Note ABES Layer-by-Layer assembly of nanocellulose composite films with bio-inspired helicoidal superstructures Assemblage couche-par-couche de films composites à base de nanocellulose présentant des superstructures hélicoïdales bio-inspirées Nanocellulose Assemblage couche-par-couche Alignement par pulvérisation Films nanostructurés hélicoïdaux Matériaux bio-inspirés complexes Propriétés optiques et mécaniques anisotropes Nanocellulose Layer-by-layer assembly Spray-assisted alignment Helicoidal nanostructured films Complex bio-inspired materials Anisotropic optical and mechanical properties 541.3 Couches minces Propriétés optiques Composites à fibres Biomatériaux Nanocellulose Les propriétés optiques et mécaniques remarquables des matériaux naturels sont souvent associées à la complexité de leurs structures hiérarchiques. L’une des plus complexes est la structure hélicoïdale, constituée de plusieurs couches de fibres alignées dont l’orientation tourne entre les couches voisines. Cette microstructure, dite de Bouligand, est associée à la résistance aux chocs accrue de la carapace de certains crustacés ainsi qu’à la réflexion préférentielle de la lumière polarisée circulaire de certains fruits et insectes. Dans ce travail, nous avons fabriqué des films minces bio-inspirés complexes composés de nanofibrilles de cellulose et de poly(vinylamine) en utilisant l'approche couche-par-couche (LbL) et la pulvérisation à incidence rasante (GIS), une méthode permettant de contrôler l'alignement dans le plan de nano-objets anisotropes comme les nanofibrilles de cellulose. Nous avons démontré la possibilité de contrôler de façon indépendante la direction de l'alignement de chaque couche de cellulose. Ainsi, nous avons pu préparer des films minces avec une orientation unidirectionnelle, croisée ou hélicoïdale des nanofibrilles de cellulose, ce qu’il n’est pas possible de faire avec d’autres procédés de fabrication. Les propriétés optiques de ces films ont été caractérisées par dichroïsme circulaire et ellipsométrie spectroscopique à matrice de Mueller. Nous avons observé que la réponse chirale des films hélicoïdaux est contrôlée par le sens de rotation, le pas de l’hélice et le nombre de couches avant rotation. Les propriétés mécaniques de ces films ont été étudiées par différentes méthodes de nanoindentation. La méthodologie de fatigue par nano-contact a montré une ductilité accrue des films unidirectionnels et hélicoïdaux, qui peut être indirectement liée à une absorption accrue de l'énergie de ce matériau lors des sollicitations en raison de sa structure interne. The remarkable optical and mechanical properties of natural materials are often associated with the complexity of their hierarchical structures. One of the most complexes is the helical structure which consists of several layers of unidirectionally aligned fibers whose orientation rotates with respect to their neighboring layers. This so-called Bouligand microstructure is responsible for the enhanced impact resistance of the shell of some crustaceans as well as the preferential reflection of circularly polarized light of certain fruits and insects. Here, we fabricated complex bio-inspired thin films made of cellulose nanofibrils and poly(vinylamine) using the layer-by-layer (LbL) approach and grazing incidence spraying (GIS), a method allowing to control the in-plane alignment of anisotropic nano-objects like cellulose nanofibrils. We demonstrated the independent direction of alignment of each cellulose layer, which allowed the preparation of thin films with well-defined internal structures, namely, unidirectional, cross-ply or helical arrangement of the reinforcing nanofibrils, which is impossible to achieve by any other fabrication process. The optical properties of these films were characterized by circular dichroism (CD) and by Mueller matrix ellipsometry. The chirality observed for helicoidal films is controlled by the rotation direction, the pitch, and the number of layers. The mechanical properties of these cellulose-based films were studied by various nanoindentation methods. A nano-contact fatigue methodology showed an increased ductility of the unidirectional and helicoidal films, which can be indirectly related to enhanced absorption of energy of this material owing to their internal structure. Electronic Thesis or Dissertation Text en PDF 7575407 Université de Strasbourg Strasbourg 2021-12-31 https://theses.hal.science/tel-03934592 application/pdf 9860354 https://publication-theses.unistra.fr/public/theses_doctorat/2020/MUJICA_Randy_2020_ED182.pdf http://www.theses.fr/2020STRAE011/abes https://theses.hal.science/tel-03934592 https://theses.hal.science/tel-03934592 https://theses.hal.science/tel-03934592 https://theses.hal.science/tel-03934592 Mujica Randy Mujica 1984-11-05 FR 250235277 https://theses.fr/2020STRAE011 2020STRAE011 https://doi.org/10.70675/53c096e2z4119z422az92c5zb6b81deb39a2 2020-09-15 Chimie physique Strasbourg 131056549 Doctorat Docteur es non oui Le Houérou Vincent MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_1 092253199 Félix Olivier MADS_DIRECTEUR_DE_THESE_2 166386022 Bégin-Colin Sylvie MADS_PRESIDENT_DU_JURY 077294874 Pardoen Thomas MADS_MEMBRE_DU_JURY_1 153356960 Wågberg Lars MADS_RAPPORTEUR_1 178666602 Roth Stephan MADS_RAPPORTEUR_2 24888848X École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) MADS_ECOLE_DOCTORALE_1 156500019 Institut Charles Sadron (Strasbourg ; 1985-....) MADS_PARTENAIRE_DE_RECHERCHE_1 156774062 167 ddc:540 Le Houérou Vincent Félix Olivier Bégin-Colin Sylvie Pardoen Thomas Wågberg Lars Roth Stephan École doctorale Physique et chimie-physique (Strasbourg ; 1994-....) Institut Charles Sadron (Strasbourg) PDF 7575407 confidentialité 2020-09-15 2022-09-15 confidentialité 2020-09-15 2022-09-15 restriction 2020-09-15 2022-09-15 confidentialité 2020-09-15 2022-09-15 confidentialité 2020-09-15 2022-09-15