Elaboration et caractérisation d'un matériau composite à base de farine de bois d'olivier

par Nesrine Bouhamed

Thèse de doctorat en Mécanique des Fluides, Énergétique, Thermique, Combustion, Acoustique

Sous la direction de Olivier Lenoir et de Hatem Ksibi.

Soutenue le 11-09-2020

à Normandie en cotutelle avec l'University of Sfax , dans le cadre de École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime) , en partenariat avec Laboratoire ondes et milieux complexes (Le Havre, Seine-Maritime) (laboratoire) .

Le jury était composé de Anne Bergeret, Jean Duclos, Pierre Maréchal, Slim Souissi.

Les rapporteurs étaient Mourad Bentahar, Wassef Ben Salem.

mots clés

• Bio-composites
• Traitement chimique
• Essais mécaniques
• Ultrasons
• Agent de couplage
• Réflectométrie ultrasonore
• Tomographie par rayons X
• Composites
• Spectroscopie de réflectance

Résumé

Ce travail de thèse porte sur l’élaboration et la caractérisation de nouveaux matériaux composites à base de fibres naturelles. Cette étude consiste à exploiter des renforts végétaux résultant du travail du bois d’olivier introduit sous forme de farine de bois d’olivier (FBO) dans une matrice polymère en polypropylène (PP). Ainsi, deux types de bio-composites PP/FBO ont été fabriqués : les combinaisons polypropylène avec les fibres de farine de bois d’olivier non traitées ou traitées avec de l’amino-silane avec un taux de charge massique de 3%. Suite au traitement chimique, les caractérisations des fibres traitées ont montré une augmentation de taux de cellulose, de la rugosité, de la stabilité thermique et aussi de la cristallinité. Les échantillons de matériaux composites étudiés ont été fabriqués à partir des matières premières PP et FBO, par extrusion bi-vis suivie d’une injection en variant le taux de charge en FBO de 0 à 30%. Les micrographies des facettes de rupture réaliséesau microscope électronique à balayage (MEB) montrent une meilleure adhésion entre la matrice et les fibres traitées par rapport à celles non traitées. Dans l’objectif d’une caractérisation des propriétés élastiques, des méthodes de caractérisation destructive par essais mécanique et non destructive par ultrasons, sont confrontées afin d’en établir la correspondance, mais aussi les limites. Il en résulte que la rigidité des bio-composites PP/FBO a été améliorée avec l'augmentation du taux de fibres et l'ajout d'un agent de couplage. Un facteur de corrélation entre les modules de Young estimés est établi entre les valeurs ultrasonores et les valeurs mécaniques. Les vitesses longitudinale et transversaleaugmentent dans les mêmes proportions que la teneur en fibres et que l’ajout d’un agent de couplage. Enfin, la structure interne des échantillons de bio-composites PP/FBO a été évaluée par réflectométrie ultrasonore et la tomographie par rayons X.

mots clés

• Bio-composites
• Chemical treatment
• Ultrasonic reflectometry

Titre traduit

Development and characterization of a composite material based on olive wood flour

Résumé

This work concerns the development and the characterization of new composite materials based on natural fibers. It aims at the exploitation of natural fibers extracted from the work of olive wood introduced in the form of olive wood flour (OWF) in a polymer matrix of the polypropylene (PP).Thus, two types of PP / FBO bio-composites were produced: polypropylene combinations with olive wood flour fibers untreated or treated with amino-silane with a mass loading rate of 3%. Following the chemical treatment, the characterizations of the treated fibers showed an increase in the rate of cellulose, the roughness, the thermal stability and also the crystallinity. The composite material samples studied were manufactured from PP and OWF raw materials, by twin-screw extrusion followed by injection, varying the OWF charge rate from 0 to 30%. The micrographs of the rupture facets carried out with a scanning electron microscope (SEM) show better adhesion between the matrix and the treated fibers compared to those not treated. With the aim of characterizing elastic properties, destructive characterization methods by mechanical and non-destructive ultrasonic tests are used to establish the correspondence, but also the limits. As a result, the rigidity of the PP / OWF biocomposites has been improved with the increase in the fiber content and the addition of a coupling agent. A correlation factor between the estimated Young's moduli is established between theultrasonic values and the mechanical values. The longitudinal and transverse speeds increase in the same proportions with the fiber content and with the addition of a coupling agent. Finally, the internal structure of the PP / OWF bio-composite samples was evaluated by ultrasonic reflectometry and Xray tomography.