Cette étude a deux objectifs principaux : l’extraction de tanins condensés d’écorces de pin maritime et la formulation de colles tanin-lignosulfonate. Deux méthodes d’extraction ont été étudiées. La ...première est une extraction à l’eau chaude ; c’est une technique simple, peu coûteuse, sans solvant. La deuxième est une extraction assistée par micro-ondes ; c’est une technique innovante, rapide et peu consommatrice en solvant. L’optimisation des conditions d’extraction à l’eau chaude a été réalisée. Les extraits ont été caractérisés par des dosages colorimétriques, leur réactivité au formaldéhyde, par infrarouge à transformée de Fourier (IRTF), par chromatographie en phase liquide à haute pression, par 1H RMN et 2D HSQC RMN. L’impact de la granulométrie sur l’extraction de polyphénols et particulièrement de tanins condensés par extraction assistée par micro-ondes a été étudié pour la première fois. Les deux types d’extraction ont été comparés. L’extraction assistée par micro-ondes a un rendement en extractibles inférieur à l’extraction à l’eau chaude. Mais elle extrait plus de tanins condensés, de flavonoïdes simples et plus de sucres. Quelle que soit la méthode d’extraction, les tanins condensés majoriatires extraits de l’écorce de pin maritime sont de la catéchine, de l’épicatéchine, de l’épicatéchine gallate et de l’épigallocatéchine. Des colles tanin-lignosulfonate ont été produites en utilisant l’héxaméthylènetetramine comme durcisseur. Dans un premier temps, des tanins de mimosa ont été utilisés avec des lignosulfonates de sodium et des lignosulfonates d’ammonium. Les lignosulfonates ont subi deux traitements au glyoxal qui ont été comparés par analyse thermogravimétrique (ATG), par calorimétrie différentielle à balayage (DSC), par les propriétés thermiques et mécaniques de colles et de panneaux de particules avec des lignosulfonates ayant subi les deux traitements ont également été étudiées. L’optimisation du ratio tanin de mimosa-lignosulfonate glyoxalé a été menée et les propriétés thermiques des colles mesurées. L’optimisation des conditions de pressage de panneaux de particules a été réalisée. Des panneaux de particules avec de bonnes performances mécaniques ont été fabriqués. Des colles à base de tanins d’écorce de pin maritime et de lignosulfonates ont été réalisées avec 40% de tanins et 60% de lignosulfonates. Ces colles ont été caractérisées par IRTF, analyse thermomécanique, ATG et DSC. Ces colles sont rentrées dans la fabrication de panneaux de particules. Les émissions de formaldéhyde et la cohésion interne des panneaux ont été mesurées et comparées à des panneaux encollés avec une colle tanin de mimosa-lignosulfonate et une résine urée-formaldéhyde. Grâce à ces résultats, il a été possible de montrer que les panneaux de particules fabriqués à partir de colles bio-sourcées n’émettaient pas de formaldéhyde.
This study has two main objectives: the extraction of condensed tannins from maritime pine bark and the preparation of tannin-lignosulfonate adhesives. Two extraction methods were studied. The first is hot water extraction which is a simple, cheap method without the use of an organic solvent. The second is microwave-assisted extraction which is a fast, innovative method using only a small amount of solvent. Optimum extraction conditions were determined for hot water extraction. The extracts were characterised by their reaction to formaldehyde and by using colorimetric tests, Fourier Transformed Infrared spectroscopy (FTIR), high pressure liquid chromatography, 1H NMR and heteronuclear single quantum correlation 2D NMR.. The two types of extraction were compared. It was found that microwave-assisted extraction produced a lower yield of extractibles than the hot water method but that it produced more condensed tannins, simple flavonoids and sugars. The condensed tannins extracted from maritime pine bark are catechin, epicatechin, epicatechin gallate and epigallocatechin, whatever the extraction method used. Tannin-lignosulfonate adhesives were produced using hexamethylenetetramine as a hardener. First, mimosa tannins were used with sodium lignosulfonates and ammonium lignosulfonates. The lignosulfonates underwent two glyoxal treatments which were compared using thermogravimetric analysis (TGA), differential scanning calorimetry (DSC), and by determining the thermal and mechanical properties of the adhesives and of the particle boards made using the lignosulfonates resulting from the two treatments. The optimum mimosa tannin-glyoxalated lignosulfonate ratio was determined and the thermal properties of the adhesives were measured. The optimum conditions of pressing the particle boards were determined. Particle boards which recorded a good mechanical performance were produced. Adhesives using maritime pine bark tannins and lignosulfonates were prepared with 40% tannins and 60% lignosulfonates. These adhesives were characterised using FTIR, thermomechanical analysis, TGA and DSC. These adhesives were used to produce particle boards. The emission of formaldehyde and the internal bond of the boards were measured and compared to those of boards made with a mimosa tannin-lignosulfonate adhesive and to those of boards made with a urea-formaldehyde resin. Thanks to these results, we were able to produce particleboards with bio-based adhesives that didn’t emit formaldehyde.
Du fait de leur faible coût, de leur bonne résistance à la compression, de leur fort pouvoir isolant et de leur résistance au feu, les mousses tannin/furanique constituent une alternative très ...intéressante aux mousses phénoliques et aux polyuréthanes dans diverses applications. Par ailleurs elles sont constituées à 95 % de matériaux naturels. Cependant, les mousses tannin/furanique sont : a) moins résistantes mécaniquement que les mousses synthétiques telles que phénoliques et polyuréthanes; b) potentiellement toxiques si le formaldéhyde utilisé pour les formuler est libéré dans l'environnement ; c) par ailleurs, des mousses légèrement élastiques seraient un plus. Dans cette thèse, des modifications et les caractérisations associées des mousses tannin/furaniques sont apportées pour résoudre ces défauts. Ce travail a été réalisé en quatre étapes principales :1) Étude et compréhension de la relation structure - propriétés des mousses. Dans ce but, les agents gonflants tels que le diéthyléther, le pentane, et des isocyanates et des polyuréthanes ont été particulièrement étudiés.2) Du noir de carbone, des nanotubes de carbone, de l'argile micronisé, des oligomères d'un polymère hyperramifié (ester-amine), des isocyanates et des polyuréthanes ont été ajoutés dans les formulations des mousses pour tenter d'améliorer leurs propriétés mécaniques et modifier leurs structures cellulaires.3) Le glutaraldéhyde et le glyoxal ont été essayés pour remplacer le formaldéhyde et préparer ainsi des mousses exemptes de formaldéhyde.4) Une nouvelle mousse, la mousse d'albumine, a été préparée, caractérisée et optimisée
The solid foams, because of their low density and cell structure, are commercial products with more and more interest. In recent decades, various methods for making foams based on bio-based materials have been prepared and characterized, such as lignin, starch and tannins. Because of their low cost, their resistance to compression, their high insulation and resistance to fire, tannin/furanic foams are supposed to be alternatives of phenolic foams and polyurethane in various applications. However, tannin/furanic foams are: a) lower mechanical resistant than synthetic foams such as polyurethane and phenolic foams b) potentially toxic because of formaldehyde, c) it is also interesting to prepare a foam more elastic. In this thesis, These works were carried out by four main steps: 1) Study and understanding the relationship of structure and properties of the foams. So different blowing agents, such as diethyl ether, pentane, and isocyanates and polyurethanes, were studied. 2) Carbon black, carbon nanotubes, nano clay, oligomers of hyperbranched poly (ester-amine) and pMDI were added to the formulations to improve their mechanical properties and change their cellular structures. 3) Glyoxal and glutaraldehyde have been tried to replace and prepare formaldehyde-free formaldehyde foams. 4) A new foam, albumin foam was prepared, characterized and optimized
Le rôle de la salive dans la perception sensorielle est de plus en plus reconnu, notamment par le biais des interactions physico-chimiques pouvant s’établir entre protéines salivaires et constituants ...alimentaires. Ce travail s’intéresse à la pellicule salivaire, la couche de protéines salivaires ancrées aux cellules épithéliales, et vise à caractériser les interactions pouvant s’établir d’une part entre ces protéines et épithélium oral, et d‘autre part entre ces protéines et les molécules de la flaveur. Pour cela, un modèle in vitro de muqueuse orale a été développé. Une lignée cellulaire stable (TR146/MUC1) a été obtenue par transfection de la lignée cellulaire TR146 de manière à exprimer la mucine membranaire MUC1. Afin de former une pellicule salivaire, les cellules confluentes ont été incubées avec de la salive humaine. La rétention des mucines salivaires MUC5B par les cellules TR146/MUC1 est augmentée par rapport aux TR146, apportant ainsi un argument en faveur de l’implication de MUC1 dans l’ancrage des MUC5B aux cellules épithéliales. Le modèle développé a été appliqué à l’étude des interactions entre la muqueuse orale et les molécules d’arôme et les tanins. L’analyse des coefficients de partage par GC-FID a mis en évidence 1- l’importance de l’hydratation de la muqueuse sur la libération des composés les plus hydrophiles, 2- la capacité des cellules à métaboliser certaines molécules d’arôme, 3- l’absence d’effet de la pellicule sur la libération des molécules d’arôme à l’équilibre. En revanche, l’analyse par PTR-MS a révélé un effet de la muqueuse et de la pellicule sur la cinétique de libération des molécules d’arôme. Les interactions entre les protéines de la pellicule salivaire et les tanins modifient les caractéristiques structurales de la pellicule, en particulier le tapissage des cellules par les MUC5B. Les possibles implications sensorielles, respectivement dans les phénomènes de persistance aromatique et d’astringence, sont discutées.
The role of saliva in food sensory perception is increasingly recognized, especially through physicochemical interactions occurring between salivary proteins and food components. This work focuses on the mucosal pellicle, a layer of salivary proteins anchored onto epithelial cells, and aims at characterizing interactions that may occur between the proteins of the mucosal pellicle and flavour compounds. For that purpose, an in vitro model of oral mucosa was developed. A stable cell line (TR146/MUC1) was obtaining by transfecting the TR146 cell line in order to express the membrane bound mucin MUC1. In order to form a salivary pellicle, confluent cells were incubated with human saliva. A higher retention of salivary MUC5B by TR146/MUC1 cells was observed compared to TR146 cells, emphasising the involvement of MUC1 in MUC5B anchoring to epithelial cells. The model was applied to the investigation of interactions between the oral mucosa and aroma molecules and tannins. Measurements of partition coefficients by GC-FID revealed 1- the role of hydration of the mucosa on the release of the most hydrophilic compounds, 2- the ability of cells to metabolize some aroma compounds, 3- the absence of effect of the mucosal pellicle itself on aroma release at the thermodynamic equilibrium. Oppositely, analyses by PTR-MS evidenced an effect of the mucosa and of the pellicle on aroma release kinetic. Interactions between proteins of the mucosal pellicle and tannins modified structural characteristics of the pellicle, especially the coating of cells by salivary MUC5B. Sensory relevance for the phenomena of aroma persistence and astringency, respectively, are discussed.
L'objectif de ce travail de thèse a été de produire des matériaux expansés à partir de produits d'origine naturelle, en particulier à partir de tanins. Au moment où cette thèse a débuté, des études ...étaient publiées sur la possibilité d'élaborer ce type de matériaux avec des formulations qui comportaient du formaldéhyde. Cela allait à l'encontre du caractère naturel recherché puisqu'en fait, on utilisait des produits naturels et les faisait réagir avec un produit cancérogène. Il n'était donc pas possible de les présenter comme des matériaux « verts ». Aussi, nous avons voulu au cours de ce travail, élaborer des matériaux expansés uniquement à partir de produits naturels ou en découlant. Les tanins sont des substances naturelles chimiquement actives qui peuvent être utilisées afin de remplacer des produits homologues dérivés du pétrole comme le phénol par exemple qui présente des caractéristiques de réactivité chimique très similaires à celles des tanins condensés. Des formulations comportant des tanins condensés ont d'ailleurs déjà été étudiées pour élaborer des matériaux expansés. En considérant cela, ce travail de thèse s'est déroulé sous la forme de différents projets convergents vers un objectif commun: la production de mousses aux tanins plus naturelles et plus intéressantes pour l'industrie. Cinq projets ont ainsi été menés : 1. analyses de différents tanins, condensés, hydrolysables et synthétiques ; 2. production de mousses aux tanins sans utilisation de formaldéhyde ; 3. production de mousses aux tanins sans solvants ; 4. production de mousses aux tanins rigides ou élastiques ; 5. production de mousses aux tanins, sans acides, mais avec une catalyse alcaline
The aim of this thesis was to produce foamed materials from natural products, especially from tannins. At the time this thesis began, studies were published on the possibility of doing this type of materials with formaldehyde containing formulations. This was contrary to the desired natural character because in fact, were used natural products reacted with carcinogenic product. It was not possible to present them as "green" materials. During this thesis our aim was to develop expanded materials only from natural or bio-derived raw materials. Tannins are chemically active natural substances that can be used to replace homologous oil derivatives such as phenol which has characteristics of chemical reactivity very similar to those of condensed tannins. Formulations containing condensed tannins have already been studied to develop expanded materials. Considering this argument, this thesis takes place in the form of various projects converging towards a common goal: production of foams with more natural impact and interesting for tannins industry. Five projects have been completed: 1. analysis of various tannins, condensed, hydrolysable and synthetic ; 2. tannin foams production without the use of formaldehyde ; 3. tannin foams production without solvents ; 4. tannin foams production with rigid or elastic behavior ; 5. tannin foams production without acids, but with an alkaline catalysis
Les nématodes gastrointestinaux (NGIs) représentent une contrainte majeure en élevage des ruminants. Jusqu’à présent, la maîtrise de ces parasitoses a reposé essentiellement sur l’emploi répété de ...traitements anthelminthiques (AH) de synthèse. Cependant, le développement constant de résistances aux AH dans les populations de nématodes chez les petits ruminants conduit à rechercher des méthodes alternatives ou complémentaires de lutte contre ces parasitoses. Au cours des deux dernières décennies, les données se sont accumulées montrant que certaines plantes étaient dotées de propriétés anthelminthiques, ce qui a été associé à la présence de tannins condensés (TCs) et de flavonoïdes. Ces ressources contenant des TCs, exploitées comme nutricaments, représentent donc une alternative attractive à la chimiothérapie, en combinant des effets bénéfique sur la santé et la nutrition des ruminants. Toutefois, une des difficultés à résoudre, pour un usage pertinent de ces nutricaments, est de comprendre l’origine de la variabilité des résultats observés dans l’activité AH. A côté de facteurs quantitatifs, la qualité (la structure) des TC semble également jouer un rôle dans les propriétés antiparasitaires mais ce facteur demeure peu exploré. En utilisant Haemonchus contortus comme modèle expérimental de nématode et le sainfoin (Onobrychis viciifolia) comme modèle de plantes contenant des tannins, l’objectif général de cette thèse a été de mieux comprendre les relations structure/activité des TCs. Les objectifs spécifiques des diverses études menées ont été 1) d’ examiner in vitro (par la méthode LEIA) l’activité AH de 36 fractions purifiées de TCs présentant une large diversité de caractéristiques structurelles ex: la taille (mDP), les proportions prodelphinidols /procyanidols (PD/PC) et trans/cis , et 2) le rôle possible d’interactions entre tannins et flavonoïdes, 3) d’ évaluer et comparer in vivo chez des agneaux, les conséquences sur les populations de vers et sur la résilience de l’hôte de la distribution de 2 ressources contenant des TCs de qualité contrastée pour les valeurs PD/PC fort PD/PC, sainfoin (O. viciifolia); bas PD/PC, pellicules de noisettes (Corylus avellana), 4) d’ examiner si les résultats varient en fonction de l’espèce et de la localisation des parasites (abomasum, H. contortus vs intestin grêle, Trichostrongylus colubriformis), 5) d’évaluer les concentrations, la qualité et la bio-disponibilité des TCs le long du tube digestif chez les ovins. Les résultats acquis ont montré: 1) des relations in vitro entre certaines caractéristiques des TCs et l’activité AH : un rapport élevé PD/PC pour les 2 espèces de nématodes auquel s’ajoute un rôle de la taille des tanins (mDP) pour H. contortus sont les facteurs identifiés. De manière générale, H. contortus s’est avéré plus sensible (valeurs EC50 plus faibles) aux effets des diverses ressources que T. colubriformis. Des synergies d’effets AH ont été observés entre tannins et flavonoides (quercétine et lutéoline), tout particulièrement dans le cas de TCs avec un faible rapport PD/PC. Dans l’étude in vivo, les agneaux consommant du sainfoin ont montré des effets AHs et une amélioration de la résilience de l’hôte alors que les effets de la noisette ont été beaucoup plus discrets. Les analyses menées sur les contenus des divers organes digestifs et les fèces, pour les deux types de ressources ont montré de fortes réductions de TCs détectés par rapport aux teneurs initiales dans la ration alors que les caractéristiques de structure étaient globalement préservées au long du tube digestif. En conclusion, le rôle de la qualité (structure) des TCs dans l’activité AH a été confirmé à la fois par les études in vitro et in vivo. Ces résultats suggèrent l’importance de prendre en compte ces facteurs dans la recherche de ressources pouvant être exploitées comme futurs nutricaments chez les ruminants.
Gastrointestinal nematodes (GINs) represent a major threat for the breeding and production of grazing ruminants. So far, their control has been based mainly on the repeated use of synthetic AH drugs. However, worm populations in small ruminants have consistently developed resistance against all AH drugs. In the search for alternative solutions to such drug treatments, the last two decades have provided evidence that some plants possess natural AH bioactivity. This has been related to the presence of condensed tannins (CTs) and flavonoids. Therefore, CT-containing resources represent a promising alternative to chemotherapy especially when used as nutraceuticals that combine beneficial effects on health and nutrition in small and large ruminants. However, one of the main constraint to use these nutraceuticals relates to the variations in AH results. The structural features (quality) that contribute to the AH activities of CTs remain elusive. By using the GIN Haemonchus contortus as a experimental model of nematode and Onobrychis viciifolia as a model of CT-containing plant, the general aim of this PhD was to better understand the structure/activity relationship of CT. The specific objectives were i) to examine in vitro (LEIA) the AH activity of 36 purified CT fractions with a wide range of structural features i.e. size (mDP), prodelphinidin/procyanidin (PD/PC) and trans/cis ratios, and ii) the possible role of interactions between tannins and flavonoids, iii) to evaluate in vivo the AH activity and host resilience of two CT-resources with contrasting PD/PC ratios (i.e. high PD/PC, O. viciifolia; low PD/PC, Corylus avellana), iv) to examine whether these results vary depending on the parasites species (abomasal, H. contortus vs intestinal, Trichostrongylus colubriformis), v) to examine the CT availability (quantity and quality) along the digestive tract in sheep. In regard of CT features and AH activity, in vitro correlations were observed between AH activity and high PD/PC for both species. mDP was an additional criteria for H. contortus. Lower EC50 values were assessed for H. contortus. Synergistic AH effects were observed between CT and flavonoids (quercetin and lutein), and they were higher with fractions of low PD/PC ratios. In vivo, the lambs consuming sainfoin pellets showed consistently higher AH effects and improvement in the host’s resilience. Analyses of digesta samples and faeces, for both diets showed large reduction of detected CT related to the feed, whereas the CT structures seem preserved along the gut. In our studies, the role of CT structural features in the AH activity was observed both in vitro and in vivo. These results confirmed the influence of CT quality in the AH effects, and underline the relevance of taking these factors into account when screening CT resources as potential nutraceuticals in small ruminants.
Depuis la mise en cuve du raisin jusqu'à la dégustation, les interactions entre tanins et protéines jouent un rôle prépondérant en Œnologie. Elles vont influencer de nombreuses caractéristiques du ...vin, notamment l'astringence. La cinétique et l'équilibre de l’interaction entre la BSA, une protéine modèle, et des tanins de raisin ont été étudiés. Différentes conditions de ratio initial, de pH et d'éthanol ont permis de mettre en évidence des propriétés essentielles du mécanisme. La non-stœchiométrie de la réaction et la dépendance linéaire du ratio initial tanin-protéine de la solution avec celui du précipité est un des points clefs. Les constantes cinétiques sont également dépendantes de ce ratio. La participation conjointe des forces hydrophobes et des liaisons hydrogènes a été montrée. En parallèle, le suivi des tanins et des protéines lors de la vinification et de la dégustation a été réalisé. La disparition des protéines dans le moût au début de vinification peut être corrélée au comportement des tanins. Une méthode HPLC permettant la titration de la salive par le vin montre un comportement classique des protéines salivaires dans l'interaction. La visualisation des protéines salivaires précipitant sous l'effet des tanins par gels 2D montre globalement une non-spécificité de l’interaction avec une précipitation non sélective des protéines salivaires par les tanins du vin.
From wine making to wine tasting, interactions between tannin and protein detain a prominent role in Enology, influencing several wine characteristics like its astringency. Interaction kinetics and precipitation equilibrium between BSA, a model protein, and grape seed tannin have been studied. Variations of initial ratio, pH and ethanol conditions pointed out essential properties of the mechanism. Lack of stoichiometry of the interaction with a linear dependence between initial and final tannin/protein ratio are key points. Kinetic constants are also related to this ratio. Mutual participation of both hydrophobic forces and hydrogen bonds has been shown. Along with these investigations in model solution, tannin and proteins have been followed during wine making and tasting. Disappearance of protein in the must and tannin behaviour can be linked. An HPLC method allowing the titration of saliva with wine indicates a classical behaviour of salivary proteins. Observation of salivary proteins precipitating with tannin thanks to 2D gels shows a non selective precipitation of salivary proteins by wine.
Les tanins jouent un rôle clé dans les qualités organoleptiques du vin rouge. Ils sont à l’origine de l'Astringence, une sensation de sècheresse perçue en bouche lors de la dégustation. Cette ...sensation est la conséquence d'une interaction spécifique entre des tanins et des protéines salivaire, principalement les Protéines Riches en Prolines (PRPs). Une première partie de ce travail a consisté à étudier l'influence de divers sucres sur le processus d'auto-association des tanins ainsi que sur les interactions tanins-protéines. Le comportement colloïdal d’un tanin (l’Epigallocatechine Gallate – EGCG), ainsi que son interaction avec un peptide modèle IB9-14 représentatif des PRPs, ont été étudiés en présence de différents sucres simples et polysaccharides. Les paramètres de l’interaction ont été déterminé pour l’ensemble des systèmes, mettant en évidence l’existence d’une interaction entre EGCG et sucres dont l’affinité semble dépendre du degré de polymérisation du sucre. Cette interaction ne perturbe pas, dans les conditions expérimentales testées, l’association entre les tanins et le peptide. Une deuxième partie de ce travail correspond à la synthèse complète de la protéine IB9 incluant la séquence peptidique d’IB9-14, et à l’étude de son interaction avec deux procyanidines : l’EGCG et le dimère B3. Cette étude a permis d’observer et de confirmer une influence de la longueur de la chaîne peptidique sur les interactions avec les tanins.
Tannins play a key role in the organoleptic qualities of red wine. They are responsible for wine astringency, a dry, rought and puker sensation perceived in the mouth while tasting. This sensation is the consequence of a specific interaction between tannins and saliva proteins, mainly Proline Rich Protein (PRPs). The first part of this work was to study the influence of various sugars on the self-association of tannins process as well as tannins - proteins interactions. The colloidal behavior of a tannin (the epigallocatechin gallate - EGCG), as well as its interaction with a representative peptide IB9-14 of PRPs was studied in the presence of various simple sugars and polysaccharides. The parameters of the interaction were determined for all systems, highlighting the existence of an interaction between EGCG and sugars whose affinity seems to depend on the sugar polymerization degree. This interaction does not interfere, under the experimental conditions tested, on the association between tannins and peptide. The second part of this work was to realize the full synthesis of the protein IB9 including the peptidic sequence of IB9-14, and to study its interaction with two procyanidins: EGCG and dimer B3. The results show and confirm the influence of the length of the peptide chain interactions with tannins.
Ce travail de recherche présente la préparation et la caractérisation de matériaux monolithiques hautement poreux dérivés majoritairement de ressources naturelles. L'objectif était de préparer de ...nouveaux gels biosourcés jusqu'à 91%, de proposer des alternatives au séchage supercritique au CO2, et d'étudier quelques propriétés d'intérêt de tels gels après séchage, non seulement à l'état organique mais, dans certains cas, après pyrolyse pour obtenir des gels de carbone. A ces fins, le tannin et le soja ont été testés comme précurseurs, à différentes concentrations et différents pH, et trois voies de séchages ont été utilisées : supercritique, lyophilisation et séchage évaporatif. Les gels obtenus ont été caractérisés en termes de densité, porosité, distributions de tailles de pores et surfaces spécifiques, qu'ils soient sous forme organique ou carbonée selon l'application envisagée ou le type de porosité attendue. Leurs propriétés mécaniques et thermiques ont aussi été mesurées. La très large gamme de textures poreuses obtenues a permis de proposer des applications en tant qu'isolants thermiques, supports de catalyseur, ou électrodes de condensateur électrochimiques, selon les cas
This manuscript presents the preparation and the characterization of highly porous monolithic materials mainly derived from natural resources. The objectives were to: (i) develop new gels, biosourced up to the 91% level; (ii) suggest alternatives to supercritical drying in CO2, and (iii) investigate properties of interest for such gels in the organic state and, in some cases, after pyrolysis for obtaining carbon gels. For those purposes, tannin and soy flour were tested as precursors, at different concentrations and different pH, and three ways of drying were used: supercritical drying, freeze drying and evaporative drying. The obtained gels were characterized in terms of density, porosity, pore size distributions and specific surface area, whether in organic or in carbon form, depending on the intended application or expected type of porosity. Mechanical and thermal properties were also measured. The obtained broad range of porous textures allowed suggesting applications such as thermal insulators, catalyst supports or electrodes for electrochemical capacitors
Les travaux présentés dans ce manuscrit sont consacrés à l’étude et à l’élaboration de résines de collage bio-sourcées pour remplacer les résines Urée-Formol (UF) d’origine pétrochimique, sources de ...formaldéhyde, utilisées actuellement dans l’industrie panneautière. Les résines étudiées dans le cadre de cette thèse sont formulées à partir de ressources locales (dextrines issues d’amidon de maïs et tanins d’écorces de pin maritime) et doivent respecter certaines contraintes industrielles. Pour répondre à ces contraintes, les travaux de recherche présentés dans ce mémoire vont de la compréhension structurale des mélanges des produits de base jusqu’à la fabrication de panneaux à l’échelle du laboratoire, en passant par la formulation et la réticulation des différentes résines thermodurcissables. Ces travaux montrent qu’il est nécessaire de travailler en milieu alcalin pour solubiliser les tanins. Dans cette situation, les mélanges tanins/dextrines donnent des suspensions colloïdales. Les fractions massiques en tanins et en dextrines permettant d’obtenir des paramètres respectant le cahier des charges varient de 0 à 40%. La réticulation de ces mélanges par l’épichlorhydrine a permis l’obtention de colles thermodurcissables insolubles dans l’eau ayant une bonne stabilité dimensionnelle à sec, mais un pouvoir gonflant plus ou moins important selon la formulation. Les propriétés adhésives, mécaniques et thermiques de ces matériaux ont été caractérisées et ont permis de sélectionner des formulations de colles ayant les meilleures performances thermomécaniques. Enfin, tout en respectant un protocole industriel, des composites ont été fabriqués à partir de ces colles et des particules de bois. Il a été montré que les panneaux de particules obtenus ont des performances mécaniques équivalentes à ceux fabriqués avec des colles UF.
This work aims to substitute resins based on formaldehyde as UF by “green” thermosetting adhesives based on natural and renewable local products, in the wood composite industry. The resins studied in this thesis are made from local resources (dextrins from corn starch and tannins from maritime pine barks) and must respect certain industrial requirements. To meet these industrial constraints, the research work of this manuscript deals with studies ranging from the structural understanding of basic product mixtures, up to the characterization of the properties of panels manufactured in the lab, including the formulation and reticulation of resins. These studies show that it is necessary to work in an alkaline medium to solubilize the tannins. In this situation, the tannins / dextrin mixtures give colloidal suspensions. The mass fractions in tannins and dextrins allowing to obtain parameters respecting the specifications vary from 0 to 40%. The epichlorohydrin has been used as hardener to cross-link these resins. Thermosetting materials with good dimensional stability have been obtained. However the resin swelling depends on the composition of the formulation. Adhesive, mechanical and thermal properties of these materials were characterized. Thus, adhesive formulations with the best thermomechanical performances have been selected. Finally, composites have been made from these adhesives and wood particles, respecting an industrial procedure. It has been shown that these panels and those obtained with UF adhesives have equivalent mechanical performances.
L’intégration des fibres naturelles cellulosiques de plantes annuelles ou de résidus agricoles ou agro-industriels dans l’élaboration de matériaux de structures composites et le développement de ...nouveaux liants biosourcés sont aujourd’hui un domaine de recherche d’intérêt croissant. La thèse s'est déroulée dans le cadre du programme « Eco-panneaux », dont les deux objectifs principaux furent tout d'abord de valoriser les fibres végétales d’origine tunisienne comme l’alfa, le jonc et les folioles de palme et ensuite d'évaluer le potentiel d'espèces végétales tunisiennes dont les écorces sont riches en tannins (fruit de grenade, racines du sumac et tronc de pin d’Alep). Les études de caractérisation des fibres ont montré que leurs masses volumiques sont inférieures à 1. Le calcul du point de saturation des fibres (FSP) montre des valeurs majoritairement comprises entre 60 et 100 %. Nous avons également pu caractériser la cinétique d'imprégnation d'eau pour chacune des fibres. L’imprégnation se stabilise après 24 h d’immersion. Riches en minéraux (concentrations supérieures à 1 %), les fibres ont montré des teneurs en cellulose, en lignines et en hémicellulose comparables à celles généralement rencontrées avec les fibres de bois. L’analyse thermogravimétrique (ATG) a permis de constater que les matrices végétales étudiées sont thermiquement stables pour des températures inférieures à 200°C. Le dosage colorimétrique pour étudier la composition en polyphénols des matrices tannifères, l’analyse infrarouge et l’étude structurale de l’extrait des tanins, ainsi que le calcul du « Stiasny number » , montrent la forte teneur de l’écorce de grenade en tanins hydrolysables et la richesse des écorces du tronc de pin d’Alep et des racines du sumac en tanins condensés. L’étude des propriétés thermiques des extraits de tanins par ATG montre que les tanins de pin d’Alep et du sumac sont thermiquement plus stables que ceux de la grenade. La colle formulée à partir d’hexamine et de tanins de pin d’Alep présente un module d’élasticité élevé. Alors que la colle à base de tanins de grenade forme le réseau le moins dense. Ces résultats ont été confirmés par l’étude de la résistance au cisaillement. L'étude réalisée sur les composites fibres-plâtre (mise en œuvre et caractérisation physico mécanique des composites) a montré que les fibres locales pourraient constituer une alternative aux fibres d'importation utilisées actuellement. Une première caractérisation de la conductivité thermique des panneaux isolants élaborés à partir des fibres locales et de colles de tanins montre une conductivité thermique moyenne de 0,106w/K.m.
The integration of natural cellulosic fibers from annual plants and agricultural residues and agro-industrial materials in the development of composite structures and the development of new bio-based adhesives, are now a research field with growing interest. The thesis was conducted within the framework of "Eco-panels" program, which its two main objectives were firstly, to enhance plant fibers of Tunisian origin as alfa, rush and palm leaflets and then to evaluate the potential of Tunisian plant species whose bark is rich in tannins (pomegranate fruit, sumac roots and Aleppo pine trunk). The characterization studies of fibers showed that their densities are less than 1. The calculation of the fiber saturation point (FSP) shows values mostly between 60 and 100 %. We were also able to characterize the impregnation kinetics of water for each of these fibers. The impregnation stabilizes after 24 h of immersion. Rich in minerals (concentrations greater than 1 %), the fibers showed levels of cellulose, lignin and hemicellulose comparable to those generally encountered with wood fibers. The thermogravimetric analysis (TGA) shows that the plant matrices are thermally stable for temperatures below 200 ° C. The colorimetric assay of the polyphenolic composition of tanniferous matrices, the infrared analysis and the structural study of the tannins extract, as well as the calculation of "Stiasny number" show the high content in hydrolysable tannins for pomegranate barks and richness of Aleppo pine trunk barks and sumac roots barks in condensed tannins. The study by TGA of the thermal properties of tannins extracts shows that Aleppo pine and sumac tannins are thermally more stable than those of pomegranate. The formulation made from hexamine and Aleppo pine tannins has the greatest elasticity modulus. While the formulation prepared from pomegranate tannins forms the least dense network. These results were confirmed by the study of the shear strength. The study conducted on fiber-plaster composites (implementation and physico-mechanical characterization of composites) showed that local fiber could be an alternative to imported fibers used currently. A first characterization of the thermal conductivity of insulation panels made from local plant fibers and tannins adhesives shows an average conductivity of 0,106 W / Km.
