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Grenoble INP
LGP2, un pôle de recherche innovant
Ecole internationale du papier, de la communication imprimée et des biomatériaux
LGP2, un pôle de recherche innovant

LGP2 - Thèses soutenues, 2011

Olivier PRAS

12 décembre 2011 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Utilisation de cellulose pour l'élaboration de matériaux photoluminescents ou conducteurs.
Direction
Didier CHAUSSY, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Davide BENEVENTI, Chargé de recherche CNRS, LGP2
Résumé
Ce travail de thèse s'inscrit dans le contexte de la fonctionnalisation de matériaux
cellulosiques dans le domaine de l'électronique imprimée. Une première approche a mis en évidence la possibilité d'imprimer des formulations aqueuses à base de nanoparticules de polymères semi-conducteurs photoluminescents. L'influence de la taille des nanoparticules, ainsi que leur composition (ajout d'un polymère dérive de la cellulose) sur la couleur de l'émission a été mise en évidence.
Les applications potentielles peuvent être l'élaboration de papiers sécurisés. Une seconde approche a porté sur l'utilisation de microfibrilles de cellulose et de microparticules de cuivre afin d'élaborer des films composites conducteurs autoportants grâce aux excellentes propriétés mécaniques des microfibrilles. L'influence d'un calandrage (pression et température de calandrage) des films sur la conductivité électrique a, en particulier, été étudiée.
Autres membres du jury
Stéphanie BRIANCON, Professeur, Université Claude Bernard Lyon 1 ♦♦ Roberta BONGIOVANNI, Maître de Conférences, Politecnico di Torino (Italie) ♦♦ Nathalie DESTOUCHES, Professeur, Université Jean Monnet (Saint-Etienne) ♦♦ Paul PIETTE, Manager UST9, Centre Technique du Papier

Déborah LE CORRE

27 octobre 2011 - Matériaux, Mécanique, Génie Civil, Électrochimie
Sujet
Nanoparticules d'amidon pour bio-emballage flexible barrière.
Direction
Alain DUFRESNE, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Julien BRAS, Maître de Conférences, Grenoble INP-Pagora / LGP2
Résumé
Cette thèse examine la potentielle mise à l'échelle industrielle des procédés de préparation des nanocristaux d'amidon (SNCs). Une caractérisation approfondie (morphologie, viscosité, stabilité thermique et propriétés en nanocomposites) de cinq SNCs différents montre une faible influence de la source botanique, contrairement aux nanocristaux de cellulose. L'analyse du procédé de préparation actuel des SNCs a conduit à trois nouvelles stratégies d'optimisation et à la définition d'une nouvelle génération de SNCs. Une nouvelle application des SNCs, en emballage multicouche, montre également que les SNCs peuvent être utilisés en couchage et contribuer à diminuer la perméabilité à la vapeur d'eau de certains biopolymères.
Une analyse du cycle de vie des SNCs dans ce type d'application est également proposée. Cette étude contribue donc à l'avancée de cette thématique et propose des perspectives prometteuses.
Autres membres du jury
Eliane ESPUCHE, Professeur, Université Claude Bernard Lyon 1 ♦♦ Denis LOURDIN, Directeur de Recherche, INRA - Patrice DOLE, Directeur Régional, CTCPA ♦♦ Hélène ANGELLIER-COUSSY, Maître de Conférences, Université de Montpellier 2 ♦♦ David GUERIN, Manager d'Unité de Recherche, Centre Technique du Papier ♦♦ Timo MAKARAINEN, Manager Projets R&D, Cargill

Olivier GUIRAUD

23 septembre 2011 - Matériaux, Mécanique, Génie Civil, Électrochimie
Sujet
Rhéologie des suspensions concentrées de fibres : application à la mise en forme des matériaux composites.
Direction
Denis FAVIER, Professeur, Université Joseph Fourier ♦♦ Laurent ORGEAS, Chargé de Recherche CNRS, Laboratoire 3S-R ♦♦ Pierre DUMONT, Maître de Conférences, Grenoble INP-Pagora / LGP2
Résumé
Cette étude porte sur la mise en forme des matériaux composites renforcés par des fibres ou des mèches de fibres courtes tels que les SMC (Sheet Moulding Compounds) ou les BMC (Bulk Moulding Compounds). Dans un premier temps, un travail expérimental a été réalisé à l'échelle macroscopique. Il a permis de mettre au point un rhéomètre de compression lubrifiée ainsi que des méthodes d'essais et de dépouillement. Ceci permet de mieux caractériser la rhéologie des compounds SMC et BMC en traitant les problématiques de leur compressibilité et des frottements éventuels entre les parois du rhéomètre de la matière déformée. Un travail numérique a ensuite permis de simuler la mise en forme d'un BMC après l'identification des paramètres d'un modèle rhéologique simple à partir des données expérimentales obtenues sur le rhéomètre. Enfin, un travail expérimental à l'échelle microscopique a permis d'une part, de caractériser finement les microstructures de SMC modèles à partir de microtomographies à rayons X et d'autre part, de caractériser et de modéliser, par le biais d'essais d'extraction de fibres, les interactions entre les mèches formant le renfort fibreux de ces matériaux.
Autres membres du jury
Véronique MICHAUD, Professeur, École Polytechnique Fédérale de Lausanne (Suisse) ♦♦ Gilles AUSIAS, Maître de Conférences, Université de Bretagne-Sud ♦♦ Steven LE CORRE, Professeur, Université de Nantes

Aymen BEN MABROUK

25 juillet 2011 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Élaboration de nanocomposites à base de whiskers de cellulose et de polymère acrylique par polymérisation in situ.
Direction
Naceur BELGACEM, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Sami BOUFI, Professeur, Université de Sfax, Tunisie
Résumé
Des dispersions de nanocomposites stables à matrice polymérique et à base de whiskers de cellulose ont été préparées par polymérisation en miniémulsion, dont on peut atteindre 5 % en masse. Ce procédé permet d’obtenir une distribution homogène des nanofibres autour des particules de polymère, et empêche ainsi les risques d’agglomération.La caractérisation de ces dispersions a été réalisée en recourant à divers techniques comme la diffusion dynamique de la lumière, zetamètrie, le microscope électronique à transmission (MET), à force atomique (AFM) et à effet de champs. Nous avons montré que l’accroissement du taux de nanoparticules s’accompagne par une augmentation de la taille des particules de polymères.Les propriétés des films de nanocomposites, obtenus après évaporation de l’eau et coalescence des particules ont été analysées par calorimétrie différentiel à balayage (DSC), analyse mécanique dynamique (DMA) et par essai de traction.
Autres membres du jury
Ali KALLEL, Professeur, Université de Sfax, Tunisie ♦♦ Mustapha MAJDOUB, Professeur, Université de Monastir, Tunisie ♦♦ Alessandro GANDINI, Professeur, Université d'Aveiro, Portugal ♦♦ Albert MAGNIN, Directeur de Recherche CNRS, Grenoble

Philippe MARTINEZ

23 juin 2011 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Étude et modélisation des écoulements de fluides modèles et d'enduits pigmentaires lors de l'enduction du papier avec une coucheuse rideau.
Direction
Véronique MORIN, Directrice de la Recherche, & David GUÉRIN, Manager de l'UST 8, Centre Technique du Papier ♦♦ Martine RUEFF, Ingénieur de Recherche, Grenoble INP-Pagora / LGP2
Résumé
Le couchage rideau est un procédé d'enduction sans contact qui permet un couchage "contour" d'une feuille de papier dont le point clé est la stabilité du rideau. Ce procédé semble devoir se développer dans les années à venir pour la production de papiers impression-écriture et de papiers et cartons d'emballages. Néanmoins, les observations montrent parfois des défauts de régularité d'enduction qui pourraient être liés à des instabilités d'écoulement.
Des analyses par CFD ont été effectuées sur l'écoulement interne dans un dispositif de couchage pilote avec différents fluides Newtoniens et Non-Newtoniens ainsi que sur l'écoulement externe sur le plan incliné de l'appareil. L'étude de l'écoulement interne par CFD a permis de faire ressortir la cause de vortex pouvant apparaître dans le dispositif. Pour avoir un écoulement sans vortex, le nombre de Reynolds à l'entrée doit être inférieur à une valeur critique égale à 20 pour la géométrie étudiée quel que soit le fluide utilisé. De plus, la présence d'une seconde cavité permet de filtrer les perturbations pour des fluides peu rhéofluidifiants, ce qui est le cas des sauces de couchage pour des papiers WFC. Ces résultats ont été validés expérimentalement à l'aide de traceurs et de PIV en utilisant une réplique exacte en Plexiglas de la coucheuse rideau.
Enfin, en ce qui concerne l'étude de l'écoulement externe sur le plan incliné, l'utilisation de la CFD a permis de conclure que, pour les dispositifs de couchage utilisés et les conditions opératoires de nos industries, certains problèmes présentés dans la littérature ne devraient pas exister.
Autres membres du jury
Didier CHAUSSY, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Raj CHHABRA, Professeur, Indian Institute of Technology Kanpur (Inde) ♦♦ Samuel SCHABEL, Professeur, Technische Universität Darmstadt (Allemagne) ♦♦ Yann COUILLAUD, Chargé d'affaires, Allimand

Jérémy ALLIX

20 janvier 2011 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Compréhension et modélisation des mécanismes de flottation appliqués au désencrage des papiers récupérés.
Direction
Patrice NORTIER, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Davide BENEVENTI, Chargé de Recherche CNRS, LGP2
Résumé
La flottation est la principale étape du processus de recyclage ayant pour but l'élimination de l'encre de la pâte. Pour une moyenne de seulement 2% d'encre présent dans la pâte, le rendement est d'environ 80%. Les pertes sont ainsi principalement composées de fibres, de charges minérales et d'éléments fins. Le procédé de flottation est le seul processus permettant une séparation sélective des particules d'encre de la pâte à papier, lors du recyclage des papiers récupérés. Ce processus est appliqué par toutes les usines européennes de désencrage et, bien qu'il soit reconnu comme étant le plus sélectif, il génère des pertes solides encore trop importantes (15 à 20% de pertes) par rapport au 2% en poids de l'encre appliquée en général sur un imprimé. Ainsi, la sélectivité de la flottation doit être améliorée. Cette amélioration permettrait d'augmenter le rendement du désencrage, de réduire les volumes de boues produites au cours de ce procédé et, par conséquent, de simplifier les problèmes liés à la valorisation de ces boues.
Dans un premier temps, les travaux de cette thèse visent à améliorer la connaissance fondamentale des phénomènes se produisant au cours de la flottation, en particulier :
  • les mécanismes de transport des différentes particules (encres, fibres de cellulose, éléments fins et charges minérales) en présence des différents tensio-actifs utilisés,
  • les rôles de la chimie utilisée ainsi que leur propre utilisation lors de la flottation.
Dans un deuxième temps, sont modélisés les mécanismes de transport dans la pâte et dans la mousse, en tenant compte des paramètres mécaniques - débit de pâte, d'air, turbulence, la conception des cellules,... - et physico-chimiques, afin de développer une simulation du procédé de flottation permettant d'évaluer l'incidence de la chimie utilisée ainsi que des paramètres mécaniques des cellules. Cette simulation permettra par la suite d'améliorer à la fois l'efficacité des cellules existantes mais aussi des lignes de désencrage.
Autres membres du jury
Maria ANGELS PELACH, Professeur, Universitat de Girona (Espagne) ♦♦ Edouard PLASARI, Professeur, ENSIC (Nancy) ♦♦ Marc SANQUER - Bart VAN TIGGELEN ♦♦ Régis DE GAUDEMARIS - Pierre EYMARD BIRON ♦♦ Françoise MASSINES

Rédigé par Anne Pandolfi

mise à jour le 28 janvier 2016

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