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Résumé

Le changement de forme est un phénomène particulièrement observé dans le règne végétal, comme l'ouverture et la fermeture des écailles de pommes de pin sous l'effet de l'humidité. Cette capacité à se mouvoir en fonction d’un stimulus externe est dénommée actionnement. L’objectif de cette thèse est de concevoir des actionneurs inspirés de ce phénomène naturel à partir de nanofibres de cellulose (NFC). Les NFC sont une excellente matière première végétale pour fabriquer des actionneurs grâce à leurs groupes hydroxyles permettant l'introduction de groupes chimiques sensibles à un stimulus, à leur nature hydrophile et à leurs excellentes propriétés mécaniques. Dans cette thèse, les NFC ont été fonctionnalisées et assemblées sous la forme de films bicouches capables de subir des expansions asymétriques lorsqu’ils sont immergés dans l’eau.  Ces expansions asymétriques ont permis le mouvement des films (flexion ou/et torsion).La prise d’eau différentielle entre les couches est le moteur de l’actionnement des films de NFC. L’hydratation et la déshydratation ont été contrôlées par le degré de fonctionnalité des NFC et par l’immersion des films dans des solutions aqueuses à différents pH ou des solvants organiques. Les mécanismes liés à l’actionnement ont été étudiés en analysant la structure des NFC fonctionnalisées, en quantifiant les capacités de prise d’eau et les propriétés mécaniques  des films et enfin en évaluant les interactions physico-chimiques principales entre les différentes NFCet les milieux d’immersion. Cette thèse est une preuve de concept que les actionneurs à base de NFC ont un grand potentiel pour diverses applications telles que la robotique souple ou les dispositifs biomédicaux.

Composition du jury

Rapporteurs : 

• Laurent Heux, Directeur de recherche, CERMAV UMR 5301
• Tatiana Budtova, Directrice de recherche, Mines ParisTech, Cemef UMR 7635

Examinateurs : 

• Aurélia Charlot, Maître de conférence, INSA Lyon, IMP UMR 5223
• Jean Le Bideau, Professeur, Nantes Université, IMN UMR6502

Direction de thèse : Ana Villares, Directrice de recherche – INRAE BIA, Nantes

co-encadrement : Céline Moreau, Ingénieure de recherche – INRAE BIA, Nantes

Membre invité : Bernard Cathala - Directeur de recherche - INRAE BIA, Nantes