Caractérisation des interactions physico-chimiques dans un matériau composite à base de phyllosilicates, de chaux et de fibres végétales

par Marianne Le Troedec

Thèse de doctorat en Science des matériaux céramiques et traitements de surface

Sous la direction de Agnès Smith et de Claire Peyratout.

Soutenue en 2009

à Limoges , en partenariat avec Université de Limoges. Faculté des sciences et techniques (autre partenaire) .

mots clés

• Liants -- Hydraulique
• Minéraux argileux
• Fibres cellulosiques
• Composites à fibres -- Céramiques renforcées de fibres
• Traitements de surface

Résumé

Afin de comprendre les mécanismes physico-chimiques régissant les interactions entre des fibres de chanvre et une matrice à base de chaux et d'argiles, les effets de différents traitements chimiques des fibres sur l'état de surface des fibres d'une part et sur les propriétés mécaniques des composites d'autre part ont été évalués. Un traitement basique à l'hydroxyde de sodium (NaOH) permet ainsi d'augmenter les forces d'adhésion entre la fibre et un colloïde de silice et d'accroître les propriétés mécaniques d'un matériau composite dont la matrice est constituée de chaux uniquement ou de chaux et de kaolin. Cette amélioration peut être le résultat d'une augmentation de la rigidité de la fibre et d'une homogénéité en surface qui la rendent plus réactive. Les autres traitements réalisés, avec de l'acide éthylène diamine tétra-acétique (EDTA), du polyéthylène imine (PEI), une solution saturée d'eau de chaux et une solution de chlorure de calcium n'ont pas d'effets sur les propriétés mécaniques.

Titre traduit

Physico-chemical interactions in a composite material made of phyllosilicates, lime and natural fibres

Résumé

In order to understand the physico-chemical mechanisms governing the interactions between hemp fibres and mineral matrices based on lime and on mixtures of lime and clay minerals, the influence of various chemical treatments of fibres on their surface properties and on macroscopic mechanical properties of mortars were evaluated. Treatment with sodium hydroxide (NaOH) removes various organic components from the surface of the fibres, increases the adhesion forces between the fibre and a colloid made of silica and improves the mechanical properties of the resulting composites for lime and lime/kaolin matrices. An explanation for this behaviour could be linked to an increase of the fibre surface roughness and homogeneity. Other chemical treatments, with Ethylene Diamine Tetra-acetic Acid (EDTA), Polythylene imine (PEI), a saturated lime solution and a calcium chloride solution have no impact on the mechanical properties of the composite material.