LGP2 - Thèses soutenues, 2009

18 décembre 2009 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Étude de la flottation réactive à l'ozone en vue de la valorisation des fibres cellulosiques de récupération et des rejets du recyclage.
Direction
Marc AUROUSSEAU, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Nathalie MARLIN, Maître de Conférence, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Davide BENEVENTI, Chargé de Recherche CNRS, LGP2
Résumé
Cette étude a porté sur les effets de l'ozone introduit en flottation en vue d'optimiser le désencrage des fibres récupérées pour la production de papier de forte blancheur : amélioration des propriétés optiques des fibres recyclées et réduction de l'impact environnemental des rejets du désencrage. Un pilote de flottation couplé à un générateur d'ozone a été développé et validé dans des conditions classiques de flottation à l'air. L'effet de l'ozone sur l'opération de désencrage a été étudié pour deux types de papiers récupérés (impression offset et mélange 50/50 de journaux/magazines).
Cette technique conduit à une amélioration de l'élimination de l'encre, à une légère diminution de la production de boues de désencrage et à la dégradation partielle des azurants optiques ce qui accroît l'aptitude au contact alimentaire de la pâte désencrée. De plus, la DCO des effluents est réduite de plus de 25%.
Ces résultats montrent que la flottation réactive à l'ozone est une solution prometteuse pour améliorer l'efficacité du désencrage et diminuer la pollution de ses rejets.
En partenariat avec la revue Green News Techno, le Prix Ademe/Pollutec des Techniques Innovantes pour l'Environnement 2009 a été décerné à ce nouveau procédé de désencrage.
Autres membres du jury
Yves GONTHIER, Professeur, Polytech'Savoie ♦♦ Maria-Angels PELACH, Professeur, Universitat da Girona (Espagne) ♦♦ Jean-Christophe HOSTACHY, Ingénieur, Wedeco Katadyn.

14 décembre 2009 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Modélisation mathématique de la cuisson Kraft des espèces pures et mélanges de bois pour la production de pâte à papier.
Direction
Gérard MORTHA, Maître de conférences, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Denilson DA SILVA PEREZ, FCBA.
Résumé
La cuisson Kraft d'un ensemble d'essences de bois résineux et feuillus a été caractérisée dans un objectif de compréhension et de différenciation des comportements, ainsi que de modélisation cinétique. Les différentes essences, cuites pures ou en mélanges, ont été caractérisées en cours de cuisson :

Autres membres du jury
Naceur BELGACEM, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Ana Paula DUARTE, Professeur, Universidade da Beira Interior (Portugal) ♦♦ Stéphane GRELIER, Professeur, Université Bordeaux 1 ♦♦ Joël ALBET, Maître de conférences, ENSIACET (Toulouse)

9 octobre 2009 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Dosage des groupements phénoliques et quinoniques dans les pâtes cellulosiques - Application à l'étude de pâtes écrues et semi-blanchies.
Direction
Dominique LACHENAL, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Nathalie MARLIN, Maître de Conférences, Grenoble INP-Pagora / LGP2.
Résumé
Une méthode de dosage in-situ des groupements OH phénoliques proposée par Behrooz Eshkiki (2005) a été modifiée. Elle peut être employée en vue du dosage semi-quantitatif des groupements quinoniques. Cette méthode a été appliquée sur différentes lignines extraites et les résultats obtenus ont été comparés avec des mesures obtenues par analyse spectroscopique RMN 31P. Les tendances des résultats obtenus sur pâtes écrues sont conformes aux résultats de la littérature, même si en valeur absolue, la méthode in-situ donne des résultats plus élevés. L'influence de différents réactifs de blanchiment a été étudiée. L'examen des données de la littérature a permis d'établir que la relation existant entre l'indice Kappa et le taux de lignine d'une pâte cellulosique est de nature affine.
Autres membres du jury
Alain CASTELLAN, Professeur, Université Bordeaux 1 ♦♦ Dmitry EVTUGUIN, Université de Aveiro (Portugal) ♦♦ Pierre LARNICOL, Responsable Business Unit Composés Oxygénés, Arkema ♦♦ Joël ALBET, Maître de conférences, ENSIACET (Toulouse)

1 octobre 2009 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Élaboration de matériaux composites organiques conducteurs et/ou luminescents à partir de fibres cellulosiques.
Direction
Didier CHAUSSY, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Olivier STEPHAN, Maître de Conférences, Laboratoire Interdisciplinaire de Physique, Université Joseph Fourier
Résumé
Ces travaux de thèse ont permis de mettre en évidence la possibilité d'adsorber des nanoparticules de polymères semi-conducteurs (photoluminescente ou conducteur) chargées à la surface de fibres de cellulose de résineux. L'optimisation du procédé de mini-émulsion a abouti à l'obtention d'une suspension aqueuse stable de particules nanométriques. Les modifications des fibres via une action mécanique (raffinage) ou via un traitement physico-chimique (adsorption de carboxymethyl cellulose) ont permis d'accroître la quantité de particules adsorbées à la surface des fibres entraînant ainsi l'amélioration des propriétés photoluminescentes ou conductrices des matériaux cellulosiques conçus à partir de ces fibres traitées. Les applications potentielles de ces travaux peuvent être l'élaboration de papiers infalsifiables et d'encres fonctionnelles.
Autres membres du jury
Bernard CABANE, Directeur de Recherche, École Supérieure de Physique et de Chimie Industrielles de la Ville de Paris ♦♦ Stéphane PAROLA, Professeur, Université Claude Bernard (Lyon) ♦♦ Adriano ZECCHINA, Professeur, Università degli Studi di Torino (Italie) ♦♦ Davide BENEVENTI, Chargé de Recherche CNRS, LGP2

22 septembre 2009 - Matériaux, Mécanique, Génie civil, Électrochimie
Sujet
Contribution à l'étude des relations microstructures - propriétés thermiques et d'écoulement pour les matériaux fibreux cellulosiques.
Direction
Jean-Francis BLOCH, Maître de conférences, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Christian GEINDREAU, Professeur, Laboratoire 3S-R, Université Joseph Fourier,
Résumé
Cette thèse traite de la caractérisation des relations entre les propriétés microstructurales et les propriétés physiques des milieux fibreux cellulosiques. Les propriétés microstructurales sont estimées par analyse d'images 3D obtenues à partir de microtomographies à rayons X synchrotron (ESRF) d'échantillons de papiers industriels et de laboratoire. Les propriétés physiques de conductivité thermique et de perméabilité de ces milieux fibreux sont estimées numériquement sur des Volumes Elémentaires Représentatifs (VER) extraits des microtomographies. Une attention particulière a été portée sur la détermination du VER associé à chaque propriété (structurale et physique) afin de valider la légitimité de ces calculs. Les estimations de propriétés sont comparées à des mesures expérimentales pour validation. Enfin, l'influence sur ces propriétés physiques de différents paramètres microstructuraux (porosité, fraction volumique de charges, gradient de microstructure...) résultant du processus de fabrication de ces matériaux, est mise en évidence.
Autres membres du jury
Dominique BERNARD, Docteur CNRS, ICMCB (Bordeaux) ♦♦ Marc PRAT, Docteur CNRS, IMFT (Toulouse) ♦♦ Jean-Claude ROUX, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Pierre CAULET, Ingénieur, Arjowiggins ♦♦ Didier STEMMELIN, Chargé de recherche CNRS, LEMTA (Nancy)

22 juin 2009 - Matériaux, Mécanique, Génie civil, Électrochimie
Sujet
Étude rhéologique et physico-chimie de membranes nanocomposites PEO/cellulose pour batterie au lithium. Influence du procédé d'élaboration et de la nature des nanoparticules de cellulose.
Direction
Nadia EL KISSI, Chargée de Recherche CNRS, Laboratoire de Rhéologie ♦♦ Fannie ALLOIN, Chargée de Recherche CNRS, Laboratoire d'Électrochimie et de Physico-chimie des Matériaux et des Interfaces ♦♦ Alain DUFRESNE, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2.
Résumé
Cette étude est destinée à envisager le renforcement des propriétés mécaniques de PEO utilisés dans des batteries par des nanoparticules de cellulose. L'objectif est, tout en faisant varier la nature des nanoparticules et les conditions de mise en œuvre des films, de ne pas perturber le niveau de conductivité du composant actif des systèmes capacitifs. La stratégie envisagée a donc consisté à formuler des électrolytes polymères nanocomposites innovants présentant une bonne tenue thermomécanique et de bonnes propriétés de conduction. Un autre objectif important de la thèse était l'exploration de deux procédés de mise en forme pour la fabrication de ces films nanocomposites. Le premier, à caractère plus académique a consisté à produire des films par coulée-évaporation. Le second, à caractère plus industriel, a permis d'obtenir des films par extrusion.
Autres membres du jury
Nicole ALBEROLA, Professeur, Université de Savoie (Chambéry) ♦♦ Vincent VERNEY, Chargé de Recherche CNRS, Laboratoire de Photochimie Moléculaire et Macromoléculaire (Clermont Ferrand) ♦♦ Yves GROHENS, Professeur, Université de Bretagne Sud (Lorient) ♦♦ Lionel FLANDIN, Professeur, Université de Savoie (Chambéry) ♦♦ Frédéric BOSSARD, Maître de Conférences, Université Joseph Fourier (Grenoble).

30 mars 2009 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Modélisation d'opérations unitaires dans la chaîne de production des pâtes papetières : cuisson Kraft et séquence de blanchiment ECF.
Direction
Gérard MORTHA, Maître de Conférences, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Martine RUEFF, Ingénieur de Recherche, Grenoble INP-Pagora / LGP2
Résumé
Le travail de recherche développé a porté, d'une part, sur le développement d'un modèle de cuisson Kraft en batch de bois de résineux, prenant en compte les paramètres morphologiques et chimiques du végétal ainsi que les conditions de cuisson, et d'autre part, sur la modélisation de la séquence complète de blanchiment ECF (Elemental Chlorine Free), séquence utilisant le dioxyde de chlore comme réactif principal.
Ces procédés principaux interviennent dans une très large majorité d'usines fabriquant des pâtes cellulosiques par voie chimique.
Une analyse bibliographique sur la chimie et les procédés a été menée ainsi que des travaux de laboratoire en vue d'établir des modèles mathématiques globaux pertinents, s'appuyant ou non sur des études plus anciennes, et de décrire les problématiques.
Le choix d'un modèle existant de cuisson Kraft a permis dans un premier temps de montrer l'influence des facteurs généraux puis, plus spécifiquement, après introduction de compléments au modèle initial, d'aborder les facteurs de non-uniformité telles que la distribution d'épaisseur des copeaux, l'hétérogénéité des températures au sein du réacteur et, pour finir, la prédiction des cuissons d'espèces différentes de bois en mélange.
La recherche sur la modélisation du blanchiment ECF a, quant à elle, visé à établir de nouveaux modèles s'appliquant indépendamment pour chaque stade de la séquence : blanchiment oxydatif au dioxyde de chlore (D0, D1, D2), stades d'extraction alcaline de type (E, EO, EP et EOP), utilisant l'oxygène et/ou le peroxyde d'hydrogène en renforcement de la soude. Par regroupement des modèles, et grâce à une étude expérimentale approfondie, la séquence complète ECF a été modélisée  pour prédire l'indice kappa,  la blancheur, le pH, la consommation des réactifs, ainsi que les paramètres environnementaux des effluents : DCO et DCO ultime (résistante à la biodégradation).
Enfin, cette thèse a permis la construction de plates-formes aux applications multiples : ingénierie, prédiction, décision, diagnostic, régulation et formation.
Autres membres du jury
Dominique LACHENAL, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Monica EK, Professeur, KTH (Suède) ♦♦ Stéphane GRELIER, Professeur, Université Bordeaux 1 ♦♦ Christophe CALAIS ♦♦ Pierre LARNICOL, Responsable Business Unit Composés Oxygénés, Arkema

13 mars 2009 - Mécanique des Fluides, Énergétique, Procédés
Sujet
Polyuréthanes à base de lignines : synthèse, caractérisation et applications.
Direction
Naceur BELGACEM, Professeur, Grenoble INP-Pagora / LGP2 ♦♦ Filomena Maria BARREIRO, Professeur associé, Institut Polytechnique de Bragança (Portugal) ♦♦ Alirio RODRIGUES, Professeur, Université de Porto (Portugal)
Résumé
Ce travail décrit la caractérisation et les utilisations possibles de quatre lignines techniques (Alcell, Sarkanda, Indulin AT and Curan 27-11P), comme macromonomères dans la  synthèse de polyuréthanes afin de promouvoir la valorisation et l'exploitation des propriétés intrinsèques de cette macromolécule naturelle.
À cet effet, deux approches visant à incorporer les lignines dans des matériaux polyuréthanes ont été adoptées :

D'abord, une caractérisation complète des échantillons de lignines a été réalisée et a concerné la teneur des groupements hydroxyles phénoliques et aliphatiques, les masses moléculaires, etc.
Ensuite, plusieurs matériaux polyuréthanes (mousses rigides ou élastomères) à base des quatre différents échantillons de lignines tels quels ou après oxypropylation ont été préparés et caractérisés. Les propriétés des matériaux obtenues sont proches de celles des matériaux commerciaux préparés à base de réactifs provenant de la filière pétrochimique.
Cette étude apporte une preuve irréfutable de la possibilité de produire des polyuréthanes à base de lignines.
Autres membres du jury
Mario Rui COSTA, Professeur, Université de Porto (Portugal) ♦♦ Alessandro GANDINI, Professeur, Université de Aveiro (Portugal) ♦♦ Joao F. MANO, Professeur, Université de Minho (Portugal)