Caractérisation des fibres longues de chanvre (Cannabis sativa) en vue de leurs utilisations dans des matériaux composites

Characterization of hemp (Cannabis sativa) long fibers for their use in composite material

• Auteur / Autrice : Audrey Abot
• Direction : Fabienne Dédaldéchamp, Rémi Lemoine
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Biologie des organismes, biotechnologies animales, végétales et microbiennes
• Date : Soutenance en 2010
• Etablissement(s) : Poitiers

Mots clés

Mots clés contrôlés

Spectroscopie infrarouge

Microscopie

Rouissage

Fibres

Chanvre

Résumé

Les fibres longues de chanvre sont des cellules mortes du tissu phloémien, dont ne subsiste que la paroi, essentiellement cellulosique. Elles présentent d'excellentes qualités mécaniques, mais les lots de fibres utilisés sont hétérogènes. Aussi leur caractérisation plus fine est indispensable pour de nouvelles applications notamment comme renfort dans des matériaux composites (but du programme "Compochanvre" de la Région Poitou-Charentes dans lequel s'inscrit cette thèse). L'étude de la répartition des fibres dans la plante en fonction des conditions de culture (serre, champs, apport d'azote et densité de semis) a été menée. Au champ, des conditions de fertilisation moyennes (80 unités d'azote/ha) ont des effets favorables sur la croissance en longueur et en diamètre des tiges et sur le pourcentage de fibres longues. Pour étudier la répartition et le nombre de fibres, des techniques d'imagerie (microscopies photonique et confocale) et d'analyse d'image (Image J) ont été développées. Cela a permis de déterminer un diamètre de Féret de 34 ± 11 μm pour les fibres et de confirmer leur ontologie hloémienne. L'obtention des fibres longues nécessite une étape de rouissage qui favorise leur séparation des autres tissus La caractérisation des fibres longues durant le rouissage a été réalisée selon deux axes principaux : 1 - la caractérisation histologique des fibres, 2 - leur caractérisation biochimique à l'aide des techniques Infra Rouge (Attenuated Total Reflectance et Microspectrométrie Infra Rouge à Transformée de Fourrier). Les résultats obtenus démontrent qu'un rouissage optimal permet d'éliminer les tissus environnants et que les fibres restent groupées en faisceaux et s'enrichissent en cellulose. Ces techniques innovantes pourront être utilisées pour des applications plus industrielles.

Hemp long fibers are phloem dead cells where only the cellulosic cell wall remains. They present excellent mechanical properties, but fibers present a huge heterogeneity which represents a difficulty for their use. Therefore a precise characterization is required for new utilisations such as reinforcement for composite material (aim of the “CompoChanvre” program funded by the Poitou-Charentes Region). The distribution of fibers in the plant according to different growth conditions (green house, field with different nitrogen supplies and density) was studied. In field, average fertilization conditions (80 U / ha of nitrogen) favour the growth (length and thickness) of hemp stem and also the amount of fibers. To tudy the fiber distribution and number, confocal and light microscopy associated with image analysis (Image J software) were developed. Mean hemp fiber diameter of 34 ± 11 μm was determined and their phloem origin was confirmed. To obtain hemp long fibers requires a retting step which favours their dissociation from other tissues. The characterization of hemp long fibers during retting was lead according to two mains axes. First, an histological characterization was done. Second, a biochemical characterization with infra-red techniques (Attenuated Total Reflectance and microspectroscopy with Fourrier transformed Infrared) was realised. Following selected wave numbers during the retting step showed the disappearance of the tissue around the fibers and their relative cellulose enrichment. These innovative technical could be used for industrial applications.