Conception, mise en oeuvre et caractérisation de nouveaux bio-nano-matériaux fonctionnels.

par Nathalie Lavoine

Thèse de doctorat en Génie civil

Sous la direction de Julien Bras.

Soutenue le 15-11-2013

à Grenoble , dans le cadre de École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble) , en partenariat avec Laboratoire de Génie des Procédés Papetiers (équipe de recherche) .

Le président du jury était Nathalie Gontard.

Le jury était composé de Nicolas Tabary, Eliane Espuche, Sylvie Genies, Olivier Chadebec, Arthur Vidard, Stéphane Richard.

Les rapporteurs étaient Kristin Syverud, Véronique Coma, Moongyu Jang.


  • Résumé

    De nouveaux matériaux, appelés matériaux actifs, se développent actuellement par diverses processus dans plusieurs applications. L'objectif est d'apporter aux matériaux de bases (par exemple : papiers, cartons) de nouvelles fonctionnalités telles que la détection de virus, le relargage de substances actives, le contrôle de la durée de vie etc. L'élaboration de matériaux fonctionnels est un sujet de plus en plus important dans notre société et chez les industries. Les recherches restent cependant encore rares à ce propos et l'expertise des scientifiques est vivement attendue. Par ailleurs, l'intérêt des scientifiques se porte aussi de plus en plus sur l'utilisation de bio-matériaux. Parmi ces derniers, l'intérêt pour les bio nanoparticules est le plus grandissant : les chercheurs voient en effet la possibilité d'élaborer de nouvelles applications à hautes valeurs ajoutées. Cependant, aujourd'hui, l'utilisation de ces nanoparticules dans le contrôle du relargage de substances actives n'est pas encore dominante ni approfondie malgré les premiers résultats prometteurs obtenus avec les nanoparticules. En plus de leurs excellentes propriétés mécaniques et barrières, leur surface spécifique est un point clé et avantageux à considérer pour l'obtention de nouvelles fonctionnalités (introduction de substances actives). Dans le domaine des emballages, les matériaux actifs ont pour objectif de prolonger la durée de conservation des aliments en modifiant les conditions d'emballage. Trois catégories sont différenciées : les emballages absorbeurs (oxygène, humidité), les emballages antimicrobiens et les emballages barrières. Peu de recherches existent actuellement sur les deux premières catégories et d'autres commencent affichant des résultats bien prometteurs. Ainsi, l'objectif de la thèse est donc de comprendre et de développer des bio nanomatériaux fonctionnels innovants en considérant deux aspects : le développement durable et la sécurité alimentaire. Trois sujets seront abordés en détail: - Biomatériaux : fibres de cellulose, bionanoparticules, biomolécules actives - Procédés : greffage, encapsulation, couchage, extrusion, jet d'encre - Propriétés : absorbeur d'oxygène, antimicrobien, contact alimentaire Le phénomène de migration sera un point particulièrement détaillé au long de ces 3 ans ainsi que les caractérisations de propriétés importantes pour le produit final. Différentes stratégies seront ensuite testées et la meilleure solution sera optimisée afin d'arriver à une étude à grand échelle du produit obtenu.

  • Titre traduit

    Design, processing and characterisation of innovative functional bio-nano-materials for packaging


  • Résumé

    New functional materials, called active materials, are developing with different processes and for several applications. The target is to give new functions like virus detection, active substance release, end of life control...This topic is more and more important in our society and industry. Researches are still rare and more scientific expertise is expected. Meanwhile, use of biobased materials interests more and more scientists. Among biomaterials, the use of bionanoparticles is strongly increasing and high value added applications are targeted. However, their use in release control of active substances has not yet been studied in detail in spite of promising results on barrier properties improvement. Their very high specific area could also be considered as a advantege concerning their use as active material carrier. In packaging field, active materials are materials which change condition of packed product to increase its shelf life by keeping quality and safety. Three main types of active packaging are existing : scavenger systems (02, humidity), anti-microbial systems, barrier systems. Some research studies have just been launched about the two first categories of active packaging with some promising results. The target is then to understand and develop innovative functional bionanomaterials by considering : sustainability and safety. Three topic will be studied in detail : - Biomaterials : cellulose fibers, bionanoparticules (NFC, Wh, SNP), active biomolecules - Process : grafting, encapsulation chitosane, coating, extrusion, ink jet - Properties : 02 scavenger, anti-microbial system, food contact A better understanding of migration and the end-use properties characterization will be main point of the scientific research during the project. Different strategies will be tested and optimisation of best solution will follow by finishing with an up-scaling study.


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