Contribution à l’étude de matériaux biocomposites à matrice thermoplastique polyamide-11 et renforcés par des fibres de lin

Contribution to the study of biocomposite materials with a thermoplastic matrix (Polyamide-11) and reinforced with flax fibers

• Auteur / Autrice : Clément Gourier
• Direction : Christophe Baley
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'ingénieur
• Date : Soutenance le 13/10/2016
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Santé, information-communication et mathématiques, matière (Brest, Finistère)
• Partenaire(s) de recherche : COMUE : Université Bretagne Loire (2016-2019)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Alain Bourmaud, Antoine Le Duigou, Rézak Ayad, Laurent Guillaumat, Sandrine Thuillier
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Johnny Beaugrand, Éric Lafranche

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse du cycle de vie

Lin

Polyamides

Recyclage

Propriétés mécaniques

Composites à fibres

Mots clés libres

Fibres de lin

Biocomposites

Polyamides 11

Flax fiber

Biosourced composite

Résumé

Cette thèse de doctorat a été réalisée dans le cadre du projet Fiabilin, qui regroupe 15 partenaires industriels et académiques, et vise à structurer une filière industrielle de production de biocomposites polyamide-11/fibres de lin. Ces travaux ont pour objectif de déterminer des performances multi-échelles de ce composite 100% biosourcé, afin d’envisager son usage en substitution de composites pétrosourcés. Nous avons tout d’abord mis en évidence la sensibilité des fibres de lin aux cycles temps-température des procédés de mise en œuvre, tant du point de vue de leurs propriétés mécaniques que de leur structure biochimique. Ensuite, nous avons montré les capacités du système PA11-lin à produire des performances mécaniques en traction compétitives vis-à-vis d’autres composites pétrosourcés. La qualité de l’interface fibre/matrice du biocomposite a également été étudiée à différentes échelles, montrant une compatibilité supérieure à celles de systèmes lin-résines thermodurcissables. La fin de vie du composite PA11-lin a été envisagée à travers le recyclage par broyages et injections successives. Les propriétés mécaniques du biocomposite à fibres courtes ainsi obtenu sont semblables au composite PPgMA-lin, avec une déformation à rupture accrue et qui augmente significativement avec le nombre de recyclages. Une analyse des cycles de production de plusieurs composites révèle les plus faibles impacts environnementaux du PA11-lin lors d’un dimensionnement des pièces en rigidité équivalentes.

This thesis has been carried out as part of the project Fiabilin, which includes 15 different academic and industrial partners, with an aim to develop industrial production of polyamide-11/flax biocomposite. The purpose of this work is to determine multi-scale performances of 100% biosourced composite, in order to substitute composite materials containing glass fibers and/or matrix derived from petroleum. First, we highlighted the flax fiber sensibility toward processing cycles (time and temperature), from mechanical and biochemical structure aspects. Then, we revealed the capacity of PA11-flax association to produce competitive mechanical properties compared to others usual composites. Fiber-matrix interface of the biocomposite was studied at micro and macro scales, showing a higher compatibility than some flax-thermoset resin systems. The end-of-life of the biocomposite was considered by recycling with successive grinding and injections. Then stiffness and strength at break of short fiber biocomposites thus obtained are similar to PPgMA-flax composites, whereas a strong increase of the strain at break according to the number of injection cycles was observed. A life cycle analysis of some composites production steps shows lower environmental impacts of PA11-flax when sizing was made through equivalent material stiffness.