ASER : Traitements par plASma froid de fibrEs biosouRcées : Vers une chaîne complète d'éco-conception et usage de bio-composites pour l'Industrie 4.0

• Auteur / Autrice : Flavien Perrier-michon
• Direction : Vandad Rohani, Severine Boyer
• Type : Projet de thèse
• Discipline(s) : Energétique et génie des procédés
• Date : Inscription en doctorat le 08/01/2024
• Etablissement(s) : Université Paris sciences et lettres
• Ecole(s) doctorale(s) : Ecole doctorale Ingénierie des Systèmes, Matériaux, Mécanique, Énergétique
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Energétique et Procédés
• Partenaire(s) de recherche : Equipe de recherche : PERSEE - Centre Procédés, Energies Renouvelables, Systèmes Energétiques
• Partenaire(s) de recherche : établissement opérateur d'inscription : Mines Paris-PSL

Mots clés

Mots clés libres

Plasma froid

Composites

Fibres naturelles

Polymère

Impression 3D

Faiseau laser

Cold plasma

Composites

Natural fibres

Polymer

3D printing

Laser beam

Résumé

Dans un contexte actuel de transition écologique, l'intérêt de développer de nouveaux matériaux composites respectueux de l'environnement a fortement augmenté. Ainsi, nous proposons de fabriquer et mettre en forme par impression 3D FFF des matériaux composés d'une matrice polymère biosourcée renforcée de fibres naturelles, destinés spécifiquement au transport de fluides pour les secteurs de l'énergie, du transport et du BTP. Cependant, l'incorporation de fibres dans la matrice polymère thermoplastique semi-cristalline lors de la synthèse du composite, ainsi que l'étape distincte d'impression du filament, peuvent générer des porosités susceptibles de causer des problèmes de perméation des fluides dans le produit final. Pour y remédier, un chaînage incluant deux procédés électriques propres est proposé : (i) un pré-traitement physicochimique des fibres naturelles par plasma froid qui vise à fonctionnaliser la surface de celle-ci afin d'améliorer l'interface fibres/matrice tout en réduisant la porosité, et (ii) un post-traitement physique par laser pulsé après mise en forme par impression 3D du matériau pour améliorer l'interface de dépôt fil/fil par solidification induite sous faisceau de photons à haute énergie.

In the actual context of ecological transition, interests in developing new ecofriendly composite materials have increased significantly. Therefore, we propose to use 3D FFF printing to manufacture and shape materials composed of a biobased polymer matrix reinforced with natural fibers, designed specifically for transporting fluids in energy, transport and construction sectors. However, fiber incorporation into the semi-crystalline thermoplastic polymer matrix during the synthesis of the composite, as well as the separate filament printing stage, can generate porosities that can cause fluid permeation problems in the final product. To remedy this, a chain including two proprietary electrical processes is proposed: (i) a physicochemical pre-treatment of natural fibers using cold plasma to functionalize their surface in order to improve the fiber/matrix interface while reducing porosity, and (ii) a physical post-treatment using a pulsed laser after the material has been shaped by 3D printing to improve the thread/thread deposition interface by induced solidification under a high-energy photon beam.