Matériaux biosourcés multifonctionnels : durabilité des composites unidirectionnels à matrice recyclée renforcés par des fibres de lin

Multifunctional biosourced materials : durability of unidirectional recycled matrix composites reinforced with flax fibers

• Auteur / Autrice : Lara Alam
• Direction : Shahram Aivazzadeh, Olivier Sicot
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences pour l'Ingénieur
• Date : Soutenance le 06/12/2022
• Etablissement(s) : Bourgogne Franche-Comté
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Sciences pour l'ingénieur et microtechniques (Besançon ; 1991-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Département de Recherche en Ingénierie des Véhicules pour l'Environnement (DRIVE) (Nevers)
• Partenaire(s) de recherche : Etablissement de préparation : Université de Bourgogne (1970-....)
• Jury : Président / Présidente : Didier Perrin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Laetitia Vouyovitch, Benoit Piezel, Alain Bourmaud, Mahfoud Tahlaiti
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Didier Perrin, Christophe Poilâne

Mots clés

Mots clés contrôlés

Toile (tissu)

Lin

Rayonnement ultraviolet

Polypropylène

Fibres naturelles

Composites à fibres

Mots clés libres

Composite

Fibres de lin

Polypropylène recyclé

Photooxydation

Caractérisations mécaniques

Caractérisation physico-Chimiques

Composite

Flax fibers

Recycled polypropylene

Photooxidation

Mechanical characterizations

Physico-Chemical characterizations

Résumé

Aujourd'hui plus que jamais, de nombreux secteurs de l'ingénierie se tournent vers les matériaux composites à base de fibres naturelles en raison de la nécessité de trouver des solutions plus respectueuses de l'environnement. L'un des principaux défis à relever pour développer l'utilisation des biocomposites dans les applications extérieures est le manque de connaissances sur leur durabilité à long terme. L'objectif de ce travail est d'apporter une meilleure compréhension des mécanismes mis en jeu lors du vieillissement photooxydatif des composites unidirectionnels constitués d'une matrice de polypropylène vierge ou recyclé, renforcée par des fibres longues de lin. De plus, ce travail vise à étudier l'utilisation potentielle d'une matrice recyclée en comparant l'évolution de son comportement au vieillissement photooxydatif par rapport à une matrice vierge. Dans ce cadre, des vieillissements accélérés et un vieillissement naturel dans des conditions environnementales réelles ont été menés sur ces matériaux. L'impact de ces vieillissements photooxydatifs sur les propriétés mécaniques et physico-chimiques des composites est présenté selon une approche multi-échelle, de l'échelle moléculaire à l'échelle macroscopique en passant par les échelles macromoléculaire et microstructurale. Dans un premier temps, l'impact de la variation de l'intensité de rayonnement UV sur la photooxydation des composites a été étudié. Ensuite, l'effet de l'ajout des cycles de pulvérisation d'eau sur leur vieillissement photooxydatif accéléré a également été évalué. Pour le vieillissement naturel, un support spécifique a été fabriqué et mis en place pour réaliser un découplage des facteurs climatiques afin de mieux comprendre la contribution de chaque facteur dans le mécanisme de vieillissement photooxydatif des composites. D'après ces vieillissements, il a été montré que le polypropylène recyclé, s'il est bien choisi, peut être utilisé comme matrice dans les composites à base de fibres naturelles pour des applications extérieures. Enfin, il a été constaté que ces matériaux présentent une perte de performance mécanique avec le temps qui pourrait être améliorée par une meilleure stabilisation des matrices polymères.

Now more than ever, many engineering sectors are turning to natural fiber composites because of the need for more environmentally friendly solutions. One of the main challenges in developing the use of biocomposites in outdoor applications is the lack of knowledge about their long-term durability. The main objective of this work is to provide a better understanding of the mechanisms involved in photooxidative aging of unidirectional composites made of a virgin or recycled polypropylene matrix, reinforced with long flax fibers. In addition, this work aims to study the potential use of a recycled matrix by comparing the evolution of its behavior to photooxidative aging with a virgin matrix. Thus, accelerated agings and natural weathering under real environmental conditions have been carried out on these materials. The impact of these photooxidative agings on the mechanical and physico-chemical properties of the composites is presented according to a multiscale characterization, from the molecular to the macroscopic scale through the macromolecular and microstructural scales. First, the impact of UV intensity on the photooxidation of the composites was studied. Then, the effect of water spray cycles on the accelerated photooxidative aging was also evaluated. For natural aging, a specific support was set up to decouple the climatic factors in order to better understand the contribution of each factor in the mechanism of photooxidative aging of composites. Based on these photooxidative agings, it has been shown that recycled polypropylene, if it is well selected, can be used as a matrix in natural fiber composites for outdoor applications. Finally, it was found that these materials show a loss of mechanical performance with time which could be improved by a better stabilization of the polymer matrices.