Thèse soutenue

Eco-conversion de résidus lignocellulosiques de l'agriculture en matériaux composites durables à matrice biopolyester.

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Auteur / Autrice : Grégoire David
Direction : Hélène AngellierNathalie Gontard
Type : Thèse de doctorat
Discipline(s) : Biomatériaux
Date : Soutenance le 09/10/2019
Etablissement(s) : Montpellier
Ecole(s) doctorale(s) : GAIA (Montpellier ; École Doctorale ; 2015-...)
Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Ingénierie des Agro-Polymères et Technologies Emergentes (Montpellier)
Jury : Président / Présidente : Bernard Cuq
Examinateurs / Examinatrices : Hélène Angellier, Nathalie Gontard, Bernard Cuq, Véronique Michaud, Caroline Sablayrolles, Laurent Heux
Rapporteurs / Rapporteuses : Véronique Michaud, Caroline Sablayrolles

Mots clés

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Mots clés contrôlés

Résumé

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Cette thèse consiste à développer et étudier de nouveaux matériaux composites biosourcés et biodégradables à partir de constituants dérivés des déchets de l'agriculture dans le cadre du projet européen NoAW (https://noaw2020.eu). Tous les composants sont dérivés de sous-produits agricoles : des polyhydroxyalcanoates (PHA, biopolyester bactérien et biodégradable en conditions naturelles) produits par digestion anaérobie d’effluents agricoles sont utilisés comme matrices et des fibres de sarments de vigne comme charges de renfort. Les composites sont préparés par extrusion. L'objectif de cette thèse est d'apporter de nouvelles connaissances sur les relations entre le procédé de mise en œuvre des biocomposites, leur structure et leurs propriétés fonctionnelles. Les biocomposites sont développés en considérant une balance performance-coût environnemental. Pour cela, la thèse se focalise sur 2 questions scientifiques majeures : (i) étude de l’impact de l’interface charge/matrice sur les propriétés fonctionnelles des matériaux biocomposites via pré-traitements de surface des particules lignocellulosiques ; (ii) étude de la durabilité de tels matériaux par évaluation dès la conception des impacts environnementaux. Ainsi, une attention particulière est accordée à l’interface charge/matrice, identifiée comme un facteur clé influençant les propriétés finales du composite. Un prétraitement de surface des fibres sans solvant (chromatogénie) est adapté afin de moduler l’interface charge/matrice. Cette nouvelle méthode d’estérification en voie gazeuse est tout d’abord étudiée sur des particules micrométriques de cellulose. Une fois la preuve de concept établie, elle est appliquée aux fibres lignocellulosiques, plus complexes. Les sarments de vigne, déchets agricole abondant en région Occitanie, sont étudiés comme ressource potentielle pour la production de charges de renfort. Une fois collectés et séchés, ils sont broyés en voie sèche afin d’obtenir des particules micrométriques. La variabilité de la matière première étant un des verrous concernant l’utilisation de la biomasse par les industriels, différents cépages sur plusieurs années ont été étudiés. Dans une logique de bioraffinerie, l’extraction préalable de molécules d’intérêt tels que les polyphénols est envisagée avant d’utiliser le résidu, à savoir les sarments épuisés, comme charge de renfort. L’impact environnemental des matériaux développés est évalué afin de guider les choix stratégiques et obtenir le matériau alliant à la fois performance et faible empreinte écologique. Une analyse de cycle de vie dans le cadre d’une application de barquette rigide alimentaire est réalisée en réunissant des données des acteurs de la filière. De plus, une étude de la biodégradabilité des matériaux finaux est menée. Cette thèse englobe plusieurs composantes pluridisciplinaires afin d’avoir une vision d’ensemble et décloisonnée des matériaux composites mis au point.