Multi-scale characterization of flax stems and fibers : structure and mechanical performances

par Camille Goudenhooft

Thèse de doctorat en Sciences pour l'ingénieur. Génie des matériaux

Sous la direction de Christophe Baley et de Alain, Gilles Bourmaud.

Soutenue le 19-09-2018

à Lorient , dans le cadre de École doctorale Sciences pour l'ingénieur (Nantes) , en partenariat avec Institut de Recherche Dupuy de Lôme (laboratoire) et de Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL (laboratoire) .

Le président du jury était Joël Bréard.

Le jury était composé de Tancrède Almeras, Fabienne Guillon, Bruno Moulia.

Les rapporteurs étaient Damien Soulat, Vincent Placet.

  • Titre traduit

    Caractérisation multi-échelle des tiges et fibres de lin : structure et performances mécaniques


  • Résumé

    Le lin (Linum usitatissimum L.) est une plante aux intérêts multiples. Sa tige est source de fibres, depuis longtemps utilisées dans le domaine du textile. Ce potentiel économique justifie la sélection variétale du lin en vue de développer des variétés plus riches en fibres et offrant une meilleure résistance aux maladies et la verse. Plus récemment, les fibres de lin ont vu leur utilisation s’étendre au renfort de matériaux composites grâce à leurs étonnantes propriétés mécaniques et morphologiques. Ces propriétés singulières s’expliquent grâce à leur développement et à leurs fonctions dans la tige. Ainsi, ce travail de thèse propose une caractérisation multi-échelle du lin, de la tige jusqu’à la paroi cellulaire de la fibre, afin de comprendre le lien entre les paramètres de croissance de la plante, le développement des fibres et leurs propriétés. L’architecture générale d’une tige de lin est explorée, ainsi que les conséquences de la sélection variétale sur cette structure et sur les propriétés des fibres. De plus, l’évolution des propriétés mécaniques des parois de fibres au cours de la croissance de la plante et de la phase de rouissage est caractérisée. En complément, la contribution des fibres à la rigidité en flexion d’une tige est mise en évidence, de même que leur rôle dans la résistance des tiges au flambage. Enfin, l’influence des conditions de culture sur les architectures des tiges et propriétés des fibres est étudiée par le biais de cultures en serre ou encore en simulant un phénomène de verse. Cette approche originale met en valeur les caractéristiques remarquables du lin qui en font un modèle de bioinspiration pour les matériaux composites de demain


  • Résumé

    Flax (Linum usitatissimum L.) is a plant with multiple interests. Its stem provides fibers, which have long been used in the textile industry. The economic potential of flax explains its varietal selection, aiming at developing varieties exhibiting higher fiber yields as well as greater resistance toward diseases and lodging. More recently, flax fibers have been dedicated to the reinforcement of composite materials due to their outstanding mechanical and morphological properties. These singular characteristics are related to fiber development and functions within the stem. Thus, the present work offers a multi-scale characterization of flax, from the stem to the fiber cell wall, in order to understand the link between plant growth parameters, the development of its fibers and their properties. The general architecture of a flax stem is investigated, as well as the impact of the varietal selection on this structure and on fiber performances. Moreover, changes in mechanical properties of fiber cell walls over plant growth and retting process are characterized. In addition, the fiber contribution to the stem stiffness is highlighted, as well as the fiber role in the resistance of the stem to buckling. The influence of culture conditions on stem architecture and fiber features is also studied through cultivations in greenhouse and by simulating a lodging event. This original approach emphasizes the uncommon characteristics of flax, which make this plant an instructive model toward future bioinspired composite materials.


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