Aller au menu Aller au contenu
Vie scientifique
Vie scientifique
Vie scientifique

> Vie scientifique > Thèses

LGP2 - Thèses soutenues, 2020

Liliane Samara FERREIRA LEITE

11 décembre 2020 - Matériaux, Mécanique, Génie Civil, Électrochimie
Sujet
Préparation et caractérisation de bionanocomposites à base de protéines et nanocristaux de cellulose par casting continu
Direction
Julien BRAS, Maître de Conférences HDR, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Luiz Henrique CAPPARELLI MATTOSO, Chercheur Principal, Embrapa / UFSCar
Résumé
Cette thèse étudie la production de films de gélatine et de nanocristaux de cellulose (CNC) destinés aux emballages alimentaires fonctionnels et biodégradables.
Les films de gélatine/CNC ont été obtenus par casting continu à l’échelle pilote. Ce procédé permet une production continue de bobines de film et s’avère également plus avantageux en ce qui concerne les propriétés du film : les tests de traction, l'analyse thermogravimétrique et l'analyse de perméabilité à la vapeur d'eau ont montré que les films de gélatine/CNC produits en continu ont une meilleure performance que ceux obtenus par casting conventionnel.
L’action des nanocristaux de cellulose a été étendue par une fonctionnalisation avec des molécules naturelles, comme la colophane ou l’acide tannique, qui a produit des nanocharges antimicrobiennes ou antioxydantes. L'acide tannique, oxydé ou non, a été utilisé avec succès comme antioxydant et additif antibactérien, donnant ainsi une autre perspective quant au potentiel de ces films de gélatine/CNC comme matériaux d'emballage.
Cette thèse donne une compréhension globale de la façon dont la nanocellulose peut être exploitée afin de développer des films biodégradables à base de gélatine avec des propriétés améliorées ou des fonctionnalités supplémentaires. Le casting continu a été appliqué afin de favoriser la production de bobines de film de gélatine/CNC. L’ensemble de ces résultats rend ces films bionanocomposites très intéressants pour des applications dans les emballages alimentaires.

Estelle DOINEAU

10 décembre 2020
Sujet
Modification de fibres de lin par des nanocristaux de cellulose et du xyloglucane pour le développement de composites hiérarchiques
Direction
Jean-Charles BÉNÉZET, Professeur, IMT Mines Alès ♦♦ Julien BRAS, Maître de Conférences HDR, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Nicolas LE MOIGNE, Enseignant-chercheur, IMT Mines Alès ♦♦ Bernard CATHALA, Directeur de Recherche, INRAe Nantes
Résumé
Ce travail de thèse vise à développer un traitement de surface de fibres de lin pour l’amélioration des propriétés mécaniques de biocomposites à matrice polymère et renforts en lin.
Cette modification de surface s’inspire des structures hiérarchiques présentes dans les systèmes biologiques (os, nacre ou bois), constitués de nano-objets permettant un meilleur transfert de charges dans ces matériaux. Cette présence d’objets de dimensions nanométriques permet notamment d’atteindre des valeurs de contrainte et ténacité élevées et de limiter la propagation de fissures.
Dans ces travaux de recherche, des produits dérivés de la biomasse ligno-cellulosique, à savoir les nanocristaux de cellulose (CNC) et le xyloglucane (XG), ont été choisis pour leurs propriétés et leur affinité mutuelle afin de créer des fibres de lin hiérarchiques. Dans un premier temps, l’adsorption de XG et CNC sur les fibres de lin a pu être localisée et quantifiée grâce à des marqueurs fluorescents. De plus, des mesures de force d’adhésion en microscopie à force atomique ont révélé la création d’un réseau extensible XG/CNC sur la surface de la fibre. Par la suite, deux voies ont été proposées avec l’élaboration de biocomposites thermoplastiques (polypropylène/fibres de lin) et thermodurcissables (résine époxy/tissu de lin) utilisant ces fibres nanostructurées. Dans les deux cas, une augmentation du travail à la rupture a été mesurée en micro-tractions et/ou tractions uniaxiales, permettant une plus grande dissipation de l’énergie lors de la rupture. 
L’ensemble de ces travaux a permis d’évaluer le potentiel de différents renforts en lin hiérarchiques (tissu unidirectionnel ou fibres courtes) pour le développement de biocomposites structuraux avec un focus fait sur la zone d’interphase fibre / matrice.
Autres membres du jury
Joël BRÉARD, Professeur, Université de Caen Normandie ♦♦ Jannick DUCHET-RUMEAU, Professeur, INSA Lyon ♦♦ Hélène ANGELLIER-COUSSY, Maître de Conférences, Université de Montpellier ♦♦ Tatiana BUDTOVA, Directrice de Recherche, MINES ParisTech  ♦♦ Evelyne MAURET, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Laurent HEUX, Directeur de Recherche, Cermav - CNRS, Grenoble

Hugo SPIESER

20 novembre 2020 - Matériaux, Mécanique, Génie Civil, Électrochimie [Thèse en ligne]
Sujet
Smart and Safe Packaging
Direction
Julien BRAS, Maître de Conférences HDR, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ David GETHIN, Professeur, Swansea University, UK ♦♦ Aurore DENNEULIN, Maître de Conférences, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Davide DEGANELLO, Professeur, Swansea University, UK
Résumé
En lien avec les dernières innovations dans le domaine des emballages, ce projet collaboratif a pour but d’implémenter de nouveaux micro- et nanomatériaux innovants pour le développement d’emballages actifs et intelligents dans le domaine alimentaire et médical. Il se focalise en particulier sur deux stratégies : le développement d’emballages antibactériens d’un côté et de capteurs de gaz de l’autre.
La première stratégie est dédiée à l’utilisation combinée de nanofils d’argent et de nanofibrilles de cellulose pour la production de surfaces antibactériennes. La formulation d’encres ainsi que les paramètres de dépôt ont été optimisés pour différent procédés tels que l’enduction ou l’impression sérigraphique. Une forte activité antibactérienne contre des souches bactériennes Gram-positive mais aussi Gram-négative a été prouvée pour toutes les surfaces préparées. Des propriétés intéressantes relatives au domaine des emballage actifs ont aussi été démontrées telles que la conservation d’une haute transparence et l’amélioration des propriétés barrière.
Dans la seconde stratégie, des capteurs de gaz ont été préparés en utilisant un mélange actif composé de Cuivre benzène-1,3,5-tricarboxylate Metal Organic Framework et de carbone-graphène, déposé sur des électrodes flexibles produites par sérigraphie. Les capteurs sont faciles à produire et ont été optimisés pour présenter de bonnes performances à la fois pour détecter et quantifier l’ammoniac gazeux mais aussi servir de capteurs d’humidité, ce qui prouve leur versatilité et leur important potentiel industriel.
Ce projet a donc conduit à différentes solutions innovantes qui peuvent relever les défis de l’industrie des emballages.
Autres membres du jury
Davide BENEVENTI, Directeur de Recherche CNRS, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Eliane ESPUCHE, Professeur, Université Claude Bernard Lyon 1 ♦♦ Long LIN, Professeur, University of Leeds, UK ♦♦ Kar Seng TENG, Professeur, Swansea University, UK

Amina GHORBEL

1er octobre 2020 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés [Thèse en ligne]
Sujet
Flottation réactive à l’ozone : impacts sur les qualités papetières – procédés, fibres et effluents – des suspensions de fibres lignocellulosiques.
Direction
Marc AUROUSSEAU, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Nathalie MARLIN, Maître de Conférences HDR, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Agnès BOYER, Maître de Conférences, Grenoble INP-Pagora / LGP2
Résumé
Objectif de cette étude : accroître les connaissances de l’effet de l’ozone introduit comme gaz réactif dans le procédé de flottation sur les performances du désencrage de papiers imprimés ainsi que sur les propriétés papetières des fibres cellulosiques recyclées (propriétés physiques et optiques, aptitude papetière).
Des essais à forte dose d’ozone (2,97% par rapport à la masse de fibres) ont été conduits dans une cellule de flottation pilote de laboratoire (15 L). Plusieurs mélanges de papiers récupérés ont été étudiés :
  • un mélange composé de 50 % de magazines et de 50 % de journaux ;
  • deux mélanges modèles à base de fibres vierges sans bois (taux de pâte mécanique inférieur à 15 %) afin de limiter le jaunissement des fibres lignifiées par l’ozone ;
  • un mélange industriel sans bois composé de 90 % de papiers de bureau et 10 % de magazines.
L’eau du réseau et une eau de procédé modèle ont été utilisées pour diluer les fibres avant désencrage. Pour une meilleure compréhension de la réactivité de l’ozone, des essais ont également été conduits sur les deux types d’eau, en l’absence de fibres.
Les principaux avantages du procédé de flottation réactive à l'ozone sont :
  • la forte réduction de la DCO soluble dans les effluents jusqu’à 63 % par rapport à la flottation à l’air dans le cas d’essais avec des papiers industriels, en utilisant une eau de procédé modèle ;
  • l’augmentation du rendement en fibres de 1 point ;
  • la conservation ou l’amélioration des propriétés papetières des fibres recyclées.
L’ozone réagit préférentiellement avec les contaminants solubles de sorte que les fibres ne sont pas affectées. Ce procédé est tout à fait adapté au désencrage de papiers imprimés sans bois.
Autres membres du jury
Véronique COMA, Maître de conférences HDR, Université de Bordeaux ♦♦ Annabelle COUVERT, Professeur, ENSCR, Rennes ♦♦ Pierre DUMONT, Professeur, INSA Lyon ♦♦ Nicolas GONDREXON, Professeur, LRP / Université Grenoble Alpes

Jahan GOLESTANI

3 juillet 2020 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés [Thèse en ligne]
Sujet
Procédé de purification de la cellulose issue du bois par couplage de réactions enzymatiques et chimiques.
Direction
Christine CHIRAT, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2  ♦♦ Dominique LACHENAL, Professeur Émérite, Grenoble INP-Pagora / LGP2
Résumé
De nos jours, l'application des technologies propres est au centre de l'attention dans différentes industries afin de réduire les émissions de polluants dans l'environnement. En valorisant des précieux produits secondaires à valeur ajoutée, maximiser les revenus d'une ligne de production est également demandé. Dans le cas de l'industrie de la cellulose, essayer de valoriser tous les composants du bois au lieu de brûler la moitié du bois avec la liqueur noire améliorerait le modèle économique des usines et assurerait leur pérennité dans certains cas. Le procédé kraft est la méthode dominante employée pour la production des pâtes à papier.
Parmi les divers produits à valeur ajoutée actuels et potentiels dans l'industrie des pâtes et papiers, les hémicelluloses sont les plus importantes, car elles représentent jusqu'à 30% de la masse du bois, et jusqu'à présent, elles n'ont été valorisées que pour la production d'énergie. Étudiées par plusieurs groupes de recherche, il y a deux manières d'accéder aux hémicelluloses au procédé kraft, en tant qu'un procédé dominant dans l'industrie de la cellulose : soit elles peuvent être partiellement extraites par un procédé d'autohydrolyse avant la cuisson kraft, soit elles pourraient être extraites de pâtes à papier qui contiennent encore de 15 à 30% d'hémicelluloses. Dans cette étude, nous nous concentrerons sur l'extraction des hémicelluloses de la pâte à papier blanchie en utilisant des enzymes seules ou en combinaison avec une extraction caustique à froid. Effectivement, nous visons à extraire des hémicelluloses plutôt pures sous leur forme oligomérique pour une éventuelle utilisation future comme prébiotiques par exemple. Les processus acides sont donc exclus car l'hydrolyse acide est susceptible de dépolymériser les oligomères en monomères et de dégrader les monomères de sucre en furanes. Le processus acide pourrait également dégrader la cellulose.
L'avantage d'utiliser des enzymes est que les hémicelluloses pures doivent être obtenues, car les enzymes sont sélectives. Le choix des pâtes blanchies comme matière première devrait garantir l'accès à des hémicelluloses plus pures que celles issues d'un procédé d'autohydrolyse : en effet, les pâtes blanchies ne contiennent plus de lignine, et les hémicelluloses des pâtes blanchies doivent être exemptes de groupes acétyle, et seulement peu d'acide uronique les groupes doivent rester.
La xylanase et la mannanase sont les deux enzymes qui seront étudiées. Ces enzymes ont déjà été testées dans l'industrie des pâtes et papiers en tant qu'agents stimulants de blanchiment. Mais il reste de nombreux défis à relever pour appliquer des hémicellulases afin de valoriser des hémicelluloses de pâtes kraft, parmi lesquelles la limitation de l'extraction des hémicelluloses restantes est critique, c'est pourquoi nous étudierons également une combinaison entre enzymes et traitement CCE. L'étude est divisée en deux parties : la première partie étudiera l'effet des deux enzymes sur les pâtes de résineux et de feuillus blanchies, en combinaison ou non avec le CCE, et la deuxième partie étudiera la structure des oligosaccharides extraits.
Autres membres du jury
 

Axelle BARNET

19 juin 2020 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Compréhension des phénomènes de vieillissement de papiers électrotechniques dans les transformateurs de puissance et recherche de solutions industrielles.
Direction
Gérard MORTHA, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2  ♦♦ Nathalie MARLIN, Maître de Conférences HDR, Grenoble INP-Pagora / LGP2  ♦♦ Lucie BOIRON, Ingénieure de Recherche, Ahlstrom-Munksjö
Résumé
Les transformateurs de puissance sont des équipements coûteux dont un point faible est la dégradation du papier Kraft isolant qu’ils contiennent. Ces travaux étudient la dégradation cinétique de deux papiers électrotechniques, dans des essais de vieillissement en conditions accélérées dans une huile minérale : un papier standard et un papier amélioré, Thermally Upgraded (TU), contenant un additif.
La dégradation du papier standard, mesurée via l’évolution du degré de polymérisation viscosimétrique (DPv) de la cellulose, suit un modèle cinétique d’ordre zéro et l’énergie d’activation mesurée est proche de celle avancée pour l’hydrolyse acide de la cellulose dans la littérature. Le papier TU présente en revanche un comportement différent, l’ajout de l’additif ralentissant sa dégradation et aucun modèle testé n’a permis de modéliser correctement les données expérimentales. Une étude plus approfondie sur le mécanisme d’action de cet additif a permis de confirmer et compléter les hypothèses de la littérature.
Par ailleurs, des caractérisations mécaniques des papiers vieillis ont mis en évidence une corrélation entre le DPv de la cellulose et la résistance au double-plis du papier. Une autre étude a porté sur le rôle de la lignine sur la dégradation du papier : un effet protecteur pour la cellulose a été discuté et il a été montré que le vieillissement de la lignine conduisait aussi à la production de méthanol dans l’huile (marqueur de dégradation du papier utilisé dans les transformateurs).
Enfin, une nouvelle solution de protection en surface du papier, a montré des résultats encourageants notamment en termes de conservation des propriétés mécaniques du papier.
Autres membres du jury
Anne-Laurence DUPONT, Directrice de Recherche CNRS, MNHN CRC, Paris ♦♦ Thierry PAILLAT, Professeur, Université de Poitiers ♦♦ Nathalie BARNEL, Ingénieure de Recherche, EDF ♦♦ Olivier LESAINT, Directeur de Recherche CNRS, G2ELab, Grenoble

Manon LE GARS

5 mars 2020 - Matériaux, Mécanique, Génie Civil, Électrochimie
Sujet
Modifications de surface de nanocristaux de cellulose pour des applications d'emballages alimentaires.
Direction
Julien BRAS, Maître de Conférences HDR, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Naceur BELGACEM, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Philippe ROGER, Professeur, Université Paris-Saclay ♦♦ Hanène SALMI-MANI, Maître de Conférences, Université Paris-Saclay
Résumé
Ce projet vise à développer de nouvelles modifications chimiques de surface des nanocristaux de cellulose (NCC) pour améliorer leur compatibilité avec le polymère biosourcé qu’est l’acide polylactique (PLA) et ce, afin de combiner leurs propriétés intrinsèques respectives. Des matériaux multiphasiques ont été produits à partir du PLA en y incluant des nanomatériaux cellulosiques. L’application visée étant l’emballage alimentaire, l'amélioration des propriétés barrière du PLA, notamment vis-à-vis de l'oxygène et de la vapeur d'eau, est un point clé dans la caractérisation des produits finis. Plus précisément, différentes voies sont proposées pour le greffage de divers composés – polymères ou molécules – à la surface des nanocristaux de cellulose. Le succès de ces greffages a été confirmé et quantifié par diverses techniques de caractérisation. Les NCC modifiés sont introduits dans un matériau PLA selon deux stratégies : soit en tant que nanocharges dans une matrice PLA, avec des taux d'inclusion compris entre 2 et 10% massique, soit en tant que couche interne dans des matériaux multicouches de PLA. Dans les deux cas, les matériaux finaux, préparés à partir de PLA et de nanomatériaux cellulosiques modifiés, présentent des propriétés intéressantes en termes d’homogénéité, de transparence et de barrière à l'oxygène et à la vapeur d'eau, conformément aux propriétés requises pour les matériaux de conditionnement alimentaire.
Autres membres du jury
Bénédicte LEPOITTEVIN, Maître de Conférences, ENSICAEN ♦♦ Jose-Maria LAGARON, Professeur, CSIC, Espagne ♦♦ Hélène ANGELLIER-COUSSY, Maître de Conférences, Université de Montpellier ♦♦ Evelyne MAURET, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Sandra DOMENEK, Maître de Conférences, AgroParisTech

Esakkiammal Sudha ESAKKIMUTHU

30 janvier 2020 - Matériaux, Mécanique, Génie Civil, Électrochimie [Thèse en ligne]
Sujet
Étude de nouvelles techniques de dérivation chimique de la lignine en vue de l'analyse par chromatographie d'exclusion stérique.
Direction
Gérard MORTHA, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Nathalie MARLIN, Maître de Conférences HDR, Grenoble INP-Pagora / LGP2
Résumé
La lignine est le deuxième biopolymère le plus abondant sur la planète après la cellulose. Elle se compose de structures aromatiques tridimensionnelles hautement ramifiées, comportant divers groupes fonctionnels.
Ce travail de thèse vise à établir des méthodes de dérivation pour l'analyse de la lignine, à quantifier les groupes fonctionnels et à déterminer la distribution des masses molaires de la lignine (DMM) par chromatographie d’exclusion stérique (SEC). Cinq lignines techniques ont été étudiées : Protobind 1000, Organosolv, lignine Kraft de pin, lignine Kraft d’eucalyptus et Indulin. Elles ont été dérivées par une méthode classique d’acétylation et de nouvelles méthodes telles que la fluorobenzylation et la fluorobenzoylation. Le nombre d'hydroxyles présents dans les échantillons de lignine est quantifié par des techniques GC et RMN (1H, 13C, 19F et 31P). La distribution des masses molaires des lignines dérivées est calculée en utilisant différentes colonnes SEC avec différents solvants (DMAc et THF). Des méthodes d'étalonnage conventionnelles et universelles sont utilisées pour les calculs de DMM.
Avec cette approche, les nouvelles techniques de dérivation augmentent de manière significative la solubilité de la lignine dans le THF et donc améliorent les résultats de l’analyse chromatographique. L'étalonnage universel conduit à environ trois fois les valeurs de masses molaires calculées par étalonnage standard.
Autres membres du jury
Nicolas BROSSE, Professeur, Université de Lorraine ♦♦ Christophe GEANTET, Directeur de Recherche, CNRS, Université Lyon 1 ♦♦ Sami HALILA, Chargé de Recherche, CNRS, Université Grenoble Alpes ♦♦ Marie-Christine BROCHIER-SALON, Ingénieur de Recherche, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Dominique LACHENAL, Professeur Émérite, Grenoble INP-Pagora / LGP2

Camille THIBAUT

8 janvier 2020 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés [Thèse en ligne]
Sujet
Développement de matériaux fibreux cellulosiques pour la production d'objets bio-sourcés imprimés en 3D par extrusion.
Direction
Didier CHAUSSY, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Aurore DENNEULIN, Maître de Conférences, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Davide BENEVENTI, Directeur de Recherche CNRS, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Sabine ROLLAND DU ROSCOAT, Maître de Conférences, Université Grenoble Alpes / 3SR
Résumé
Ce travail de thèse a consisté d’abord à formuler des pâtes aqueuses à fort taux de matière sèche présentant les propriétés adéquates aux exigences de l’impression 3D par extrusion. L’étude de mélanges associant des particules micrométriques organiques (fibres courtes ou poudre de cellulose) et des dérivés de cellulose (carboxymethylcellulose) a permis d’obtenir une pâte homogène présentant des déformations limitées lors du séchage de l’objet imprimé.
Une seconde phase du projet a été consacrée à l’adaptation et l’optimisation de l’impression 3D par extrusion afin de garantir une fidélité optimum des objets imprimés aux modèles numériques. Les limitations du nouveau matériau quant au design des pièces ainsi que des paramètres d’utilisation ont été déterminées. Pour caractériser les objets produits, plusieurs approches innovantes, comme le suivi du séchage d’une pièce imprimée par tomographie, ont été mises en œuvre.
Ces résultats de recherche ont permis d’aboutir à l’impression 3D de formes complexes avec un matériau 100% cellulosique aux propriétés mécaniques comparables à celles des thermoplastiques habituellement utilisés dans l’impression 3D de fils fondus.
Autres membres du jury
Roberta BONGIOVANNI, Professeur, Politecnico di Torino, Italie ♦♦ Pierre DUMONT, Professeur, INSA Lyon ♦♦ Gilberto DE FREITAS SIQUEIRA, Chercheur scientifique, Empa, Suisse ♦♦ Laurent ORGÉAS, Directeur de Recherche CNRS, Université Grenoble Alpes / 3SR

mise à jour le 22 juin 2021

Université Grenoble Alpes