Composites Biosourcés à partir de déchets agricoles : Relations formulations/procédés/propriétés.

Bio-based composites from agricultural waste: Relationships between formulations/processes/properties.

• Auteur / Autrice : Adèle Poirier
• Direction : Sébastien Alix, Pedro Augusto
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Sciences des matériaux, Surfaces et Interfaces
• Date : Inscription en doctorat le 25/10/2022
• 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 : Institut de Thermique, Mécanique, Matériaux (ITheMM) - EA 7548

Mots clés

Mots clés libres

Formulation

Compatibilisation - caractérisation

Coproduit

Valorisation

Extrusion

Composite biosourcé

- compatibility - characterization

Formulation

- bio-based composite

Valorization -

Extrusion

Byproduct

Résumé

Description de la problématique de recherche : Stimulés par une forte pression sociétale, économique et écologique, de nombreux travaux sont menés depuis plusieurs années dans le but d'élaborer des matériaux composites à matrice polymère biodégradable renforcée par des sous-produits agricoles, possédant de bonnes propriétés thermomécaniques. C'est dans ce contexte applicatif que s'inscrivent les travaux de recherche que nous comptons développer. Ils concernent plus spécifiquement l'étude de composites biosourcés élaborés, par voie fondue, à partir d'une matrice bio-polymère, et de déchets agricoles. La prise de conscience l'impact environnemental de ces déchets est à l'origine de la recherche sur les perspectives de valorisation de ceux-ci, pour les convertir en substances utiles. L'élaboration des composites biosourcés doit aussi avoir recours à des polymères bio-ressourcés pour diminuer encore l'impact des composites en fin de vie. Les performances de ces matériaux vont dépendre étroitement de leur morphologie (dispersion et répartition de la charge dans la matrice) et de l'état de l'interface entre les composants du mélange. Des investigations vont être menées dans l'expectative de contrôler celle-ci ; elles passent souvent par une étape de comptabilisation qui consiste en l'ajout d'un copolymère tiers-corps (promoteur d'adhésion ou agent de couplage), à structure déterminée, lors du procédé d'élaboration par extrusion des mélanges chargés par les déchets broyés ou bien par un traitement préalable de la surface des charges. Il s'agit de comprendre les lois qui régissent la percolation mécanique de la charge et l'influence de la dispersion sur ces lois pour formuler aux mieux ces matériaux. La recherche de formulations pertinentes en relation à des simulations et modélisations de comportements permettra d'améliorer les propriétés mécaniques qui constituent souvent le point faible des matériaux polymères bio-ressourcés et biodégradables. Pour mener à bien ce travail, nous choisirons d'étudier l'effet de paramètres comme la composition et la présence ou non de l'agent de couplage, ou bien du traitement des charges, sur les propriétés finales des mélanges en vue de préciser la plage de compositions présentant les propriétés d'intérêt.

Description of the research problem: Stimulated by strong societal, economic and ecological pressure, many studies havebeen carried out for several years with the aim of developing composite materials with a biodegradable polymer matrix reinforced with agricultural by-products, with good thermomechanical properties. It is in this applicative context that the research work we intend to develop fits. More specifically, it concerns the study of bio-based composites developed from a biopolymer matrix and agricultural waste by melt process. Awareness of the environmental impact of these wastes has led to research into the prospects for their recovery and their conversion into useful substances. The development of bio-based composites must also use bio-based polymers to further reduce their end-of-life environmental impact.. The performance of these materials will highly depend on their morphology (dispersion and distribution of the charge in the matrix) and the state of the interface between the components of the mixture. Investigations will be carried out in the expectation of controlling the latter; they often involve an accounting stage which consists on adding a third-body copolymer (adhesion promoter or coupling agent), with a specific structure, during the process of elaborating the mixtures filled with shredded waste, or by a prior treatment of the surface of the fillers. The aim is to understand the laws governing the mechanical percolation of the filler and the influence of the dispersion on these laws in order to formulate these materials as well as possible. The search for relevant formulations in relation to simulations and behavioral modeling will make it possible to improve the mechanical properties which are often the weak point of bio-based and biodegradable polymer materials. To carry out this work, we will choose to study the effect of parameters such as the composition and the presence or not of the coupling agent, or the treatment of the fillers, on the final properties of the blends in order to specify the range of compositions presenting the properties of interest.