La cellulose est l’une des bio-ressources les plus abondantes sur terre ; elle forme des microfibrilles où alternent régions cristallines, de taille nanométrique, et régions amorphes. L’utilisation des nanocristallites de cellulose, appelés nanowhiskers, comme renforts dans des composites à matrice polymère thermoplastique a fait l’objet de nombreuses publications. En revanche, l’utilisation de nanowhiskers comme éléments structurants d’hydrogels n’a pas été vraiment explorée, en dépit d’un intérêt potentiel pour la formulation d’hydrogels verts innovants. L’objectif de la thèse était d’étudier les relations entre état structural à différentes échelles et propriétés rhéologiques de systèmes hydrocolloïdaux constitués d’hydrogels d’agarose chargés de nanowhiskers de cellulose issus de tunicier, un animal marin. Les travaux expérimentaux menés au cours de cette thèse ont montré que l’effet renfort apporté par les nanowhiskers à la matrice agarose pouvait être marqué, et qu’il pouvait être modulé en faisant varier la densité de charges électriques à la surface des nanowhiskers. Aux fractions volumiques étudiées, inférieures à 0,2%, les résultats ont montré que les nanowhiskers ne percolaient pas et l’effet renfort a été attribué à des modifications topologiques du réseau d’agarose, et à un transfert des contraintes efficace entre la matrice et les charges, qui interagissent via des liaisons hydrogène. Les résultats obtenus au cours de cette thèse permettent d’améliorer la connaissance des mécanismes qui gouvernent les propriétés renfort apportées par l’ajout de nanocharges cellulosiques à une matrice hydrogel, et donnent des pistes réalistes pour une formulation maîtrisée d’hydrogels verts innovants ayant de bonnes propriétés mécaniques.