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

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Laboratoire Génie des Procédés Papetiers (LPG2)
LGP2, un pôle de recherche innovant

LGP2 - Thèses soutenues, 2017

David GOSSELIN

6 octobre 2017 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Vers un dispositif de diagnostic Point-of-Care intégré : utilisation de la capillarité ainsi que des procédés de thermoformage et de sérigraphie.
Direction
Didier CHAUSSY, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Naceur BELGACEM, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Jean BERTHIER, Ingénieur de Recherche, CEA, Grenoble
Résumé
Grâce à la microfluidique (i.e. la manipulation d’un fluide dans un système ayant une dimension caractéristique submillimétrique), il est possible d’imaginer l’intégration de l’ensemble des fonctions ordinairement réalisées en laboratoire dans un système miniaturisé, autrement dit de créer un laboratoire sur puce. Efficacité et bas coût peuvent être combinés pour mettre au point un dispositif de diagnostic médical utilisable en dehors des infrastructures médicalisées, appelé système Point-of-Care. Pour ce faire, il semble important de concevoir l’intégration des différents composants du système d’une façon cohérente, en prenant en compte l’ensemble des contraintes imposées par l’application finale ciblée. Cette thèse a été effectuée dans l’optique de proposer une réponse à cette problématique d’intégration dans le cadre du développement d’un système microfluidique de diagnostic Point-of-Care basé sur une réaction d’amplification d’ADN isotherme LAMP.
Pour proposer un système bon marché, facile à industrialiser, le papier est utilisé comme support et le thermoformage comme moyen de production. En effet, ce matériau et ce procédé bénéficient déjà de fabrications en série. De plus, leur faible coût permet d’envisager un dispositif final peu onéreux.
Pour détecter la réaction de LAMP, la présence de fonctions actives telles qu’un chauffage et un outil de détection est nécessaire. Leur intégration a été réalisée par procédé sérigraphique. Le chauffage est effectué par effet Joule grâce au dépôt d’une couche d’encre conductrice à base de carbone. La détection, quant à elle, est faite par méthode potentiométrique, à l’aide d’une électrode couverte de polyaniline. Ces méthodes s’avèrent pertinentes car elles permettent de superposer les différentes fonctions actives et de les intégrer directement dans le système microfluidique.
Autres membres du jury
Stéphanie BRIANÇON, Professeur, Université Claude Bernard Lyon 1 ♦♦ Chantal FOURNIER-WIRTH, Directeur de Recherche, ESF Pyrénées-Méditerranée, Toulouse ♦♦ Jean-Christophe BARET, Professeur, Université de Bordeaux

Ying SHAO

29 septembre 2017 - Matériaux, Mécanique, Génie Civil, Électrochimie
Sujet
Utilisation de matériaux lignocellulosiques et du procédé d’impression 3D pour élaborer des structures conductrices.
Direction
Davide BENEVENTI, Directeur de Recherche CNRS, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Didier CHAUSSY, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Philippe GROSSEAU, Directeur de Recherche (École des Mines, Saint-Étienne)
Résumé
L’objectif de cette thèse est de créer des structures conductrices (électriquement) par pyrolyse et résistantes (mécaniquement), à partir de technologie additive 3D (extrusion de gel), en utilisant exclusivement des matériaux lignocellulosiques.
Les matériaux sélectionnés ̶ microfibrilles de cellulose (MFC), lignosulfonate de sodium (LS ou NaLS) et cellulose en poudre (CP) ̶ peuvent servir à fabriquer des hydrogels aqueux compatibles avec l’impression 3D (extrusion) et dont la formulation a été optimisée pour le procédé de pyrolyse. L’effet de la température et de la composition des mélanges sur ce dernier a été exploré. La cinétique et la nature des émissions ont été caractérisées par thermogravimétrie couplée à une spectrométrie de masse. À partir de ces données, des modèles cinétiques multi-composés ont été proposés pour décrire les vitesses réactionnelles observées
De plus, les paramètres du procédé d’impression 3D par extrusion ont été optimisés afin de permettre la mise en forme, avec une excellente définition, de structures de géométries complexes à base de précurseurs de carbone.
Autres membres du jury
Pascaline PRÉ, Professeur,  École des Mines, Nantes ♦♦ Sylvain SALVADOR, Professeur, École des Mines, Albi ♦♦ Salaheddine SKALI-LAMI, Maître de Conférences HDR, Université de Lorraine

Victor THÉNOT

12 juillet 2017 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Impression et recuits sélectifs d'encres métalliques sur papier. Optimisation des propriétés électriques de boucles RFID-HF en vue d’une production industrielle.
Direction
Nadège REVERDY-BRUAS, Maître de Conférences HDR, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Denis CURTIL, Ingénieur de Recherche, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Mohamed SAADAOUI, Maître de Conférences (École des Mines, Saint-Étienne)
Résumé
Cette thèse étudie le potentiel d'un papier à fort lissé pour la production de masse de tags RFID-HF imprimés. Les caractérisations menées sur le papier PowerCoat HD mettent en évidence une haute tolérance à la température et une faible rugosité. De fait, il se présente comme une sérieuse alternative au recours à des films polymères (PET. PEN, Pl, etc.), permettant de développer pleinement les performances électriques des encres conductrices métalliques.
Deux procédés d'impression industriels sont considérés : la flexographie et la sérigraphie qui, depuis des décennies, ont toutes deux fait leurs preuves pour l'impression graphique à hautes cadences. Leur potentiel pour imprimer à grande échelle des dispositifs électroniques à bas coût est discuté dans ces travaux. De plus, les performances électriques d'encres commerciales à base d’argent sont examinées en fonction de la taille des particules qui les composent. En effet, l'usage de particules métalliques à l'échelle nanométrique peut faciliter l'activation des mécanismes de diffusion atomique, améliorant ainsi le contact physique entre les particules et favorisant la conduction électrique. En outre, les encres à microparticules sont moins coûteuses et leurs conditions d'utilisation moins contraignantes. Toutefois, la coalescence des particules métalliques après l'impression ne peut être initiée sans un traitement thermique de recuit.
Le recuit est généralement réalisé dans une étuve ou un tunnel à air chaud. La température doit rester inférieure à la tolérance du substrat ce qui permet d’atteindre des performances électriques cependant limitées pour des procédés durant plusieurs minutes. Pour tenir compte des contraintes d'une production industrielle et obtenir les meilleures performances électriques en un temps réduit, l'un des principaux axes de recherche explorés est le déploiement des technologies émergentes de recuit photonique proche infrarouge (NIR) et de lumière intense pulsée (IPL). Ces dernières sont basées sur l'absorption de l'énergie lumineuse par le film d'encre provoquant ainsi son échauffement rapide. En outre, l'important différentiel d'absorption entre les encres et le substrat contribue à une sélectivité de ces procédés limitant la dégradation du support tout en atteignant, au niveau de l'encre, des températures pouvant dépasser 300°C. Pour chaque procédé de recuit, l'influence des différents paramètres sur les performances électriques finales a été étudiée par un suivi in situ de la résistance, permettant un échantillonnage allant jusqu'à 250 kHz.
Finalement, des boucles RFlD-HF ont été imprimées, recuites dans les conditions précédemment optimisées puis caractérisées. Les coûts de production ont été estimés afin de distinguer les contributions liées à l'encre, au support et à la puce électronique en silicium. Les résultats obtenus mettent en évidence le potentiel du papier PowerCoat HD, couplé à une impression en flexographie et à un recuit proche infrarouge, permettant la production à grande échelle de tags RFID-HF pour un coût matière total de 5 centimes d'euros.
Autres membres du jury
Philippe DELAPORTE, Directeur de Recherche CNRS, Aix-Marseille Université ♦♦ Hélène DEBEDA, Maître de Conférences HDR, Université de Bordeaux ♦♦ Damien DELERUYELLE, Professeur, INSA Lyon ♦♦ Tan-Phu VUONG, Professeur, Grenoble INP-Phelma ♦♦ Bernard RATIER, Professeur, XLIM, Limoges

Megan SMYTH

27 juin 2017 - Matériaux, Mécanique, Génie Civil, Électrochimie
Sujet
Matrice à base de nanocellulose stimulable pour croissance différenciée de cellules.
Direction
Julien BRAS, Maître de Conférences, Grenoble INP-Pagora / LGP2
Résumé

Autres membres du jury
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Sébastien RAYNAUD

14 février 2017
Sujet
Développement de nouveaux matériaux barrière utilisant des microfibrilles de cellulose.
Direction
Alain DUFRESNE, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ David GUÉRIN, Manager d'Unité de Recherche, Centre Technique du Papier, Grenoble
Résumé
Cette thèse se situe dans un contexte de développement de matériaux barrière renouvelables, recyclables et biodégradables destinés à l'emballage alimentaire papier-carton. Deux stratégies sont étudiées : d’une part, recourir aux microfibrilles de cellulose (MFC) pour former une couche barrière laminée à l'état humide sur carton et, d’autre part, les utiliser en tant qu'additif dans une sauce de couchage barrière à base aqueuse.
Il en ressort que l'usage des MFC pour la production de couches barrière est prometteuse dans les deux cas. La lamination de MFC sur carton permet d'obtenir de bonnes propriétés barrière à l'oxygène et à la graisse grâce à des MFC hautement fibrillées. L'association carton-MFC présente une forte adhésion après séchage, permettant d'éviter l'emploi de colle.
Dans le cas du couchage composite, pour diminuer la viscosité et améliorer la barrière, il est préférable d'utiliser un faible taux de MFC dans un alcool polyvinylique (PVOH) complètement hydrolysé ayant un faible degré de polymérisation. L'ajout de MFC dans une sauce de couchage composite montre leur capacité à améliorer la cinétique de séchage du PVOH. L’utilisation combinée de MFC et de charges lamellaires présente un effet de synergie sur leurs états de dispersion dans une solution de PVOH, ce qui rend leur usage possible afin d’améliorer la barrière à la vapeur d'eau en conditions humides, tout en évitant la formation d'agrégats susceptibles de détériorer la barrière à l'oxygène.
Cette thèse contribue à démontrer le potentiel des microfibrilles de cellulose pour la formation de couches barrière, ouvrant ainsi la voie au développement de nouveaux matériaux pour des emballages plus écologiques.
Autres membres du jury
Hélène ANGELLIER-COUSSY, Maître de Conférences, Université de Montpellier  ♦♦ Yves GROHENS, Professeur, Université Bretagne Sud ♦♦ Jose-Maria LAGARON, Directeur de Recherche, Consejo Superior de Investigaciones Científicas, Espagne ♦♦ Laurent HEUX, Directeur de Recherche CNRS, Université Grenoble Alpes

Rédigé par Anne Pandolfi

mise à jour le 16 novembre 2017

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