Contribution à l'étude des faisceaux de fibres de lin : analyse des relations morphologie-comportement mécanique-ultrastructure

Cοntributiοn to the study of flax fibre bundles : analysis of the mοrphοlοgy-mechanical behaviour-ultrastructure relationships

• Auteur / Autrice : Komlavi Gogoli
• Direction : Christophe Poilâne, Magali Morales
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Mecanique des solides, genie mecanique, productique, transport et genie civil
• Date : Soutenance le 10/06/2022
• Etablissement(s) : Normandie
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale physique, sciences de l’ingénieur, matériaux, énergie (Saint-Etienne du Rouvray, Seine Maritime)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Centre de recherche sur les ions, les matériaux et la photonique (Caen ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : établissement de préparation : Université de Caen Normandie (1971-....)
• Jury : Président / Présidente : Noëlle Billon
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Christophe Poilâne, Magali Morales, Karine Charlet, Vincent Placet, Marie-Ange Bueno, Yoshiharu Nishiyama, Luca Lutterotti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Karine Charlet, Vincent Placet

Mots clés

Mots clés contrôlés

Rietveld, Méthode de

Cellulose

Ultrastructure

Rayons X -- Diffraction

Morphologie (biologie)

Plantes

Propriétés mécaniques

Fibres végétales

Lin

Mots clés libres

Faisceau de fibres de lin

Analyse combinée

Analyse de Rietveld

Flax fibre bundle

Morphology

Mechanical behaviour

X-ray diffraction

Ultrastructure

Combined analysis

Rietveld analysis

Résumé

Afin de réduire l’impact écologique des processus industriels, on assiste à un intérêt croissant dans l’industrie pour les fibres végétales. En effet, en plus d’être biodégradables, ces fibres possèdent des propriétés mécaniques capables de concurrencer celles des fibres synthétiques. Cependant, leur usage est limité notamment par la variabilité de leurs propriétés mécaniques. De plus, ces fibres présentent un comportement mécanique non-linéaire qu’il convient d’élucider. Dans ce contexte, cette thèse se propose dans une première partie d’étudier l’influence de la morphologie des faisceaux de fibres de lin sur leur comportement mécanique. Les résultats révèlent une forte hétérogénéité de la morphologie et une dépendance du comportement mécanique par rapport aux paramètres morphologiques comme le vrillage des échantillons, l’état des lamelles mitoyennes ou la section transversale. Dans une deuxième partie, il est proposé une caractérisation par diffraction des rayons X de l’ultrastructure du lin afin d’améliorer la compréhension du comportement mécanique non-linéaire des fibres de lin. Le traitement des mesures de diffraction par la technique d’analyse combinée << structure/microstructure/texture >> a rendu possible, entre autres, la détermination de la distribution de l’Angle Micro-Fibrillaire et la forme des cristallites de cellulose. Cette méthode a ensuite permis de suivre l’évolution sous traction de l’ultrastructure de la fibre de lin. Nous avons pu ainsi proposer un scénario susceptible d’expliquer le comportement mécanique non-linéaire des fibres de lin.

In order to reduce the ecological impact of industrial processes, there is a growing interest in the industry for plant fibres. Indeed, in addition to being biodegradable, these fibres have remarkable mechanical properties, making them very competitive with synthetic fibres. However, the use of plant fibres is currently limited, in particular by the variability observed in their mechanical properties. In addition, these fibres have a non-linear mechanical behaviour that needs to be elucidated. In this context, this work proposes in a first part to study the influence of the morphology of flax fibre bundles on their mechanical behaviour. The results reveal a strong heterogeneity in the morphology and a dependence of the tensile mechanical behaviour on morphological parameters such as the twisting of the samples, the state of the middle lamellae or the cross-section. In a second part, an X-ray diffraction characterisation of the flax ultrastructure is proposed to improve the understanding of the non-linear mechanical behaviour of flax fibres. The use of the so-called combined analysis << structure/microstructure/texture >> approach for the X-ray diffraction data fit allows the determination of the Micro-Fibrillar Angle distribution and the shape of the cellulose crystallites. This method then made it possible to follow the evolution of the ultrastructure of flax fibres under tensile loading. Finally, this allowed us to propose a scenario that could explain the non-linear mechanical behaviour of flax fibres.