Approche multi-échelle de la structure et du comportement mécanique d'une fibre de lin

Multiscale approach of the structure and the mechanical behaviour of the flax fibre

• Auteur / Autrice : Anthony Thuault
• Direction : Moussa Gomina, Joël Bréard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie des matériaux
• Date : Soutenance en 2011
• Etablissement(s) : Caen

Mots clés

Mots clés contrôlés

Plantes -- Composition chimique

Simulation par ordinateur

Composites

Microstructure (physique)

Propriétés mécaniques

Fibres naturelles

Fibres végétales

Lin

Résumé

Ce travail de recherche porte sur la compréhension de la structure de la fibre de lin aux différentes échelles et sur l'étude de son comportement mécanique. En effet, dans le contexte de développement durable, le recours aux ressources végétales s'étend à de nombreux domaines d'applications industrielles dont celui des éco-composites structuraux. Dans un premier temps, sept variétés de fibres de lin sont comparées en terme morphologique (diamètre), de biocomposition et de propriétés mécaniques. Ensuite, l'étude structurale de la fibre de lin a porté sur les parois constitutives (nombre, épaisseur) et l'orientation des microfibrilles dans ces parois. L'analyse des courbes de contrainte-déformation obtenues par traction uniaxiale a permis d'évaluer les contributions élastique, viscoélastique et "plastique" au comportement globale de la fibre. L'orthotropie de son comportement mécanique a été mise en évidence par des essais de nanoindentation. Ces différentes données ont alors été utilisées pour identifier les paramètres majeurs qui gouvernent le comportement mécanique de la fibre de lin. Ainsi, des simulations du comportement mécanique de la fibre ont été entreprises dans le but de proposer une description phénoménologique.

This PhD thesis deals with the understanding of the flax fibres structure at different scales and the studying of its mechanical behaviour. Indeed, in the context of sustainable development, using plant resources covers several fields of industrial applications including structural eco-composites. At first, seven varieties of flax fibres were compared in terms of morphology (diameter), biochemical composition and mechanical properties. Then, the structural study of the flax fibre dealt with the cell wall layers (number, thickness) and the microfibrils orientation in these layers. The analysis of the stress-strain curves obtained by uniaxial tensile test was used to estimate the elastic, viscoelastic and "plastic" contributions to the global behaviour of the fibre. The orthotropy of its mechanical behaviour has been demonstrated by nanoindentation testing. Finally, these data were used to identify the principal parameters that define the mechanical behaviour of the flax fibre. Thus, simulations of the mechanical behaviour of the fibre have been initiated to propose a phenomenological description.