Évolution de l’ultrastructure, de la composition des parois et des propriétés mécaniques des fibres de lin au fil du temps : quand l’histoire rencontre la science

Evolution of the ultrastructure, parietal composition and mechanical properties of flax fibres over time : when history meets science

• Auteur / Autrice : Alessia Melelli
• Direction : Alain Bourmaud, Johnny Beaugrand, Frédéric Jamme
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des matériaux
• Date : Soutenance le 29/11/2021
• 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
• Jury : Président / Présidente : Ludovic Bellot-Gurlet
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Olivier Arnould, Giulia Caneva
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Anne Bergeret, Anita Quiles

Mots clés

Mots clés contrôlés

Ultrastructure

Composites à fibres

Biodégradation

Propriétés mécaniques

Lin

Mots clés libres

Fibres de lin

Flax fibres

Ultrastructure

Ageing

Mechanical properties

Résumé

Les fibres de lin sont utilisées par la civilisation humaine depuis des millénaires. Mais le réchauffement climatique et la pollution causés par les matériaux pétro sourcés suscitent un regain d’intérêt pour les fibres végétales et leur utilisation pour de nouvelles applications, en tant que renforts de matériaux composites par exemple. Ce travail de recherche fait le lien entre passé et présent, en tentant de mieux comprendre le comportement des fibres de lin moderne à travers l’étude d’objets anciens. Grâce à une combinaison originale des microscopies électronique, à force atomique et bi- photon, des investigations faites sur fibres modernes, ont mis en évidence des hétérogénéités dans leur ultrastructure, essentiellement dans les zones de genoux. Par ailleurs, ces régions ont démontré être sensibles aux mécanismes de vieillissement que ce soit dans un tissu funéraire égyptien vieux de plus de 4000 ans ou dans des toiles de tableaux Italiens, datés entre le XVII et le XVIII siècle. Les microfibrilles de cellulose de ces fibres anciennes apparaissent quasiment intactes à travers le temps, au contraire de la matrice polymérique des parois végétales, particulièrement sensible au vieillissement, et présentant des évolutions biochimiques et mécaniques, notamment, une rigidification significative. Sur ces fibres anciennes, des signes d’attaque biologique ont été observés de manière similaire aux mécanismes relevés sur des fibres utilisées pour un biocomposite lin/PLA dégradé en compost pendant quatre mois. Ainsi, champignons et bactéries dégradent préférentiellement les hémicelluloses et la cellulose des parois cellulaires des fibres de lin. Pour conclure ce travail, les effets de sécheresse sur les plantes de lin et les fibres extraites ont été évalués, afin de se projeter vers l’avenir et de mieux comprendre et appréhender l’impact des évolutions climatiques à venir sur les propriétés de cette plante, qui représente plus que jamais un pont entre les civilisations.

Flax fibres have been used by human civilization for millennia. But global warming and pollution caused by non-biodegradable materials have aroused renewed interest in plant fibres and their use in new applications, such as reinforcements of biocomposite materials. This research is focused on drawing a line of continuity between the past and the present day, trying to understand the behaviour of flax fibres in modern objects through the study of the ancient ones. Thanks to an original combination of atomic force, electronic and multi-photon microscopies, investigations on modern flax fibres highlighted heterogeneous in their ultrastructure, especially in kink- band area. Moreover, these regions have been proved to be sensitive to ageing mechanisms, whether in an Egyptian funerary fabric that is more than 4,000 years old or in Italian paintings dated between the 17th and 18th centuries. The cellulose microfibrils of these old fibres appear almost intact over time, in contrast to the polymeric matrix of the plant cell walls, which is particularly sensitive to ageing, and shows biochemical and mechanical changes, including significant stiffening. On these ancient fibres, signs of biological attack were observed in a similar way to the mechanisms noticed on fibres used for a flax/PLA biocomposite degraded in compost. Thus, fungi and bacteria preferentially degrade the hemicelluloses and cellulose of the cell walls of flax fibres. To conclude this work, the effects of drought on flax plants and extracted fibres were evaluated to look to the future and better understand the impact of possible climate changes on the properties of this plant, which represents more than ever a bridge between civilisations.