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Application du chitosane en tant que bioemballage
Le chitosane est très prometteur en tant que matériau d’emballage grâce à son non-toxicité, biocompatibilité et biodégradabilité. Ce biopolymère est une alternative aux emballages d’origine pétrochimique en raison de sa capacité de formation de films protecteurs résistants [42] durables et flexibles et une capacité à agir comme une barrière à la pénétration de l’oxygène et des microorganismes [43]. De plus il inhibe la croissance d’une grande variété de bactéries. En outre le chitosane forme des films transparents et permet d’augmenter la durée de conservation de certains produits alimentaires [44]. Les films de chitosane peuvent être utilisés pour emballer les fruits [7] et légumes [8], les poissons [10], les viandes [9], et les fromages [45].
Roller et al. (2002) [46] ont développé de nouveaux systèmes de conservation pour les saucisses de porc fraîches à base de combinaisons de chitosane, carnocine (bactériocine produite par Carnobacterium piscicola) et de faibles concentrations de sulfite afin de contrôler l’altération microbienne de la saucisse de porc fraîche. Les résultats ont montré que 0,6% de chitosane associé à une faible teneur en sulfite (170 ppm) retardaient plus efficacement la croissance des microorganismes d’altération (3-4 log cfu/g) en comparaison à des concentrations élevées (340 ppm) de sulfites en absence de chitosane à 4°C jusqu’à 24 jours. La carnocine n’a pas protégé les saucisses de la détérioration, mais elle a permis de réduire le nombre de Listeria innocua à 2,0 log cfu/g au cours des 5 premiers jours de stockage. De plus les résultats ont montré que le sulfite s’est dégradé rapidement au cours des trois premiers jours de stockage dans toutes les saucisses contenant uniquement ce conservateur, mais les concentrations ont diminué moins rapidement en présence de chitosane. Jiang et Li. (2001)
[47] ont évalué le potentiel du revêtement du film chitosane pour prolonger la durée de vie après la récolte et le maintien de la qualité des longanes (originaire du Sud-Est de la Chine et d’Asie du Sud-Est) lors du stockage à basse température. Pour cela les fruits ont été trempés dans des solutions aqueuses de 0,5, 1,0 et 2,0% de chitosane, puis stockés à 2°C et 90% d’humidité relative. L’application du revêtement de chitosane a réduit le taux de respiration et la perte de poids, a retardé l’augmentation de l’activité du polyphénol oxydase et les changements de couleur et il a permis de retarder la décomposition des fruits pendant le stockage. En outre, l’augmentation de la concentration de chitosane en solution aqueuse d’acide acétique (2%) a amélioré les effets bénéfiques du chitosane sur la durée de vie et la qualité des fruits après la récolte.
Les fruits de litchi ont été plongés dans une solution de chitosane (1% ou 2%) puis conservés à 4 °C et 90% d’humidité relative (HR) [48]. L’application de revêtement de chitosane a retardé les changements dans les teneurs en anthocyanes, flavonoïdes et phénoliques totaux. Il a retardé l’augmentation de l’activité polyphénol oxydase, il a réduit la perte de poids et il a partiellement inhibé l’augmentation de l’activité peroxydasique et la décomposition des fruits pendant le stockage. Cependant, l’augmentation de la concentration du revêtement de chitosane n’a pas augmenté significativement les effets bénéfiques du chitosane sur le brunissement et la pourriture du fruit. Récemment, Olaia et al (2018) [49] ont mené une étude sur l’amélioration de la qualité de conservation des filets de bar fumés, ces derniers ont été immergés dans des solutions de chitosane et d’alginate en ajoutant du resvératrol. Le resvératrol en suspension n’entraîne aucune modification sensorielle inacceptable et réduit efficacement les valeurs des indicateurs d’oxydation. L’alginate et le chitosane ont aidé à retarder l’oxydation, mais seul le chitosane a inhibé complètement la croissance des bactéries mésophiles, psychrofiliques et anaérobies.
Ces études ont montré qu’un film chitosane peut remplir les fonctions que l’on demande à un matériau d’emballage, à savoir, des propriétés barrières (barrière à l’oxygène ou aux microorganismes), et une protection microbiologique afin de prolonger sa durée de vie et être utilisé comme matériau d’emballage actif antimicrobien.
Généralités sur les nanocomposites à matrice polymère et nanoparticules à base d’argile : définition et intérêt
Les nanocomposites sont définis comme des composites où au moins l’une des phases a des dimensions nanométriques (inférieure à 100 nanomètres). La matrice peut être métallique, céramique ou polymère. Le rôle du renfort est d’améliorer les propriétés de la matrice de départ. Cela peut classiquement améliorer les propriétés mécaniques, mais également d’autres propriétés comme dans le cas qui va nous intéresser à savoir les propriétés d’étanchéité aux gaz. Dans cette étude, nous nous intéressons aux matériaux composites à matrice polymère.
Les bionanocomposites sont un nouveau type de matériaux basés sur des matrices de biopolymères renforcées par des nano-charges d’argile, les deux étant la plupart du temps biosourcés. Ils ont fait l’objet d’une attention considérable au cours de la dernière décennie en raison de leur provenance et de leurs propriétés fonctionnelles. Ils sont formés par la combinaison de polymères naturels et d’argiles qui présentent au moins une dimension à l’échelle nanométrique [50]. Ainsi, les matériaux résultant sont caractérisés par des propriétés inhérentes aux deux types de composants [51]. Une large gamme de bionanocomposites a été élaborée avec différentes matrices telles que les PHA [52], le PLA [53] ou bien des polymères naturels tels que l’amidon [54], [55], la cellulose [56], [57] ou le chitosane [58], [59]. Ces recherches ont démontré que l’élaboration de bionanocomposites pourrait être une stratégie intéressante pour remédier aux inconvénients classiques des biopolymères.
Les nano-argiles : Généralités
Les nanoparticules d’argiles présentes sur le marché sont très variées, elles peuvent avoir une géométrie tubulaire, sphérique ou en feuillets. Cependant les recherches les plus intenses se portent sur les silicates lamellaires appelés aussi les phyllosilicates, comme la montmorillonite (MMT) [60] et la vermiculite (VMT) [61]. Les nano-argiles ont été utilisées pour la première fois en 1970 dans un procédé industriel pour la fabrication des composites polyamides nano-argiles. A partir de 1993, les nanocomposites à base de nano-argiles sont devenus populaires grâce au succès des travaux des chercheurs de la compagnie TOYOTA [62] sur l’amélioration des propriétés mécaniques et thermiques du nylon 6 après un ajout de seulement 5% en masse de montmorillonite. Ces premiers travaux ont montré une amélioration globale des propriétés mécaniques, du module d’Young, de la résilience ainsi que de la tenue thermo-mécanique. Seules les propriétés, la structure et la classification des argiles en feuillet seront détaillées en dessus.
Table des matières
Remerciements
Table des Matières
Liste des figures
Liste des tableaux
Liste d’abréviations
Introduction générale
Chapitre I : Synthèse bibliographique
Introduction
1. Les polysaccharides issus du déchet industriel de la mer : Chitosane
1.1 Les principales propriétés du chitosane
1.2 Principales applications du chitosane
1.3 Application du chitosane en tant que bioemballage
2. Généralités sur les nanocomposites à matrice polymère et nanoparticules à base d’argile
définition et intérêt
2.1. Les nano-argiles : Généralités
2.1.1. Phyllosilicates : Structure et propriétés
2.1.1.1. Organisation des feuillets : Phyllosilicate structure multi-échelle
2.1.2. Classification des phyllosilicates
2.1.3. Vermiculite : Structure et propriétés
3. Les différents procédés d’élaboration des nanocomposites polymère/argile
3.1. Processus de polymérisation in-situ
3.2. Procédés d’intercalation en solution
3.3. Processus d’intercalation de la masse fondue
4. Les différentes structures des nanocomposites polymères/argiles et les méthodes de
caractérisation associées
5. Propriétés barrières des nanoccomposites polymère/argile
6. Propriétés barrières au gaz de films chitosane
6.1. Les mélanges chitosane/polymères biodégradables
6.2. Nanocomposite à base de chitosane
6.3. Modification chimique du chitosane par greffage
6.3.1. Greffage initié par irradiation
6.3.2. Greffage réalisé par des radicaux libres
6.3.3. Greffage initié par des enzymes
6.4. Application du chitosane greffé en tant que bioemballage
Chapitre II : Matériels et Méthodes
Introduction
1. Matériaux et produits utilisés
1.1. Matériaux
1.2. Produits chimiques
2. Méthodes expérimentales
2.1. Réalisation des Revêtement des films PET
2.1.1. Préparation des solutions de mélanges
2.1.1.1. Préparation de solution de chitosane pur et de nanocomposite
chitosane/vermiculite
2.1.1.2. Préparation de solution de nanocomposite chitosane-g-acide
palmitique/vermiculite
2.1.2. Modification de la surface des films PET par traitement corona
2.1.3. Revêtement des films PET
3. Méthodes de caractérisation des films
3.1. Mesure de la tension de surface des films PET
3.2. La méthode de diffusion dynamique de la lumière (DLS)
3.3. Microscope à force atomique (AFM)
3.4. Microscopie électronique à balayage (MEB): Observation et analyse d’épaisseur
3.5. Microscopie électronique à transmission (TEM)
3.6. Analyse thermique par DSC
3.7. Etude spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)
3.8. Analyse thermogravimétrique
3.9. La résonance magnétique nucléaire (RMN)
3.10. La diffraction des rayons X
3.11. Cinétique de sorption de l’eau
3.12. Mesure de la perméabilité gazeuse
3.12.1. Mesure de perméabilité Hélium
3.12.2. Mesure de perméabilité Oxygène :
Chapitre III : Préparation et caractérisation de films de poly(téréphtalate d’éthylène)
en chitosane et nano-argiles de vermiculite
Introduction
1. Effet du traitement corona sur la surface des films PET
1.1. Mesure de l’angle de contact
1.2. Propriétés topographiques
2. Revêtement du film PET par chitosane
2.1. Microstructure et épaisseurs des couches revêtues en chitosane
2.2. Propriétés barrières à l’hélium de films PET revêtus de chitosane
3. Revêtement du film PET par le nanocomposite chitosane/vermiculite
3.1. Etude de la dispersion de vermiculite dans des solutions d’acide acétique/eau suivant
concentration
3.2. Etude de la dispersion de vermiculite dans le chitosane à l’état sec
3.3. Epaisseurs des couches enduites de nanocomposite chitosane/vermiculite
3.4. Propriétés barrière à l’hélium des films PET revêtus de chitosane/vermiculite
3.5. Evaluation de la tortuosité
3.6. Evolution des propriétés barrière à l’hélium des films PET revêtus de
chitosane/vermiculite sur film PET 12 micromètres
4. Taux de transmission à l’oxygène des films PET revêtus en chitosane et nanocomposite
chitosane/vermiculite
Chapitre IV : Étude de l’effet du taux d’humidité sur les propriétés barrières des films
revêtus chitosane/VMT et chitosane-g-acide palmitique/VMT
Introduction
1. Etude de l’effet du taux d’humidité sur les propriétés barrières du film PET revêtu
chitosane et nanocomposite chitosane/vermiculite
1.1. Cinétique d’absorption d’eau
1.2. Propriétés barrière à l’hélium des films PET revêtus de chitosane et nanocomposite
chitosane/vermiculite en conditions humides
1.3. Modification chimique du chitosane par greffage
1.4. Caractérisation chimique du chitosane modifié par infra-rouge
1.5. Propriétés thermiques par analyse thermogravimétrique (ATG)
1.6. Propriétés thermiques par analyse enthalpique différentielle (DSC)
1.7. Caractérisation du polymère chitosane-g-acide palmitique par RMN 1H en phase solide
1.8. Essais de solubilité du chitosane après greffage
1.9. Réalisation des films enduits
2. Microstructure et épaisseurs des couches revêtues en chitosane
3. Taux de transmission à l’oxygène des films PET revêtus CS-g-AP et nanocomposite
AP/VMT en conditions sèches
4. Effet du taux d’humidité sur les propriétés barrières du film PET enduit CS-g-AP/VMT
4.1. Cinétique de prise en eau des films enduits
4.2. Perméabilité à l’hélium des films enduits en conditions humides
5. Effet du taux d’humidité sur la permeance hélium du film PET enduit chitosane non
acide palmitique/vermiculite
Conclusion et perspectives
Références
