augmente, il a été observé que les échantillons avec phi ≥ 0.10 présentent une forte augmentation de la viscosité à partir d’une valeur seuil du taux de cisaillement. Cette observation, combinée avec des résultats de Rhéo-SAXS, a permis de conclure qu’il y a une transition vers une phase de vésicules (ou oignons) induite par l’écoulement. Les expériences de Rhéo-SAXS ont montré que, après l’arrêt du cisaillement, la phase de vésicules relaxe vers la phase lamellaire initiale au bout d’un temps typique d’une demi-heure. Enfin, des mousses ont été obtenues par incorporation de bulles d’air dans les phases lamellaire et éponge précédemment étudiées. Les mousses faites avec les phases lamellaires présentent une grande stabilité, probablement en raison de la viscosité élevée de ces gels. De plus, ces gels présentent des contraintes seuils d’écoulement faibles. Lorsque les bulles sont petites, la contrainte seuil est supérieure à la contrainte de pesanteur sur les bulles de la mousse (force d’Archimède). Mais ces bulles grossissent avec le temps (mûrissement dû aux différences de pression de Laplace entre bulles) et lorsque la contrainte de pesanteur dépasse la contrainte seuil du gel, le drainage de la mousse commence. On a constaté que la taille des bulles évoluait avec le temps en suivant une loi de puissance. Cependant, l’exposant (≈ 0.25) est plus petit que ceux trouvés pour le mûrissement d’Ostwald (0.333, valable pour des bulles isolées) ou le mûrissement des mousses (0.5). Le fait que l’exposant trouvé soit plus petit pourrait être lié à la réorientation des domaines lamellaires lors du mûrissement. Enfin, les mousses préparées avec des phases éponge présentent une faible stabilité probablement due aux passages internes entre bicouches qui forment la structure éponge, passages qui pourraient faciliter la coalescence des bulles. Deux scénarii ont été détectés lors de l’évolution de ces mousses: à basse fraction volumique de membrane, l’effondrement de la mousse commence pendant son drainage, alors que les mousses faites avec les échantillons les plus concentrés ont le temps de mûrir avant de s’effondrer. / In this thesis a study of the rheological and foaming properties of the lamellar and sponge phases of the SDS/hexanol/brine system was performed. Shear rate and temperature sweeps were done to analyze the rheology of the lamellar and sponge phases, adding frequency sweeps for the lamellar phase samples. Also, foamability and foam stability tests of foams made with these two phases were done. Sponge phase samples with membrane volume fractions phi ≥ 0.08 showed a Newtonian behavior, whereas in the less concentrated ones, phi 0.05 and 0.024, a change in viscosity was seen at shear rate values near to 1000 and 100 s ⁻¹, respectively. This change can be linked to a shear induced transition sponge to lamellar phase. Results indicate that temperature and the addition of the hydrosoluble polymer PEG affect the shear rate value at which this transition occurs. Lamellar phase samples with phi ≥ 0.10 presented a sharp increase in viscosity at intermediate shear rate values. The standard rheology technique together with Rheo-SAXS experiments allowed us to infer that there is a shear induced phase transition to vesicle phase. Rheo-SAXS data confirmed that the average interlamellar vesicle phase decreases by the effect of shear rate, and, when shear is stopped, the vesicle structure is relaxed and goes back to the lamellar phase after certain time. Foams made with lamellar phase samples showed a high stability and it was found that the time evolution of the bubble diameter follows a power law equation with exponents smaller than those reported for coarsening and Ostwald ripening. The small values of these exponents seem to be related with orientation defects of the liquid crystalline phase. On the opposite, the foams made with the sponge phase samples presented poor stability, as a possible consequence of the passages that form their structure that could facilitate coalescence of bubbles.

Les mortiers colles se composent essentiellement de ciment, de sable, de charges minérales et d'une variété d'additifs (éthers de cellulose, entraînant d'air, latex) et sont utilisés pour coller des carreaux céramique (et d'autres pièces comme la pierre, le verre, etc.) aux substrats. Ils sont généralement appliqués dans une grande surface sur le substrat sous la forme de nervures sur lesquelles les carreaux sont mis. Afin d'obtenir une bonne performance, il est important que les propriétés rhéologiques du mortier permettent un bon contact entre les carrelages, même après plusieurs minutes (temps ouvert) d'exposition aux conditions ambiantes, soit à l'intérieur soit à l'extérieur des bâtiments. A cet effet, il est nécessaire d'éviter la formation d'une couche rigide et/ou sèche à l'interface mortier-air, qui peut être difficile à déformer ou à humidifier correctement la surface de la dalle. Comme le contact initial entre le mortier et le carrelage est la première étape pour le développement des propriétés adhésives entre les matériaux, une bonne compréhension de l'évolution des propriétés rhéologiques à l'interface air-mortier est d'une grande importance pour les producteurs de mortier et les utilisateurs. Dans ce contexte, cette thèse a d'abord développé des méthodes d'évaluation des propriétés interfaciales et une technique microscopique pour visualiser le contact. Ensuite, ces techniques combinées à des essais de tack test/ squeeze et à des procédés rhéologiques déjà existants peuvent être utilisé pour évaluer comment des additifs polymères tels que l'éther de cellulose influent sur les propriétés rhéologiques du mortier adhésif dans le volume et à l'interface pour mieux comprendre les propriétés adhésives. Et enfin, avec l'utilisation de la RMN, ces propriétés pourraient être corrélées avec l'évolution de la distribution de l'eau. / Adhesive mortars consist basically of cement, sand, mineral fillers and a variety of additives (cellulose ethers, air-entraining, latex) and are used to glue ceramic tiles (and other pieces like stone, glass etc) to substrates. They are usually applied in a large surface on the substrate in the form of ribs on which tiles are put. In order to obtain a good performance it is important that when the tile is installed, the mortar rheological properties allow for good contact between them, even after several minutes (open time) of exposure to ambient conditions either at internal or external building areas. For this purpose, it is necessary to avoid the formation of a rigid and/or dry layer at the mortar-air interface, which may be difficult to be deformed or wet the tile surface properly. As the initial contact between mortar and tile is the first step for the development of adhesive properties between the materials, a good comprehension of the rheological properties evolution at the air-mortar interface is of great importance for mortar producers and users. In this context, this thesis firstly developed methods to evaluate interfacial properties and a microscopical technique to visualize the contact. Then, those techniques combined with already existent squeeze flow/tack test and rheological methods can be used to evaluate how polymer additives such as cellulose ether influence the adhesive mortar rheological properties in the volume and at interface to further understand the adhesive properties. And finally, with the use of NMR, those properties could be correlated with water distribution evolution.

Les travaux décrits dans ce manuscrit concernent l’élaboration de conservateurs naturels et hydrosolubles à base de polysaccharides greffés par des molécules actives d’origine végétale de type phénoliques (peu solubles dans l’eau). L’objectif est de développer de nouveaux systèmes présentant des propriétés antioxydantes et/ou antibactériennes, voire rhéologiques et principalement destinés aux domaines des formulations aqueuses cosmétiques et/ou alimentaires. Pour ce faire, le composé aminogaïacol (dérivé du gaïacol) a été greffé chimiquement sur un polysaccharide (carboxyméthylpullulane) selon des proportions variées (comprises entre 5 et 58 %). Les études physico-chimiques en milieux salins dilué et semi-dilué mettent en avant un caractère associatif (de type polysavon) des dérivés les plus greffés, avec des interactions intramoléculaires hydrophobes prédominantes qui limitent les propriétés rhéologiques. Tous les produits synthétisés ont par contre démontré des propriétés antioxydantes et antibactériennes. Le caractère associatif (i.e. la présence de microdomaines hydrophobes) s’est avéré être favorable à l’activité antioxydante, avec les meilleures activités observées pour le dérivé le plus fortement greffé en aminogaïacol (58%). Au contraire, le comportement associatif a limité l’activité biologique, dans ce cas, c’est le dérivé le moins greffé (5%) qui a démontré la meilleure activité antibactérienne, en raison d’une meilleure disponibilité des greffons. Afin d’améliorer les propriétés biologiques et/ou rhéologiques, cette approche de greffage de l’aminogaïacol a été étendue sur un autre polysaccharide anionique (l’alginate), plus rigide que le carboxyméthylpullulane avec des résultats prometteurs notamment en rhéologie. / The works described in this manuscript concern the development of natural and water soluble preservatives based on polysaccharides grafted with molecules of plant origin (from phenolic structure). The aim consists in developing new systems with antioxidant and/or antibacterial properties together with rheological ones for cosmetic and/or food application fields. For this purpose, aminoguaiacol (derived from guaiacol) was chemically grafted onto a polysaccharide (carboxymethylpullulan) in various proportions (between 5 and 58 %). The physicochemical studies in dilute and semi-dilute saline media put forward an associative character (of polysoap type) of the most grafted derivatives, with predominant hydrophobic intramolecular interactions which are limiting for rheology. All synthesized products have demonstrated antioxidant and antibacterial properties. The associative character (i.e., the presence of hydrophobic microdomains) was found to be favorable to the antioxidant activity, with the best activity for the most grafted aminoguaiacol derivative (58%). On the contrary, the associative behavior limited the antibacterial activity, in this case, the least grafted derivative (5%) demonstrated the best antibacterial activity, due to best availability of the grafted moieties. In order to improve the biological and/or rheological properties, this grafting approach of aminoguaiacol has been extended to another anionic polysaccharide (alginate), more rigid than carboxymethylpullulan with promising results notably as concerns rheology.

Dans la configuration de Rayleigh-Bénard, on considère une fine couche de fluide placée entre deux parois horizontales, chauffée par le bas et refroidie par le haut. Cette couche peut être le siège d'une instabilité si le gradient thermique est suffisamment important : on passe alors de l'état conductif à l'état convectif et on parle de bifurcation primaire pour qualifier cette première transition. Cette mise en mouvement du fluide se fait de manière ordonnée : on constate ainsi l'émergence de différents motifs de convection comme des rouleaux, des carrés ou encore des hexagones. Ces structures vont à leur tour subir des instabilités qualifiées de secondaires qui vont limiter la gamme de nombres d'onde stables. On étudie ici théoriquement ces instabilités d'une part à proximité du seuil de la convection grâce à une approche faiblement non linéaire, d'autre part loin des conditions critiques grâce à une approche fortement non linéaire. Le fluide est rhéofluidifiant, ce qui correspond au comportement rhéologique le plus fréquemment rencontré, et est décrit par le modèle de Carreau. À proximité du seuil, on considère deux situations : la première correspond au cas où les plaques ont une conductivité finie, la seconde à celui d'un fluide thermodépendant. Dans chaque cas, l'influence du caractère rhéofluidifiant sur la nature du motif émergeant à la bifurcation primaire et sur les instabilités secondaires est mise en évidence. Pour étudier les motifs de convection loin des conditions critiques, on a recours à une procédure de continuation permettant de déterminer de proche en proche les caractéristiques de l'écoulement comme les champs de vitesse ou de température ainsi que le nombre de Nusselt. / In the Rayleigh-Bénard configuration, we consider a thin layer of fluid confined between two horizontal slabs which is heated from below and cooled from above. This layer undergoes an instability if the thermal gradient is strong enough: a transition from the conductive state to the convective state and called _ primary bifurcation _occurs. Moreover, it happens in an ordered way: we can notice the emergence of various convection patterns such as rolls, squares or hexagons. In their turn, these patterns undergo _ secondary instabilities _ that limit the range of stable wavenumbers. These instabilities are studied theoretically _firstly near the threshold thanks to a weakly nonlinear approach, and secondly far from critical conditions thanks to a strongly nonlinear approach. We consider a shear thinning fluid, the most common rheological behavior, which is described by the Carreau model. Near the threshold, two situations are considered: the first corresponds to finite conductivity plates, the second corresponds to a thermodependent fluid. In each case, the influence of the shear thinning effect on the nature of the pattern emerging at the primary bifurcation and on secondary instabilities is highlighted. To study the convection patterns far from the critical conditions, a continuation procedure is used to determine, step-by-step, the characteristics of the flow, such as the velocity or temperature fields and the Nusselt number.

Les travaux de cette thèse concernent des études fondamentales liées à la rhéologie et dynamique des chaines aux interfaces/interphases dans des structures polymères multi- micro et nano-couches obtenues par le procédé de coextrusion. Des couples de matériaux modèles présentant une compatibilisation physique et/ou chimique aux interfaces ont été étudiés. L’objectif ultime consiste en la compréhension des phénomènes multi-physiques et multi-échelles mis en jeu lors de l’élaboration du confinement de ces matériaux. Dans un premier temps, l'influence de «l'interphase diffuse» sur le comportement rhéologique aux échelles micro- et nanométriques a été étudiée. Malgré le caractère compatible du système PVDF/PMMA, ce travail met en évidence que les chaines macromolécules des deux polymères présentent une certaine hétérogénéité locale dans la dynamique spatiale, allant de l’échelle des segments jusqu’à la conformation globale des chaînes. L’étude par spectroscopie diélectrique, montre que cette hétérogénéité est dépendante de la composition de l'interphase. Cette dernière est gouvernée à son tour par la diffusion mutuelle des chaines aux interfaces. Les résultats obtenus ont été analysés et modélisés en se basant sur les concepts de la dynamique moléculaire. La deuxième partie de cette étude porte en l’étude de l’effet d’une interphase diffuse (et ou réactive) sur les propriétés microstructurales, rhéologique et en particulier sur la dynamique moléculaire dans les multi- micro et nano-couches confinés. Les systèmes élaborés ont été analysés à différentes échelles par différents moyens spectroscopiques. L’effet du confinement sur la structure cristalline est mis en exergue. Ces systèmes ont été étudiés sous sollicitations en cisaillement et en élongation en viscoélasticité linéaire (VEL) et non-linéaire (VENL). Des modélisations ont été alors possible et elles étaient établies en se basant sur les mécanismes physiques et physico-chimiques mis en jeu. En concomitance avec cette seconde partie, nous avons démontré que la formation du copolymère greffé au niveau de cette interphase réactive présente une influence sur la dynamique moléculaire aux échelles micro- et nanométriques. Par conséquent, un nouveau processus de relaxation interfaciale diélectrique est démontré. Sa signature est dépendante du temps ouvert à la réaction ainsi que du nombre de couches. Le dernier volet de la thèse a porté sur l'effet du l’ultra-confinement sur les propriétés microstructurales, la dynamique et les propriétés diélectriques à l’état fondu et solide. En outre, des moyens type 2D-WAXS/SAXS, spectroscopie diélectrique multifréquences ont été déployés pour mener à bien ces travaux. Enfin, les résultats de cette thèse présentent une première approche pour le contrôle des propriétés d’interphases dans les structures multinanocouches. Les applications visées sont principalement la plastronique, l’énergie ou l’emballage alimentaire à propriétés Ultra-barrière. / Interphase developed at the polymer–polymer interface crucially determines the overall macroscopic properties of multilayered polymers from coextrusion. A better understanding of the interfacial properties involving rheology and dynamics is essential for establishing the processing-structure-property relationship. Therefore, this thesis is focused on a fundamental study of the role of interphase in rheology and dynamics of multicomponent polymers, towards tailoring the interface/interphase in multilayered structures from coexrusion process. The work proceeded from the diffuse interphase in compatible multilayered systems to the reactive interphase in reactive counterparts. Starting with a preliminary study on a model compatible system of PVDF/PMMA blends, we firstly revealed their blending phenomena and physics, involving dynamic heterogeneity in segmental and terminal scales, and locally structural heterogeneity due to the nanoscale interphase. Particularly, the local heterogeneity significantly altered the thermorheological and dynamic behaviours. Based on the findings with blends, we were able to further clarify the effects of interdiffusion and diffuse interphase formation on the structure, rheology and dynamics in compatible multilayered PVDF/PMMA systems fabricated by forced-assembly multilayer coextrusion. The remarkable changes in the rheological and dynamic behaviors of these compatible multilayers were explained in terms of the physical picture for interdiffusion mechanism and physics of diffuse interphase occurring in coextrusion process. Secondly, we incorporated in situ interfacial chemical reaction to multilayered systems based on PVDF-g-MAH/PA6 in comparison to PVDF/PA6 pair, thereby allowing us to probe the generated reactive interphase with graft copolymers from bilayer to multi nanolayers. Influence of interfacial reaction and formed interphase on the resulting macroscopic rheological behaviors and microscopic dynamics were preliminarily elaborated using a stacked model bilayer of PVDF-g-MAH/PA6, by taking into account the factors involving interfacial morphology development, copolymer architecture and reaction extent/time, etc. Based on this preliminary investigation, we further probed the role of interfacial reaction and reactive intephase formation in the coextruded multilayered structures alternating of PVDF-g-MAH/PA6 with the layer thickness varying from micro- to nanoscale. Therein, we investigated systematically the layer architecture/structure, morphology, dielectric properties, charge transport dynamics, and especially the uniaxial extensional rheology of the reactive multilayered polymers in the presence of reactive interphase. Findings obtained in this thesis are aimed at a better understanding of the interfacial properties including rheology, dynamics and dielectric properties, towards controlling the interface/interphase and confinement in multilayered polymers from coextrusion and for their advanced applications.

Les polysaccharides amphiphiles sont constitués d’un squelette hydrophile sur lequel sont greffés des groupements hydrophobes. Ils possèdent des propriétés rhéologiques accrues dues à leur capacité d’auto-organisation en solution aqueuse mais également interfaciales dues à leurs propriétés d’adsorption aux interfaces eau/huile. Néanmoins, peu d’études s’intéressent à conférer ce type de propriétés à des polysaccharides complexes en termes de structure ou de conformation, comme le xanthane. En effet, ce polymère adopte en solution deux conformations distinctes selon les conditions expérimentales : une forme ordonnée hélicoïdale rigide et une forme désordonnée de type pelote flexible.Partant de ce constat, l’objectif de ce travail de thèse est de déterminer l’impact de la rigidité du squelette du xanthane modifié hydrophobiquement sur les propriétés amphiphiles en solution mais également sur les propriétés stabilisantes en émulsion.Il s’avère que la conformation adoptée par le polymère pendant le processus de greffage a un impact majeur sur ses propriétés rhéologiques : le xanthane modifié sous forme désordonnée possède un caractère associatif, contrairement au xanthane modifié sous forme ordonnée.De plus, le xanthane modifié hydrophobiquement est capable, sous certaines conditions, de former et de stabiliser des émulsions H/E, sans ajout de tensioactif moléculaire, en se partitionnant entre stabilisation de l’interface eau/huile et maintien de la viscosité de la phase aqueuse continue. / Amphiphilic polysaccharides are composed of a hydrophilic backbone grafted with hydrophobic moieties. They show specific rheological properties due to their capacity to self-associate in solution, but also interfacial properties due to their ability to adsorb at the water/oil interface. However, only few studies describe the chemical modification of complex heteropolysaccharides regarding their structure or their conformation, such as xanthan. Indeed, this polysaccharide can adopt in solution two distinct conformations depending on experimental conditions: an ordered rigid helix or a disordered flexible coil.The objective of this work is to determine the impact of the chain stiffness of hydrophobically modified xanthan on associative properties in solution, but also on stabilizing properties in emulsion.The conformation adopted by the polymer during the grafting procedure has a major impact on the rheological properties: xanthan modified under disordered conformation is an associative polysaccharide, contrary to xanthan modified under its ordered conformation.In addition, hydrophobically modified xanthan is able, under certain conditions, to form and stabilize O/W emulsion, without further addition of molecular surfactant, by partitioning between stabilization of the water/oil interface and viscosifying the continuous aqueous phase.