Caractérisation du comportement mécanique des composites biosourcés à matrice polyéthylène vert renforcée par des fibres naturelles : Influence du mode de traitement des fibres sur les propriétés locales et globales du composite

par Milene Muniz Eloy Da Costa

Projet de thèse en Mécanique des matériaux

Sous la direction de Nicolas Schmitt.

Thèses en préparation à Paris Saclay en cotutelle avec l'UFC - Universidade Federal do Ceará , dans le cadre de École doctorale Sciences Mécaniques et Energétiques, Matériaux et Géosciences (Cachan, Val-de-Marne) , en partenariat avec LMT - Laboratoire de mécanique et de technologie (laboratoire) et de École normale supérieure (Cachan, Val-de-Marne) (établissement de préparation de la thèse) depuis le 01-03-2014 .


  • Résumé

    Les préoccupations environnementales liées à l'utilisation de ressources primaires non renouvelables pour la fabrication de composites biosourcés à matrice polymère incitent à développer des procédés de fabrication alternatifs plus respectueux de l'environnement. Pour répondre à cette demande, une première innovation technologique consiste à remplacer les fibres traditionnelles par des fibres végétales. Plus récemment, et notamment au Brésil, émergent également de nouvelles matrices polymères, dites à vert, fabriquées à base de matières végétales. On ne dispose que de peu de données sur ces nouveaux composites qui commencent à être étudiés par la communauté scientifique. Il reste un travail considérable à mener pour caractériser leurs propriétés physiques, chimiques et mécaniques et optimiser leur procédé de fabrication. Le travail de thèse s'inscrit dans ce cadre. Le composite étudié est un composite dont la matrice polyéthylène est obtenue à partir de canne à sucre et qui est renforcé par des fibres végétales (bambou, noix de coco, canne à sucre). Avant leur incorporation dans la matrice, les fibres végétales subissent un traitement chimique, hydrique et thermique pour améliorer leur performance mécanique. Le traitement n'est aujourd'hui pas entièrement fixé et plusieurs solutions sont étudiées. L'objectif de cette thèse est de mieux comprendre le rôle du traitement des fibres sur les propriétés mécaniques du composite obtenu par thermoformage (cycle de température et de pression). Dans ce but, pour les trois types de végétaux étudiés, les propriétés physiques et mécaniques locales des fibres et de l'interface fibre/matrice seront caractérisées par diverses méthodes expérimentales : des études à l'échelle microstructurale (microscopies, microtomographie à rayons X, diffraction à rayons X), des analyses thermiques (analyse calorimétrique différentielle, analyse thermogravimétrique, etc.) et des caractérisations mécaniques (essais de traction). Dans un second temps, on caractérisera également le comportement du composite par des essais mécaniques. L'objectif est de mieux comprendre de quelle manière le mode de préparation des fibres affecte le comportement mécanique non linéaire du composite et sa résistance.

  • Titre traduit

    Mechanical behavior characterization of composites biobased with green polyethylene reinforced by natural fibers: Influence of the fibers treatment on the local and on the global properties of the composite


  • Résumé

    Environmental concerns related to the use of non-renewable primary resources for the manufacture of polymer matrix composites encourage the development of alternative, more environmentally friendly manufacturing processes. To meet this increasing demand, a first technological innovation consists in replacing traditional fibers with plant fibers. More recently, notably in Brazil, there are also emerging new bio-sourced polymer matrices, called green polymer, made from vegetable materials. To date, little information is known about these new composites. They are beginning to be studied by the scientific community because considerable work remains to be done to optimize the manufacturing process and to characterize their physical, chemical and mechanical properties. The thesis work falls within this context. The composite studied is a composite whose polyethylene matrix is obtained from sugar cane and is reinforced by plant fibers (bamboo, coconut, sugar cane). Before their incorporation into the matrix, the plant fibers undergo a chemical, hydric and thermal treatment to improve their mechanical performance. Today, the specifications of the treatment are not entirely fixed and several solutions are studied. The objective of this thesis is to better understand the role of the fiber treatment on the mechanical properties of the green composite obtained by thermoforming (temperature and pressure cycles). For this purpose, for the three types of plant fibers studied, the local physical and mechanical properties of the fibers and of the fiber/matrix interface will be characterized by various experimental methods: microstructural analyses (microscopies, X-ray micro-tomography, X-ray diffraction), thermal analyses (thermogravimetric analysis, differential scanning analysis) and mechanical analysis (tensile tests). In a second step, the behavior of the composite will be characterized by mechanical tests. The objective is to better understand how the fibers treatment affects the non-linear mechanical behavior of the composite and its resistance.