Physical pre-treatments applied to a flax material tailored for a composite materials application

par Maxime Gautreau

Thèse de doctorat en Sciences de l'ingénieur

Sous la direction de Johnny Beaugrand, Alain Bourmaud et de Fabienne Guillon.

Le président du jury était Frédéric Jacquemin.

Le jury était composé de Marwa Abida, Karine Charlet.

Les rapporteurs étaient Laetitia Vouyovitch, Pierre Ouagne.

  • Titre traduit

    Pré-traitements physiques appliqués à une matière lin façonnée pour une application de matériaux composites


  • Résumé

    Le lin (Linum usitatissimum) est une plante de grande culture principalement utilisée pour le textile. Depuis plusieurs décennie les fibres de lin sont utilisées comme renforts dans les matériaux composites du fait de leurs caractéristiques morphologiques et mécaniques. Cependant, pour obtenir des bio-composites avec de bonnes propriétés, il est possible de pré-traiter les fibres. Ces travaux décrivent l’application de pré-traitements physiques sur différentes échelles structurales du lin. Des pré-traitements d’irradiation gamma et de micro-ondes sont appliqués sur des tiges de lin ayant différents stades de rouissage, un des objectifs est de vérifier si un pré-traitement peut compenser un rouissage incomplet. Le rendement d’extraction des fibres techniques est notre indicateur de performance. Des caractérisations chimiques et mécaniques sont aussi réalisées. Puis, les pré-traitements ultrason et d’irradiation gamma sont employés sur des étoupes de lin, afin d’individualiser les fibres élémentaires présentes au sein des faisceaux. Un protocole basé sur des études morphologiques a été mis en place pour quantifier la fraction de faisceaux et de fibres élémentaires. Des composites non-tissés lin/PLA ont été élaborés et testés mécaniquement afin de quantifier l’impact des pré-traitements physiques employés. Une analyse environnementale basée sur les renforts a été menée. Pour finir, à l’échelle des interfaces entre les fibres, une extraction séquentielle des biopolymères constitutifs a été conduite pour analyser l’impact de la lamelle moyenne et des familles de polymères pariétaux sur les propriétés mécaniques des faisceaux. Une analyse globale confronte les résultats d’analyse des liaisons chimiques, de la structure et de l’organisation de la cellulose des fibres.


  • Résumé

    Flax (Linum usitatissimum) is a field crop mainly used for textiles. For several decades, flax fibres have been used as reinforcement in composite material thanks to their morphological and mechanical characteristics. However, in order to obtain bio-composites with satisfactory properties, it is tempting to pre-treat fibres. This work describes the application of physical pre-treatments on different structural scales of flax. Gamma irradiation and microwave pre-treatments are applied to flax stems having different stages of retting; one of the objectives is to check if a pre-treatment can compensate an incomplete retting. The extraction yield of technical fibres is our performance indicator. Chemical and mechanical characterizations are also carried out. Then, ultrasound and gamma irradiation pre-treatments are used on flax tows, in order to individualize the elementary fibres present within the bundles. A protocol based on morphological studies was set up to quantify the fraction of bundles and elementary fibres. Flax/ PLA non-woven composites have been developed and mechanically tested to quantify the impact of tows pre-treatments. An environmental analysis based on the reinforcements was carried out. Finally, at interfaces between the fibres, a sequential extraction of the cell wall biopolymers was carried out to analyze the impact of the middle lamella and of cell wall polymers on the mechanical properties of bundles. A comprehensive analysis compares the results of chemical linkages, structure and organization of cellulose fibres.


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