DÉVELOPPEMENT ET OPTIMISATION D'UN AGRO-COMPOSITE À BASE DE CHÈNEVOTTE ET D'AMIDON

par Anh tuan Le

Projet de thèse en Sciences - STS

Sous la direction de Alex Li et de Yves Delmas.

Thèses en préparation à Reims , dans le cadre de Ecole doctorale Sciences, technologies, santé (Reims, Marne) , en partenariat avec (GRESPI) Groupe de Recherche En Sciences Pour l'Ingénieur (laboratoire) et de Equipe Génie Civil-GRESPI (equipe de recherche) depuis le 25-11-2011 .


  • Résumé

    L'agro-composite de chanvre/amidon est un nouveau matériau 100% végétal constitué d'amidon et de chènevotte. C'est un matériau durable pour la construction et le bâtiment. L'objectif principal de cette thèse est d'innover, développer et optimiser cet agro-composite ainsi que ses propriétés mécaniques, acoustiques et thermiques. Dans ce travail, des essais expérimentaux sur le comportement mécanique, acoustique et thermique sont réalisées. Un liant particulier et innovant a été préliminairement testé et analysé afin de déterminer une composition optimale. Deux paramètres prépondérants de cette étude sont: le rapport chanvre/amidon (C/A) et la taille des particules de chènevotte. Différents mélanges de particules de chènevotte 0-20 mm, 0-15 mm et 0-5 mm sont donc étudiés en faisant varier le rapport de chènevotte/amidon (C/A) de 6, 8, 10, 12 à 14. La comparaison et l'analyse des résultats permet de mettre en lumière l'influence de chacun des paramètres sur les caractéristiques de notre agro-composite chanvre/amidon. L'étude sur le comportement mécanique s'intéresse à la masse volumique, la résistance en compression, la résistance à la traction par flexion, le module d'élasticité et le coefficient de Poisson. Le comportement mécanique global est étudié en utilisant un système optique et stéréoscopique ARAMIS. L'étude sur le coefficient d'absorption acoustique utilise la mesure du temps de réverbération T60 et la formule de Millington. Dans cette étude, des panneaux d'agro-composite chanvre/amidon sont placés dans une chambre de réverbération. La conductivité thermique est mesurée par la méthode fluxmétrique, en respectant la norme ISO 8301:1991. Le principe de cette mesure repose sur le lien entre le flux de chaleur traversant le matériau et le gradient de température qu'il génère, lorsque la totalité du flux de chaleur passe par l'éprouvette. La masse volumique des agro-composites est faible. La valeur varie entre 163,6 et 169,1 kg/m3 pour les particules de chènevotte 0-15 mm et entre 168,1 et 174,3 kg/m3 pour les particules de chènevotte 0-20 mm. La masse volumique du matériau diminue linéairement lorsque le rapport C/A augmente. Ce nouveau matériau a un comportement mécanique particulier et possède une grande déformation sous contrainte. L'augmentation du rapport massique C/A induit une diminution linéaire de la résistance en compression et en traction ainsi qu'une diminution non linéaire pour le module d'élasticité. En revanche, le coefficient de Poisson augmente avec rapport C/A. Cette variation n'est pas linéaire. Les cartographies obtenues par ARAMIS le système stéréoscopique montrent que le gradient de la répartition des contraintes dans les agro-composites chanvre/amidon n'est ni homogène et ni régulier. En raison de la nature poreuse de la matière, les agro-composites chanvre/amidon ont un coefficient d'absorption acoustique autour de 0,7. L'agro-composite étudié est donc très performant notamment pour les hautes et les moyennes fréquences. La conductivité thermique évolue d'une moyenne de 0,077 à 0,085 W/(mK). L'agro-composite chanvre/amidon est au moins équivalent au béton chanvre/chaux mais reste un matériau 100% végétal. Les agro-composites chanvre/amidon avec des mélanges de particules de chènevotte 0-5 mm + 0-15 mm et 0-5 mm + 0-20 mm, montrent qu'il existe une formulation qui permet d'obtenir un comportement mécanique optimal, un meilleur comportement acoustique et un excellent comportement thermique.

  • Titre traduit

    DEVELOPMENT AND OPTIMIZATION OF HEMP/STARCH AGRO-COMPOSITE


  • Résumé

    The hemp/starch agro-composite is a new material consisting of 100% vegetal starch and hemp shives. It is a durable material for building and construction. The aim of this thesis is to innovate, develop and optimize the agro-composites and those properties mechanical, acoustic and thermal behavior. In this work, experimental tests on the mechanical, thermal and acoustic behavior have been carried out. A particular and innovative binder has been preliminarily tested and analyzed in order to determine optimum composition. Both parameters studied are: hemp/starch (C/A) ratio and size of hemp shives. Various mixtures of hemp shives 0-20 mm or 0-15 mm with 0-5 mm were studied by varying the hemp/starch (C/A) ratio from 6, 8, 10, 12 to 14. The comparison and analysis of results allows making the obvious influence of each parameter on the characteristics of our hemp/starch agro-composite. The study on the mechanical behavior is interested in the density, compressive strength, tensile strength, the modulus of elasticity and Poisson's ratio. The overall mechanical behavior is studied using a stereoscopic optical system ARAMIS. The study on sound absorption coefficient uses the measurement of the reverberation time T60 and the formula of Millington. In that study, the panels hemp/starch agro-composite are placed in a reverberation chamber. The thermal conductivity is measured by the flow meter methods, respecting the ISO 8301: 1991. This measurement shows relationship between heat flow through the material and the temperature gradient it generates, when the entire heat flux through the specimen. The density of agro-composites is low. The value varies between 163.6 and 169.1 kg/m3 for hemp shives 0-15 mm and between 168.1 and 174.3 kg/m3 for hemp shives 0-20 mm. The density of the material decreases linearly when the C/A increases. This new material has a particular mechanical behavior and having a large strain under stress. The increasing of the mass ratio C/A induces a linear decrease of the compressive strength and tensile strength and a nonlinear decrease in the modulus of elasticity. However, the Poisson's ratio increases with C/A. This variation is not linear. The maps obtained by the stereoscopic ARAMIS system show that the gradient of the stress distribution in the hemp/starch agro-composite is neither regular nor homogeneous. Due to the porosity of the material, agro-composite hemp/starch have a sound absorption coefficient around 0.7. The agro-composite studied is very effective especially for high and medium frequencies. The thermal conductivity is changing from an average of 0.077 to 0.085 W/(mK). The hemp/starch agro-composite is at least equivalent to hemp/lime concrete but still a 100% vegetal material. The hemp/starch agro-composite with mixtures hemp shives 0-5 mm + 0-15 mm and 0-5 mm + 0-20 mm, show that there is a formulation that achieves optimum mechanical behavior , better acoustic behavior and excellent thermal behavior.