Contribution à l'étude multi-échelle des fibres élémentaires de lin et du xylème pour un usage comme renfort de matériaux composites

Contribution to the multi-scale study of elementary flax fibres and xylem for composite material reinforcement

• Auteur / Autrice : Lucile Nuez
• Direction : Christophe Baley, Alain Bourmaud
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance le 12/07/2021
• Etablissement(s) : Lorient
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Nantes Université)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut de Recherche Dupuy de Lôme - Institut de Recherche Dupuy de Lôme / IRDL
• Jury : Président / Présidente : Damien Soulat
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joël Bréard, Peter Davies
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Philippe Evon, Fabienne Touchard

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse multiéchelle

Coproduits

Composites à fibres

Propriétés mécaniques

Lin

Mots clés libres

Anas de lin

Verticillose

Caractérisation multi-échelle

Biocomposites

Flax shives

Flax fibres

Multi-scale characterisation

Mechanical properties

Biocomposite

Résumé

Issu d’une agriculture française, le lin a de véritables atouts pour une utilisation comme renfort de matériaux composites, tels que les excellentes propriétés mécaniques spécifiques de ses fibres (tissu de soutien) et de nombreux co-produits dont les anas (tissus de conduction). Les anas représentent plus de 50 % de la biomasse produite suite au teillage dont la diversification de ses utilisations est une réelle problématique pour les teilleurs. L’approfondissement des connaissances sur les anas de lin est l’objet de la première partie, depuis leur origine comme tissu du xylème au sein des tiges de lin et jusqu’au renforcement de matériaux composites. Une étude microstructurale et des propriétés mécaniques des cellules du xylème de lin est menée, accompagnée de la caractérisation (granulométrique, biochimique, etc.) des anas suite à différents modes de broyage et comparativement à des poussières issues du teillage. Les propriétés mécaniques des composites injectés subséquemment réalisés sont ensuite analysées. Les conséquences des étapes de mise en œuvre sur la granulométrie des anas, la nature des co-produits ou encore des matrices thermoplastiques sont étudiées dans l’objectif de comprendre les mécanismes de renforcement des anas de lin. En deuxième partie, deux verrous sont analysés à l’échelle de la fibre unitaire : l’impact des conditions hygroscopiques sur l’organisation interne des microfibrilles de cellulose lors d’essais de traction par des mesures de diffraction aux rayons X (synchrotron Soleil), et enfin, les conséquences d’une maladie vasculaire, la verticilliose, sont étudiées sur les propriétés mécaniques des fibres et des parois végétales de lin.

Coming from a local production in France, flax has genuine attributes for its use in composite materials, in particular due to the excellent specific mechanical properties of its fibres and to the numerous co-products resulting from its culture. Flax shives make up more than 50 % of the produced biomass following flax scutching, and the diversification in its uses is an important issue for scutching companies. A better understanding of flax shives from its origin as the stem’s xylem tissue to its use as composite reinforcement is the topic of this research. A microstructural and mechanical property analysis of the xylem cell walls is carried out, followed by the characterization of flax shives after different fragmentation modes in comparison with other co-products of flax scutching, dusts. The mechanical properties of the injection moulded composites reinforced with the various considered materials are then studied. The consequences of the processing steps on the flax shives granulometry are investigated, as well as the nature of the co-products or of the thermoplastic matrix used. The main goal is a better understanding of the reinforcing mechanisms of flax shives in injection moulded composites. At the scale of elementary fibres, two important bottlenecks are tackled. The consequences of various hygroscopic conditions on the internal organisation of cellulose microfibrils during tensile tests are studied by X-ray diffraction from Soleil synchrotron. Finally, the effects of a vascular disease caused by the Verticillium dahliae fungi is investigated on the mechanical properties of both cell walls and flax elementary fibres.