Letteratura scientifica selezionata sul tema "Systèmes biosourcés"

L'agriculture doit faire face à de grands défis qui sont interdépendants : dérèglement climatique, production d'énergie, érosion de la biodiversité, pollution des milieux, sécurité alimentaire et santé humaine. Pour éclairer les politiques publiques, nous comparons des scénarios dont un objectif commun est l'atteinte de la neutralité carbone en 2050. Ils reposent sur différentes hypothèses de production de biomasse et de son allocation à l'élevage, aux produits biosourcés et au sol. L'état de l'art montre des interdépendances fortes entre ces différents domaines. Nous concluons que des innovations ou changements systémiques sont nécessaires pour faire face aux différents défis. Sur ces bases, nous montrons que les scénarios reposant le plus sur les technologies sont climato-centrés et ignorent les questions de biodiversité et de santé. A l'opposé, les scénarios plus multifonctionnels reposent sur des innovations plus systémiques, souvent déjà connues, sont meilleurs pour la biodiversité et la santé, mais sont plus difficiles à mettre en œuvre car demandant plus de sobriété dans la consommation de produits animaux et d'énergie et nécessitant de lever un plus grand nombre de verrous sociotechniques. Ces analyses suggèrent de mieux mobiliser les acquis agronomiques pour construire et évaluer des scénarios. En conclusion, nous montrons comment les scénarios les plus systémiques confortent le Green Deal et soulignent les insuffisances de la PAC. Mots-clés : agroécologie, élevage, dérèglement climatique, bioénergie ; séquestration du carbone

Les objectifs environnementaux (COP21) visant à réduire les émissions de gaz à effet de serre et l'impact de l'industrie sur la nature, font face au défi de la demande croissante d'énergie et de produits. Les procédés chimiques sont les premiers en cause lorsqu’ils mettent en œuvre des solvants. L'ingénierie des solvants est une solution innovante qui vise à trouver des milieux alternatifs bénins possédant les propriétés de solvant adaptés pour chaque étape du procédé.Dans cette perspective, nous avons étudié les Liquides expansés par un gaz (LEGs), qui sont desliquides dont le volume augmente sous l’effet d’un gaz dissous sous pression. En particulier, le CO2 peut être utilisé comme agent d'expansion pour obtenir des liquides expansés par du CO2(LECs), combinant les avantages du CO2 et du solvant. La phase expansée peut contenir des concentrations élevées de CO2, jusqu'à 80%, selon le solvant, ce qui conduit à une réduction du besoin du solvant organique, mais aussi à des changements des propriétés physicochimiques et de transport de la nouvelle phase expansée. On peut de plus moduler ces propriétés par la pression et la température, d'une manière réversible, et améliorer la séparation des produits. Dans cette étude, différents solvants biosourcés ont été utilisés pour obtenir des systèmes expansés par du CO2, tels que les acétates d'alkyle, les carbonates organiques, les méthoxybenzènes, etc.La connaissance des équilibres de phase, des propriétés de solvatation et de transport est essentielle pour concevoir des processus qui exploitent le comportement particulier de ces systèmes biphasiques. Deux approches principales ont été utilisées pour caractériser ces systèmes. Dans un premier temps, des mesures ont été effectuées dans une cellule à haute pression et à volume variable pour évaluer la polarité au travers du paramètre Kamlet-Taft (KT) *(dipolarité / polarisabilité) dans les solvants expansés par du CO2 sous des pressions allant jusqu'à 30 MPa. La technique utilisée a été la spectroscopie UV-Vis suivant le déplacement hypsochromique du Rouge de Nile, une sonde solvatochromique déjà utilisée pour obtenir les paramètres KT dans des solvants purs. De plus, des mesures d'équilibre vapeur-liquide (ELV) ont été effectuées pour obtenir la composition de la phase expansée à différentes pressions et températures afin de comprendre la solvatation du CO2 dans les solvants organiques et de fournir des informations manquantes dans la littérature. En deuxième lieu, dans une approche plus théorique, les données ELV ont été utilisées pour calculer numériquement d'autres propriétés telles que la densité et la viscosité. Des équations d'état et des simulations par dynamique moléculaire (DM) ont été utilisées ; ces dernières donnant de meilleurs résultats dans un mode prédictif de la masse volumique et permettant de suivre les positions moléculaires au cours du temps, qui peut être liée à de nombreuses propriétés, y compris la viscosité étudiée ici. Ces calculs ont été effectués en utilisant un champ de force de type Amber adapté. Les résultats obtenus dans l’ensemble complètent les données de la littérature existante et apportent de nouvelles informations sur les propriétés des LEGs. Par exemple, le comportement non linéaire de l'expansion volumétrique, vérifié après les déterminations de masse volumique sur les simulations DM à l'équilibre, est une clé dans la compréhension des interactions soluté-solvant ; ainsi que les valeurs KT * obtenues qui confirment la large gamme de polarité couverte par ces systèmes.Enfin, certains systèmes expansés par du CO2 ont été utilisés pour produire des nanoparticules de TiO2 pour panneaux solaires, améliorant leur surface spécifique et donc leur efficacité en tant que semi-conducteurs ; et d’autres ont été appliqués à un processus d'activation enzymatique entraînant une augmentation significative du taux de conversion

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

Dans un contexte de prise en compte croissante des enjeux environnementaux, l'industrie de la chimie et des procédés se retrouve confrontée à des problématiques de substitution de molécules. Les méthodes de formulation inverse, qui consistent en la recherche assistée par ordinateur de molécules satisfaisant un ensemble de contraintes, répondent de manière efficace à ces problématiques. A partir de l'analyse systémique des usages et fonctionnalités nécessaires dans ce contexte, nous développons un outil logiciel de formulation inverse mettant en oeuvre un algorithme génétique. Celui-ci est capable d'explorer un espace de solutions plus vaste en considérant les mélanges et non les molécules seules. Par ailleurs, il propose une définition des problèmes très flexible qui permet la recherche efficiente de molécules issues de filières renouvelables. En s'appuyant sur l'ingénierie système et l'ingénierie d'entreprise, nous proposons un processus formel de prise de décision pour la substitution de produit dans un contexte industriel. Ce processus de décision multi-critères englobe les phases de définition des exigences, de génération de solutions alternatives, de sélection de la meilleure alternative et de mise en oeuvre du produit. Il utilise une approche dirigée par les modèles et des techniques de prises de décision qui garantissent un alignement opérationnel en complément de l'alignement stratégique. A travers un cas d'étude, nous montrons comment l'utilisation conjointe de notre outil de recherche par formulation inverse et de notre processus de décision permet une démarche environnementale de substitution de produit à la fois efficiente et conforme à la réalité de l'entreprise
In a context where environmental issues are increasingly taken into account, the chemical related industry faces situations imposing a chemical product substitution. Computer aided molecular design methods, which consist in finding molecules satisfying a set of constraints, are well adapted to these situations. Using a systemic analysis of the needs and uses linked to this context, we develop a computer aided product design tool implementing a genetic algorithm. It is able to explore a wider solution space thanks to a flexible molecular framework. Besides, by allowing a very flexible setting of the problem to be solved, it enables the search of molecules sourced from renewable resources. Based on concepts from system and enterprise engineering, we formalize a decision making process dedicated to the product substitution in an industrial context. This multi-criteria decision process includes the phases of the requirements definition, of the generation of alternative solutions, of the selection of the best alternative and of the product application. It uses a model driven approach and decision making techniques that guaranty an operational alignment in addition to the strategic alignment across the chemical enterprise. Through a case study, we expose how the combination of our computer aided product design tool and our decision making process enables an environmentally compliant approach of product substitution which is both efficient and in adequacy with enterprise context

Les travaux de recherche présentés dans cette thèse portent sur la formulation, caractérisation et modélisation des propriétés physiques et mécaniques des matériaux biosourcés à base de granulats végétaux (paille céréalière) destinés à l’isolation thermique et la réhabilitation énergétique des bâtiments. Les objectifs des travaux de cette thèse, inscrite dans le cadre du projet PEPITE, sont l’optimisation des performances thermiques, mécaniques et hydriques des matériaux biosourcés développés dans le cadre des travaux antérieurs et le développement d’un enduit de protection pour une solution technique de réhabilitation thermique. L’optimisation de la formulation est obtenue en utilisant des adjuvants et d’autres déchets naturels biodégradables et renouvelables, afin de créer une porosité plus importante et de diminuer d’avantage la conductivité thermique des matériaux. En se basant sur les résultats de caractérisation expérimentale, trois formulations ont été retenues. Ces matériaux sont des milieux fortement hétérogènes avec un comportement assez complexe ; dont la compréhension et la prédiction font appel dans le cadre de ce travail aux méthodes d’homogénéisation numérique. L’effet de la microstructure réelle (morphologie, orientation des hétérogénéités) sur les propriétés effectives thermiques et le comportement mécanique non linéaire de ces matériaux a été mis en évidence également dans cette étude. La comparaison des résultats numériques et expérimentaux a confirmé la capacité prédictive et le potentiel de l’approche utilisée pour orienter la formulation des matériaux à partir de critères de performances thermiques. Une caractérisation fine des propriétés hydriques des formulations optimales (perméabilité à la vapeur d’eau, courbes de sorption-désorption, MBV) a été réalisée afin de comprendre la relation entre les propriétés de ces matériaux et la notion du confort hygro-thermique du bâtiment. D'excellentes propriétés hydriques ont été obtenues pour les trois bio-composites étudiés. Pour évaluer leurs performances à long terme, les matériaux ont été exposés à un vieillissement accéléré au laboratoire via des tests d’humidification-séchage et gel-dégel. Cette évaluation environnementale a mis en évidence une réduction significative des propriétés mécaniques après les cycles considérés. Enfin, un enduit de protection des matériaux biosourcés a été développé dans cette étude dans le but de proposer une solution complète de rénovation thermique. L’enduit au comportement optimisé proposé ici en combinant une approche expérimentale et numérique, a fait l’objet d’une caractérisation physique et mécanique afin de mesurer son impact sur les performances des biocomposites. Les caractéristiques, obtenues pour les formulations optimales proposées, répondent parfaitement aux exigences réglementaires relatives aux enduits d'isolation thermique
The research work presented in this thesis focuses on the formulation, characterization and modeling of the physical and mechanical properties of bio-composite materials based on plant aggregates (cereal straw) for thermal insulation and energy rehabilitation of buildings. The objectives of this thesis, part of the PEPITE project, are the optimization of the thermal, mechanical and hydric performances of the bio-based materials developed within the framework of previous work and the development of a protective coating for a technical solution of thermal rehabilitation. The optimization of the formulation is obtained by using additives and other biodegradable and renewable natural waste, in order to create a higher porosity and to further decrease the thermal conductivity of the materials. Based on the results of experimental characterization, three formulations were selected. These materials are highly heterogeneous media with a rather complex behaviour and for which its understanding and prediction call for numerical homogenization methods in the framework of this work. The effect of the real microstructure (morphology, orientation of heterogeneities) on the effective thermal properties and the non-linear mechanical behavior of these materials was also highlighted in this study. The comparison of numerical and experimental results confirmed the predictive capacity and the potential of the approach used to guide the formulation of materials based on thermal performance criteria. A detailed characterization of the hydric properties of the optimal formulations (water vapor permeability, sorption-desorption curves, MBV) was carried out in order to understand the relationship between the properties of these materials and the notion of hygro-thermal comfort of the building. Excellent hydric properties were obtained for the three bio-composites studied. In order to evaluate their long-term performance, the materials were exposed to accelerated ageing in the laboratory through humidification-drying and freeze-thaw tests. This environmental assessment revealed a significant reduction in mechanical properties after the cycles considered. Finally, a protective coating for bio-based materials was developed in this study with the aim of proposing a complete thermal renovation solution. The coating with optimised behaviour proposed here by combining an experimental and numerical approach was the subject of a physical and mechanical characterization in order to measure its impact on the performance of biocomposites. The characteristics obtained for the optimal formulations proposed meet perfectly the regulatory requirements relating for thermal insulation coatings

Ces travaux de thèse s’inscrivent dans la recherche de nouvelles solutions ignifuges durables, en réponse aux enjeux sécuritaires liés à l’augmentation des risques d’incendie dans le monde. L'utilisation croissante du bois dans la construction, couplée aux perturbations climatiques et aux enjeux sanitaires et environnementaux renforce le besoin de développer des agents ignifuges respectueux de l'environnement. Dans cette optique, les systèmes intumescents, qui forment une couche isolante expansive lors d’une exposition à la chaleur, se montrent particulièrement prometteurs. Ces derniers reposent en effet sur une réaction de condensation entre un agent libérateur d’acide et un agent riche en fonctions hydroxyles ce qui permet d’envisager l’incorporation de composés naturels dans ces derniers. Cette thèse vise ainsi à évaluer le potentiel de valorisation des composés phénoliques extraits du liège vierge (Quercus suber L.), un sous-produit sylvicole peu valorisé, dans des formulations intumescentes biosourcées.La première phase des travaux a porté sur l’extraction et la caractérisation chimique des composés phénoliques du liège vierge. Après une comparaison de différentes techniques, l’extraction assistée par pression s’est révélée la plus efficace, avec une vitesse d’extraction accrue (x 64 par rapport à la macération mécanique) et une consommation de solvant réduite (- 79 %). L’extrait aqueux, qui a présenté une bonne résistance thermique (54 % de masse résiduelle à 600 °C) et une forte teneur en polyphénols, a été sélectionné pour une étude approfondie. L’analyse par CLHP – SM a permis d’identifier et quantifier les composés majoritaires de l’extrait parmi lesquels sont retrouvés des ellagitanins (castalagine, vescalagine) et des acides phénoliques (acide ellagique, acide gallique). L’acide gallique a été sélectionné et utilisé comme produit standard de référence pour comparer les performances des systèmes ignifuges.Dans un deuxième temps, les extraits naturels de liège vierge ont été intégrés dans des formulations intumescentes en étant combinés au polyphosphate d’ammonium (APP) comme précurseur d’acide. Les analyses thermogravimétriques ont permis de développer un indice de performance basé sur la dégradation thermique des formulations, démontrant une forte synergie entre les extraits de liège et l’APP. L’observation macroscopique de l’intumescence a mis en évidence une expansion marquée des couches charbonnées issues du système intégrant l’extrait de liège riche en composés phénoliques.La dernière phase des travaux visait à évaluer l’efficacité des formulations dans des revêtements intumescents appliqués au bois de sapin. Lors des tests au calorimètre à cône à 50 kW.m-2, la formulation intégrant l’extrait de liège a permis une amélioration notable de la réaction au feu du bois. L’inflammation a par exemple été retardée de 40 secondes et le premier pic de dégagement de chaleur réduit de 65 %. Il a également été montré que les formulations biosourcées se démarquaient par leur meilleure cinétique d'expansion par rapport aux systèmes témoins. Cela constitue un atout majeur pour la protection contre les feux de végétation de forte intensité et à cinétique rapide. Pour évaluer cet apport, des essais innovants face à un feu de végétation semi-contrôlé (pleine échelle – plateforme EXPLORII) ont été réalisés. Ces derniers ont permis de mettre en lumière une meilleure capacité des systèmes biosourcés, en comparaison de systèmes témoin optimisés, à limiter l’échauffement du bois ce qui constitue une voie de valorisation prometteuse
This thesis focuses on the search for new sustainable fire-retardant solutions, in response to the increasing fire risks worldwide. The growing use of wood in construction, combined with climate change and environmental and health challenges, underscores the need to develop environmentally friendly fire-retardant agents. In this context, intumescent systems, which form an expansive insulating layer when exposed to heat, show significant promise. These systems rely on a condensation reaction between an acid-releasing agent and a hydroxyl-rich agent, making the incorporation of natural compounds feasible. This thesis aims to assess the potential of valorizing phenolic compounds extracted from virgin cork (Quercus suber L.), an underutilized forestry by-product, in bio-based intumescent formulations.The first phase of the work involved the extraction and chemical characterization of phenolic compounds from virgin cork. After comparing different techniques, pressure-assisted extraction proved the most effective, with an extraction rate 64 times faster than mechanical maceration and a 79% reduction in solvent use. The aqueous extract, which exhibited good thermal resistance (54% residual mass at 600 °C) and high polyphenol content, was selected for further study. HPLC-MS analysis identified and quantified major compounds in the extract, including ellagitannins (castalagin, vescalagin) and phenolic acids (ellagic acid, gallic acid). Gallic acid was selected and used as a reference standard to compare the performance of fire-retardant systems.In the second phase, natural virgin cork extracts were integrated into intumescent formulations, combined with ammonium polyphosphate (APP) as an acid precursor. Thermogravimetric analyses allowed the development of a performance index based on the thermal degradation of the formulations, demonstrating a strong synergy between the cork extracts and APP. Macroscopic observation of the intumescence revealed significant expansion of the char layers produced by the system incorporating cork extract rich in phenolic compounds.The final phase of the research aimed to evaluate the effectiveness of the formulations in intumescent coatings applied to spruce wood. Cone calorimeter tests at 50 kW.m-2 showed a notable improvement in the wood's fire performance when incorporating cork extract. Ignition was delayed by 40 seconds, and the first heat release peak was reduced by 65%. The bio-based formulations also stood out for their better expansion kinetics compared to control systems, a key advantage for protection against high-intensity, fast-spreading wildfires. To assess this potential, innovative large-scale tests against a semi-controlled vegetation fire (full scale – EXPLORII platform) were conducted. These tests highlighted the superior ability of bio-based systems, compared to optimized control systems, to limit wood heating, presenting a promising valorization pathway.In conclusion, this thesis demonstrates the potential of virgin cork as a source of bio-based compounds for fire-retardant formulations. While further improvements are needed, particularly in terms of extract purification and formulation optimization, this work opens the door to the sustainable valorization of bioresources for fire safety applications, contributing to a circular economy

En France, le patrimoine bâti des ouvrages d’art et bâtiments est vaste et vieillissant. Des rapports récents établis par des experts dressent un constat alarmant de la situation et pointent la nécessité d’augmenter significativement les moyens alloués à la réhabilitation de ce patrimoine. Dans ce contexte, le renforcement structural par collage externe de matériaux composites s’est imposé depuis une vingtaine d’années comme une solution de choix pour la remise à niveau des ouvrages et l’extension de leur durée de vie. Cette thèse, financée par l'ANR, vise, en premier lieu à développer un système de renforcement composite inédit à empreinte environnementale réduite, et d’autre part, à construire d’une démarche fiabiliste permettant d’estimer la durée de vie des systèmes de renforcement et leur probabilité de défaillance à tout instant. Dans le présent manuscrit, les principales phases de développement du système bio-sourcé sont tout d’abord rappelées. On y rappelle notamment que la matrice époxy bio-sourcée a été formulée sur la base d’un cahier des charges établi à partir des caractéristiques de la matrice associée au procédé de renforcement Foreva® TFC, ainsi que les critères ayant guidé le choix du tissu de renforcement unidirectionnel en fibres de lin. Une seconde partie du manuscrit présente l’ensemble des résultats expérimentaux obtenus dans le cadre de la campagne de durabilité sur le système de renforcement bio-sourcé. Cette campagne s’appuie sur un plan d’expériences optimisé par la matrice de Hoke. Des plaques de composite stratifié ainsi que des dallettes de béton renforcées par ce composite ont ainsi été soumis à des vieillissements accélérés en conditions hygrothermiques ainsi qu’à un vieillissement naturel. Dans une première étape, les résultats de différentes caractérisations physico-chimiques réalisées sur le composite bio-sourcé à différentes échéances de vieillissement, mettent en évidence l’importance respective et les effets parfois antagonistes des mécanismes d’évolution microstructurale et des phénomènes de dégradation dans les différentes conditions de vieillissement. Dans une seconde étape, les évolutions des principaux indicateurs des performances mécaniques du composite et de l’interface béton-composite dans les différents milieux de vieillissement sont présentées et interprétées à la lumière des caractérisations physico-chimiques précédentes. Dans une troisième étape, des éléments de comparaison sont apportés entre le système composite bio-sourcé et un système traditionnel à fibres de carbone. La dernière partie du manuscrit est consacrée à la mise en œuvre de la démarche fiabiliste à partir de la base de données expérimentale collectée précédemment pour le système bio-sourcé. Une analyse statistique par la méthode ANOVA (analyse de la variance) est d’abord réalisée sur l’ensemble des données expérimentales. Deux modèles de dégradation ont ensuite été élaborés en vue de décrire l’évolution des indicateurs de performance dans le temps pour toute condition de vieillissement hygrothermique : un modèle analytique incluant de manière explicite les effets quadratiques et le couplage entre la température et l’humidité relative, et un modèle physique basé sur la loi d’Eyring. L’étape suivante a ensuite consisté à utiliser ces modèles pour estimer des durées de vie du système de renforcement bio-sourcé dans les conditions de vieillissement accéléré. Des critères de fin de vie du système ont été définis à partir des recommandations de dimensionnement proposées notamment par les guides ACI et AFGC. En vue d’évaluer la durée de vie en condition de service, une procédure spécifique a ensuite été proposée pour appliquer le modèle analytique dans le cas du vieillissement naturel. Enfin, une probabilisation du modèle analytique est réalisée de manière à déterminer la probabilité de défaillance du système de renforcement bio-sourcé à tout instant de sa durée de vie
In France, the built heritage of civil engineering and building structures is vast and ageing. Recent reports prepared by experts highlight this alarming situation and point out the need to significantly increase the resources allocated to the rehabilitation of this heritage. In this context, structural reinforcement by externally bonded composites has become an attractive solution for the rehabilitation of structures and the extension of their lifespan. This thesis, funded by the French Research Agency (ANR), aims to develop a new composite reinforcement system with a reduced environmental footprint, on one hand, and to build an original reliability approach to estimate the lifetime of reinforcement systems and their failure probability at any time, on the other hand. In this manuscript, the main phases of development of the bio-based system are first recalled. In particular, it is recalled that the formulation of the bio-sourced epoxy matrix was based upon the specifications and characteristics of the Foreva® TFC matrix, and the criteria that guided the choice of the unidirectional flax fibre reinforcement fabric are also presented. The second part of the manuscript presents all the experimental results obtained within the framework of the durability study on the bio-based strengthening system. This test campaign relies on a Design of Experiment optimized by Hoke’s matrix. Laminated composite plates and concrete slabs reinforced with these composites were subjected to accelerated ageing under hygrothermal conditions, and to natural ageing on an outdoor exposure site in Lyon as well, for a total duration of 24 months. In a first step, the results of various physico-chemical characterizations that were periodically conducted on the bio-based composites, highlighted the relative contributions of mechanisms involved in microstructural evolutions and degradation phenomena of both the polymer matrix and fiber/matrix interfaces. In a second step, the changes in the main performance indicators related to the composite and the concrete-composite interface subjected to the various ageing environments, are presented and interpreted in the light of the previous physico-chemical characterizations. In a third step, a comparison is made between the bio-based composite system and a traditional carbon fibre strengthening system. The last part of the manuscript is devoted to the implementation of the reliability approach, relying on the experimental database previously collected for the bio-based system. A statistical analysis by the ANOVA method is first carried out on all experimental data. Two degradation models were then developed to describe the evolutions of performance indicators over time for any hygrothermal ageing condition: an analytical model with explicit terms related to quadratic effects and coupling between temperature and relative humidity, and a physical model based on Eyring's law.In a next step, these models were used to estimate the lifetime of the bio-based strengthening system under accelerated ageing conditions. End-of-life criteria were first defined based on specifications proposed by different design guidelines, in particular by ACI and AFGC reports.In order to evaluate the lifetime under actual service conditions, a specific procedure was then proposed to apply the analytical model in the case of natural ageing. Finally, a probabilization of the analytical model is carried out in order to determine the probability of failure of the bio-based strengthening system at any time during its lifetime

L’objectif de ces travaux de recherche est de développer un matériau hybride biopolymère/géopolymère ayant des bonnes propriétés de résistance et de réaction au feu, mis en œuvre par un procédé continu d’extrusion. Pour cela, il a été nécessaire de mener une étude rhéocinétique afin de mieux comprendre la réaction de géopolymérisation et ainsi d’éviter les risques de réticulation dans la machine. Le principe de superposition temps de réaction – température a été introduit afin de prédire à la fois le temps de gel chimique ainsi que les modules de la pâte de géopolymère au cours de la réaction. Le modèle en série parallèle de Takayanagi a également été utilisé afin de décrire l’évolution de la structure du réseau au cours de la formation du géopolymère. L’étude de différents moyens de mise en œuvre ont été abordés et a permis de mettre en évidence un procédé permettant de combiner à la fois la fabrication du matériau hybride thermoplastique à base d’amidon thermoplastique (TPS) et la génération in situ de géopolymère dans une extrudeuse bivis. Cette thèse a abouti au développement d’un nouveau matériau hybride présentant des propriétés de résistance au feu améliorées que ce soit au niveau du flux de chaleur dégagée ou du retardement de l’ignition du matériau. La présence de géopolymère au sein de la matrice de TPS permet l’obtention d’un résidu de calcination ayant une structure alvéolaire, expansée et cohésive pouvant jouer le rôle de barrière physique à la diffusion de la chaleur
The objective of this research is to develop a biopolymer / geopolymer hybrid material with good fire resistance and reaction properties, obtained by a continuous extrusion process. For, it was necessary to carry out a rheokinetic study in order to better understand the geopolymerization reaction and thus to avoid the risks of crosslinking in the twin screw extruder. The principle of reaction time - temperature superposition was developed in order to predict both the setting time as well as the moduli of the geopolymer paste during the reaction. The Takayanagi parallel series model was also used to describe the evolution of the network structure during geopolymer formation. This study highlights a process allowing to combine both the processing of the thermoplastic hybrid material based on thermoplastic starch (TPS) and the generation of geopolymer in situ of a twin-screw extruder. This thesis led to the development of a new hybrid material exhibiting improved fire resistance properties either in terms of the heat release rate or the retardation of the ignition of the material. The presence of geopolymer within the TPS matrix allows the formation of a calcination residue with an alveolar, expanded and cohesive structure that can act as a physical barrier to the heat diffusion

La conversion du dioxyde de carbone en molécules d'intérêts est un enjeu majeur de notre société moderne. Actuellement, ces réactions sont très coûteuses en énergie, impliquent de hautes pressions et températures et sont faiblement sélectives. Une alternative séduisante serait l’utilisation d’enzymes redox, i.e. des déshydrogénases, qui fonctionnent à pH neutre, température et pression ambiantes et sont très sélectives. Le frein à leur utilisation est leur stabilité et le fait qu’elles nécessitent la présence du cofacteur nicotinamide adénine dinucléotide (NAD+ / NADH), couteux et délicat à régénérer. L’immobilisation de déshydrogénases sur des supports poreux monolithiques est proposée dans ce travail de thèse dans l’objectif de développer des réacteurs en flux continu.Dans un premier temps, des monolithes siliciques à porosité hiérarchique macro- et mésoporeux ont été préparés. Des macropores plus larges allant jusqu’à 35-50 microns ont été obtenus. Dans un second temps, des synthèses de monolithes de carbone à porosité hiérarchique en une étape ou en plusieurs étapes par dépôt de carbone sur des monolithes siliciques (greffage de saccharose, suivi de polymérisation et carbonisation) ont été développées. Ce travail a permis un contrôle fin de la macro-, méso et microporosité. Des monolithes de carbone avec une surface spécifique supérieure à 1200 m2.g-1 ont notamment pu être obtenus. Ces matériaux présentent non seulement une macroporosité large (35-50 µm), mais également une mésoporosité bimodale. Au-delà d’une porosité multi-échelle, ces matériaux carbonés présentent l’avantage d’être conducteurs du courant électrique. Ils peuvent ainsi être utilisés comme support pour l’électrocatalyse enzymatique. Ces monolithes de carbones ont été utilisés pour l’immobilisation de formiates déshydrogénases connus pour pouvoir réduire le CO2 en présence du cofacteur NADH. La régénération du cofacteur est étudiée soit par voie électrochimique soit par voie biocatalytique à l'aide d'une deuxième enzyme la phosphite déshydrogénase. Des études de fonctionnalisation des monolithes carbonés pour la co-immobilisation des enzymes et du cofacteur ont également été initiées
Carbon dioxide (CO2) is a greenhouse gas that results, in part, from human activities and causes global warming and climate change. According to the International Energy Agency, global CO2 emissions from fossil-fuel combustion reached a record high of 31.3 gigatonnes in 2011. The concept of the methanol economy, advocated by Nobel laureate Prof. George A. Olah back in the 1990s, hinges on the chemical recycling of CO2 to methanol and derived, suggesting methanol as a key substitute fuel and starting material for valuable chemicals. The recycling conversion of CO2 could be a rational way to develop an anthropogenic short-term carbon cycle. With this aim, The design of functional porous architectures depicting hierarchical and interconnected pore networks has emerged as a challenging field of research. Particularly, porous monoliths offer many advantages and can be employed as flow-through reactors for separation, catalysis and biocatalysis. This study focuses on the design of monoliths with hierarchical porosity and high surface area. Firstly, silica monoliths with both homogeneous macro- and mesopores were prepared using sol-gel chemistry and spinodal decomposition using PEO polymers. Macropore (up to 30 microns) and mesopore (up to 20 nm) diameters of the monoliths were controlled by modifying various experimental parameters (PEO molecular weight, addition of surfactants, different basic post-treatments, different temperatures, etc.). Secondly, carbonaceous replica have been prepared through hydrothermal carbonization of sucrose, subsequent pyrolysis and silica etching. These materials present large interconnected flow-trough macropores, a bimodal mesoporosity, a high surface area (up to 1400 m2 g-1) and high meso- and macropore volumes.Different enzymes were immobilized onto the monoliths amongst which formate dehydrogenases. Flow-through reactors were engineered and continuous flow biocatalysis was performed. In such systems, straightforward processes for the in situ regeneration of the enzyme cofactor, i.e. 1,4-NADH wrer developped. Flow-through reactors and their use for the enzymatic reduction of carbon dioxide into formate were designed