Valorisation des déchets de pressurage du raisin : caractérisation thermomécanique d’un nouveau matériau biosourcé à base d’aignes

Valorisation of grape pressing waste : thermomechanical characterisation of a new biosourced material based on aignes

• Auteur / Autrice : Céline Badouard
• Direction : Fabien Bogard, Guillaume Polidori, Christophe Bliard
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Matériaux, mécanique, structures
• Date : Soutenance le 14/04/2023
• Etablissement(s) : Reims
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Mathématiques Physique Sciences du Numérique et de l'Ingénieur (Reims ; 2018-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Matériaux et Ingénierie Mécanique (MATIM) (Reims, Marne)
• Jury : Président / Présidente : Abderrahim Boudenne
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fabien Bogard, Guillaume Polidori, Rafik Balti, Christophe Bliard, Anh Dung Tran Le
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Rafik Balti

Mots clés

Mots clés contrôlés

Essais de comportement au feu

Résistance à la chaleur

Humidité dans les constructions

Immersion dans l'eau

Constructions -- Économies d'énergie

Conductivité thermique

Matériaux -- Propriétés acoustiques

Matériaux -- Propriétés thermiques

Perméabilité

Humidité

Propriétés mécaniques

Amidon de pomme de terre

Économie circulaire

Isolation thermique

Isolation acoustique

Biomatériaux

Compostage

Biomasse végétale

Distillerie -- Sous-produits

Vigne

Matériaux

Raisin

Résidus

Champagne (vin mousseux)

Mots clés libres

Recyclage

Bio-Composite

Biomatériaux

Propriétés mécaniques

Bâtiment durable

Sustainable building

Recycling

Mechanical properties

Bio-Composite

Résumé

Lors de l’élaboration du champagne, les grappes de raisin sont pressées. A l’issue de cette étape, elles sont transformées en marc de raisin ou aignes (appellation en région champagne). Ce résidu est composé principalement de rafles, peaux et pépins. Il est envoyé en distillerie afin d’y extraire le jus restant pour y élaborer le marc de champagne. Après cette étape, le marc de raisin est peu ou en partie valorisé, laissant des quantités importantes de biomasse en compostage. L'objectif de ce projet de thèse a été de valoriser les aignes en les utilisant comme constituant de base pour mettre au point un nouvel agromatériau capable de remplacer les matériaux classiques d'isolation des bâtiments (laine de verre, laine de roche, polystyrène, ...). Cela fait partie d’une nouvelle approche pour réduire les impacts environnementaux associés au secteur du bâtiment, en y incorporant de la matière biosourcée. De plus, la valorisation des marcs de raisins peut s’inscrire dans une démarche d’économie circulaire et locale permettant de créer de la valeur ajoutée pour le secteur agricole et les territoires. Quatre sous-produits sont étudiés ; les aignes, les rafles, les rafles broyées et les peaux ; ils sont associés à un liant à base d’amidon de pomme de terre. Notre motivation était de concevoir un matériau 100% biosourcés et issu de ressources locales. Une étude des propriétés physico-chimiques des matières premières a été faite. Par la suite, le comportement mécanique des agrocomposites a été étudié par compression et flexion trois points, ainsi que le comportement thermique et acoustique. La performance hydrique de ces nouveaux matériaux est basée sur la mesure de la valeur du tampon d'humidité, de l'isotherme de sorption et de la perméabilité à la vapeur d'eau. Les rafles entières et les broyées ont été choisies pour optimiser les propriétés thermiques et acoustiques en faisant varier la proportion d’amidon. Ces agrocomposites à base de rafles broyées ou de rafles avec 10% d’amidon permettraient de proposer une solution alternative aux matériaux actuels au vu des diverses propriétés déterminées : une conductivité thermique inférieure à 0,065 W(m.K) et une valeur de MBV rentrant dans la classe d’excellent régulateur hydrique selon la classification du projet NordTest. De tels matériaux permettent de réduire la consommation d'énergie des bâtiments, réduisant ainsi les émissions de CO2, tout en offrant une bonne isolation thermique, hygrothermique et acoustique. Une étude sur la durabilité des agrocomposites est aussi présentée via trois essais différents (immersion dans l’eau, résistance à l’humidité et réaction au feu).

During the elaboration of champagne, the grapes are pressed. At the end of this stage, they are transformed into grape marc or aignes (appellation in the Champagne region). This residue is mainly composed of stalks, skins and seeds. It is sent to a distillery to extract the remaining juice to elaborate the marc of champagne. After this step, the grape pomace is little or partially recovered, leaving important quantities of biomass destined to be composted. The objective of this thesis project was to valorize the grapevines by using them as a basic constituent to develop a new agromaterial able to replace the traditional materials of insulation of the buildings (glass wool, rock wool, polystyrene, ...). This is part of a new approach to reduce the environmental impacts associated with the building sector, by incorporating biosourced material. Moreover, the valorization of grape marc can be part of a circular and local economy approach allowing to create added value for the agricultural sector and the territories. Four by-products are studied: the stems, the stalks, the crushed stalks and the skins; they are associated with a binder based on potato starch. Our motivation was to design a 100% biosourced material from local resources. A study of the physicochemical properties of the raw materials was made. Then, the mechanical behavior of agrocomposites was studied by compression and three-point bending, as well as the thermal and acoustic behavior. The water performance of these new materials is based on the measurement of moisture buffer value, sorption isotherm and water vapor permeability. Stalks and grinds were selected to optimize thermal and acoustic properties by varying the proportion of starch. These agrocomposites based on crushed stalks or entire stalks with 10% starch would offer an alternative solution to current materials in view of the various properties determined: a thermal conductivity lower than 0.065 W(m.K) and a value of MBV falling within the class of excellent water regulator according to the NordTest project classification. Such materials allow to reduce the energy consumption of buildings, thus reducing CO2 emissions, while providing good thermal, hygrothermal and acoustic insulation. A study on the durability of agrocomposites is also presented via three different tests (water immersion, moisture resistance and reaction to fire).