Valorisation du liège et de la subérine pour l’élaboration de résines thermodurcissables et de composites bio-sourcés

Cork and suberin valorization for the development of biobased thermosets and composites

• Auteur / Autrice : Charlotte Menager
• Direction : Nicolas Sbirrazzuoli, Nathanaël Guigo
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux
• Date : Soutenance le 17/12/2019
• Etablissement(s) : Université Côte d'Azur (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences fondamentales et appliquées (Nice ; 2000-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de chimie (Nice)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Marc Haudin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Nicolas Sbirrazzuoli, Nathanaël Guigo, Jean-Marc Haudin, Hélène Fulcrand, Jean-François Chailan, Corinne Coquet-Morel, Jean-Mathieu Pin
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Hélène Fulcrand, Jean-François Chailan

Mots clés

Mots clés contrôlés

Matériaux

Liège

Mots clés libres

Liège

Composites bio-sourcés

Subérine

Cork

Biobased composites

Suberin

Résumé

Le liège est un matériau issu du chêne-liège, le Quercus suber L. dont l’écorce est extraite environ tous les dix ans. Ce matériau est connu principalement pour son utilisation dans le secteur vinicole pour l’élaboration de bouchons ainsi que dans le domaine du bâtiment pour la fabrication de panneaux agglomérés avec une résine à base de polyuréthane. Cependant la mise en forme et le traitement du liège produisent des tonnes de résidus de liège qui représentent 20 % de la production totale du liège. La granulométrie trop faible de ces résidus ne permet pas de les utiliser pour les applications précédentes. Le but de ce travail de thèse est donc de valoriser l’usage de ces résidus de liège et d’élaborer une nouvelle résine bio-sourcée pouvant remplacer l'agglomération jusqu’alors réalisée par des résines issues de la pétrochimie. Dans un premier temps, le mécanisme de polymérisation d’une première matrice bio-sourcée à base d’huile de lin époxydée est étudiée grâce à la méthode isoconversionnelle avancée. Les performances de trois acides dicarboxyliques possédant une longueur de chaînes différentes sont comparés en tant que durcisseur. Dans un second temps, le composant majoritaire en masse dans le liège, la subérine, est extrait. Elle se présente sous deux textures différentes. Par cette méthode, la subérine est extraite d’une manière plus adaptée aux contraintes des industries. Elle peut ainsi être produite pour des applications à plus faible valeur ajoutée. Une étude de la réactivité entre l’huile de lin époxydée et la subérine a ainsi été mise en place pour concevoir un nouveau type de matériau thermodurcissable bio-sourcé à base de liège. Enfin deux types de composites liège/liant bio-sourcés sont étudiés dans le cadre de ce travail de thèse avec d’une part le poly(alcool furfurylique) et d’autre part l’utilisation d’huiles végétales. Les surfaces de fracture, les propriétés thermiques et mécaniques de ces composites sont observées, étudiées et comparées à des échantillons agglomérés avec des résines déjà commercialisées à base de polyuréthane.

Cork is derived from the cork oak outer bark (Quercus suber L.) which is harvested around each ten years. This material is known mainly for its use in wine and building industries for cork stoppers production, on the first hand and for the manufacture of agglomerated insulated cork panels with a polyurethane resin on the second hand. However during the industrial cork processing, cork residues are produced which are representing 20 % of total cork production. The granulometry of these residues is too low and they are not suitable for cork conventional applications. The goal of this thesis is to valorize the use of cork residues and to agglomerate them thanks to a biobased resin that can replace the use of petrochemical resin. In a first part, mechanisms of polymerisation of a first biobased matrix is studied based on epoxidized linseed oil thanks to the use of isoconversional method. Performances of three dicarboxylic acids with a various carbon chain length are compared as hardener. Then, the major component of cork, named suberin, is extracted in the form of two different textures. Secondly, suberin is also extracted with a way more adapted for industrial constraints in order to produce it for low value-added applications. A study of the reactivity between epoxidized linseed oil and suberin is drived to design a new biobased thermoset material. Finally two types of biobased cork composites are studied in this PhD work with two different matrix: the poly(furfuryl alcohol) and epoxidized vegetal oils. The fracture surfaces as well as thermal and mechanical properties of these composites are observed, studied and compared to samples agglomerated with commercially available on polyurethane resin.