Academic literature on the topic 'Matériaux bio composites'

Resumo No presente trabalho foram estudadas as variações tecnológicas, químicas, mineralógicas e cerâmicas da Formação Corumbataí em três seções geológicas de dois polos cerâmicos distintos no estado de S. Paulo, Tambaú/Porto Ferreira (T/PF) e Santa Gertrudes (SG), com intuito de entender as variações que ocorrem nestas matérias primas buscando a diversificação de produtos. Para estudar estas variações, a metodologia empregada constou do levantamento de seções geológicas, análise mineralógica por difração de raios X na sua constituição total e menor que 2 μm, caracterização geoquímica para identificação dos principais elementos por ICP OES/MS e caracterização cerâmica para revestimento. Os resultados mineralógicos e químicos encontrados refletiram diretamente nos característicos cerâmicos obtidos. O sódio, elemento fundente encontrado principalmente no feldspato sódico, é mais abundante nas seções do Polo SG do que nas seções do PoloT/PF; este elemento age durante a sinterização em conjunto com o K das illitas, porém no Polo T/PF o conteúdo de feldspato potássico é maior que em SG; sendo assim, o K disponível pode ser menor. Além dos argilominerais do grupo illita, presente em todas as amostras, foram identificados argilominerais do grupo das esmectitas e caulinitas. De acordo com os resultados dos ensaios cerâmicos, as amostras das seções P-4 e P-11 do Polo T/PF foram classificadas dentro do grupo de absorção de água como BIII (poroso), sendo sua aplicação mais usual na produção de revestimentos com alta porosidade, azulejos e pastilhas, ou na formulação de revestimento pelo processo via seca e via úmida. Já nas amostras da seção P-19 do Polo SG, os resultados obtidos enquadraram-se dentro do grupo BIb, BIIb e BIII possibilitando sua aplicação, principalmente no caso do BIb e BIIb, na produção de revestimento pelo processo via seca ou na composição de massas para a produção de porcelanatos por via úmida e porosos. Estes resultados diferentes para as seções estudadas refletem diretamente na presença do tipo do feldspato presente, na composição dos óxidos principais, na granulometria e nas diferentes litologias encontradas nas seções geológicas.

La mutation de nos activités industrielles vers le développement durable est l’un des plus gros enjeux humains du 21ème siècle. L’utilisation de la biomasse dans divers domaines tels que l’énergie, la construction et les matériaux est une réponse face à la raréfaction des ressources fossiles et face aux risques écologiques. Les objectifs de cette thèse sont de créer de nouveaux matériaux les plus bio-sourcés possibles et d’optimiser les propriétés de ces matériaux en vue d’une éventuelle utilisation industrielle. Les travaux présentés ici traitent de la fabrication de matériaux composites à renforts de fibres naturelles, ayant pour matrice des résines bio-sourcées. Les ressources végétales principalement étudiées ici sont les tannins, utilisés pour la réalisation de : - Composites à matrice tannin – hexamine - Composites à matrice tannin – résorcine – aldéhyde Les tannins végétaux ont également été étudiés pour la conception de bio-plastiques tannin – alcool furfurylique pouvant être appliqués à la fabrication de composites. Les panneaux composites ont été réalisés en laboratoire et analysés mécaniquement en se basant sur des méthodes normatives européennes. Les résines ont également été caractérisées à l’aide de diverses techniques telles que l’analyse thermomécanique (TMA) ou la spectroscopie de masse MALDI-ToF. Au final, ces travaux ont permis de réaliser des matériaux composites hautement bio-sourcés, aux propriétés homogènes et reproductibles satisfaisant en outre les exigences d’emploi de plusieurs normes européennes
Changing our industrial activities towards sustainable development is one of the major human concerns of the 21th century. The use of biomass in various areas like energy, construction and materials is an answer to the future scarcity of fossil resources and to the ecological risks. The objectives of this thesis are to create new materials with the highest bio-based content possible and then to optimize these materials properties for a potential industrial use. The work presented here is about the fabrication of composite materials reinforced with natural fibers, using bio-based resins as a matrix. The main vegetable resources studied here are tannins, used to make: - Tannin – hexamine matrix composites - Tannin – resorcinol – aldehyde matrix composites Vegetable tannins were also studied to prepare tannin – furfuryl alcohol bio-plastics that may be used in the composites fabrication. The composites boards were made in laboratory and mechanically analyzed based on European norms methods. Resins were also characterized using various techniques such as thermomechanical analysis (TMA) or MALDI-ToF mass spectrometry. The end results of this work is the fabrication of highly bio-based composite materials, with homogenous and repeatable properties that furthermore satisfy several European norms requirements

Le recours aux matériaux composites pour la réparation des ouvrages en béton s’est répandu afin de remédier au différent endommagement subit ces dernières décennies. Les composites de Carbone ont montré d’excellentes performances ainsi une grande facilité d’application. Ces matériaux restent polluants et chers ce qui va à l’encontre du développement durable. Ce travail s’intéresse à la possibilité de substitution d’u matériau composite (Fibre de Carbone renforcées par des polymères PRFC) avec un composite bio ressourcé (Polymère bio ressourcé renforcé par des Fibre de Lin PRFL) pour la réparation de béton endommagé mécaniquement d’une part et physiquement avec des cycles de vieillissement accéléré d’autre part.Pour ce faire, une caractérisation approfondie des trois produits et leurs constituants a été menée afin explorer évaluer les propriétés (chimique physique et mécanique) de ce dernier par rapport aux matériaux usuels.Une partie est consacrée pour comparer l’efficacité de réparation d’un béton soumis à différents taux d’endommagement mécanique par les 3 composites. Les résultats ont montré que le PRFL améliore les performances mécaniques du béton et lui fournit une ductilité importante.Une deuxième partie est consacrée pour explorer l’efficacité de réparation d’un béton soumis à 300 cycles gel/dégel par les trois composites. Les résultats ont montré que la réparation avec le PRFL est plus efficace sur béton endommagé physiquement que mécaniquement. Cette partie est suivie d’une campagne expérimentale permettant de statuer sur la durabilité de réparation d’un béton vieilli avec différentes configurations d’endommagement par le composite bidirectionnel de Carbone. Les résultats ont montré que les performances d’un béton confiné avec le PRFC et soumis à 300 cycles de gel/dégel ont diminué de 50% sans pour autant perdre l’aspect ductile du béton confiné.Une étude numérique parallèle est réalisée pour décrire le comportement du béton confiné et pour appréhender les différents comportements engendrés par les trois compositesLes résultats préliminaires montrent que l’utilisation du PRFN a réussi restituer les performances mécaniques initiales et les améliorer ce qui encourage leurs utilisation à la place des PRFC dans certains cas
The use of composite materials is widespread in the recent decades to overcome concrete structures damages. Carbone composites showed both excellent mechanical performances and great use simplicity. These materials are still polluting and expensive which is against sustainable development. This work aims to explore the possibility to substitute a Carbone composite (Carbon Fibers Reinforced Polymer CFRP) with a bio resource composite (Flax Fibers Reinforced Polymer FFRP) to repair both mechanically and physically damaged concrete.For this purpose, a detailed characterization of three products and their constituents has been carried out to estimate FFRP properties (chemical, physical and mechanical) against CFRP onesA part of this study is dedicated to compare the efficiency of repairing concrete damaged with different mechanical dame rates with the three composites. Results showed that repairing concrete with FFRP improves its mechanical performances and provides a greet ductility.The second part is devoted to explore repairing physically damaged concrete with freeze/thaw cycles by the three composites. Results showed that repairing physically damage concrete with FFRP is more efficient than mechanically damage one. This part is followed by experimental campaign allowing to rule on the sustainability of concrete repairing with CFRP. Results showed that confined concrete strength with CFRP subjected to 300 freeze/thaw cycles decreased by 50% with keeping ductile behavior. A numerical study has been conducted in parallel to perceive the different behaviors concrete generated by confinement with the three composites.Results showed that using FFRP to repair damaged concrete allowed restituting initial mechanical performances, which incite to their use instead of CFRP

L'objectif de cette thèse est de développer de nouveaux matériaux isolants bio-sourcés pour le bâtiment qui contribuent à réduire leurs impacts environnementaux. Les matériaux développés doivent avoir une faible énergie grise et une faible empreinte carbone. Ils doivent également contribuer à réduire les besoins énergétiques des bâtiments tout en assurant un confort hygrothermique élevé des utilisateurs. Tout d'abord, des matières premières d'origine agricole (chènevottes, anas de lin, paille de blé, paille de colza et rafles de maïs) sont caractérisées d'un point de vue chimique, physique, hygrothermique et mécanique, dans la perspective de développer des composites bio-sourcés destinés à l’isolation des bâtiments. Leur composition chimique se révèle intéressante pour le développement d'un liant vert. Une étude visant à évaluer cette aptitude est donc réalisée. A l'issue de cette dernière, deux liants correspondants à des extractions réalisées sur les rafles de maïs et sur les fines de lin sont retenus. D'autres liants provenant de l’industrie sont également sélectionnés pour la confection de composites. Puis des composites sont fabriqués pour étudier l'influence des granulats, du liant, de la granulométrie des granulats, de la réalisation d'un pré-traitement alcalins des granulats et de la pression de compaction appliquée lors de la mise en œuvre des composites sur leurs performances hygrothermiques ainsi que leurs propriétés mécaniques. Enfin, la résistance à l'immersion accidentelle et à l'humidité ainsi que la réaction au feu des formulations les plus prometteuses sont étudiées
The aim of this thesis is to develop new bio-based building insulating materials which contribute to reduce their environmental impacts. The developed materials shall have low embodied energy and low carbon footprint. They shall contribute to reduce energy needs of buildings and to ensure high hygrothermal comfort of users. First, raw materials from agricultural resources (hemp shiv, flax shiv, wheat straw, rape straw and corn cobs) are characterized from a chemical, physical, hygrothermal and mechanical point of view, with a aim of developing bio-based composites for the thermal insulation of buildings. Their chemical composition is interesting for the development of green binder. A study to assess this ability is carried out. At the end of the study, two binders corresponding to extractions performed on corn cobs and flax fines are developped. Other binders from industry are also selected for composite production. Then, composites are produced to study the influence of aggregates, binder, granulometry of aggregates, alkaline pre-treatment of aggregates and compaction pressure applied during the processing of composites on their hygrothermal performances and mechanical properties. Finally, the resistance to accidental immersion and humidity and the reaction to fire of the most promising formulations are studied

Les travux de thèse ont été menés dans un contexte de développement et de valorisation de la filière lin au travers de l'élaboration de nouveaux matériaux composites biosourcés à base de mucilage et de fibres de lin. Ces travaux ont conduit dans un premier temps à la synthèse de précurseurs d'isosorbide époxy et polyuréthanes comme alternative aux précurseurs toxiques conventionnels. Pour cela nous avons proposé une voie originale d'optimisation de la synthèse de diglycidyle éther d'isosorbide (DGEI) en utilisant un procédé ultrasonique. Par la suite, la comparaison des méthodes de transformation des époxys en carbonates cycliques par l'inclusion de CO₂ nous a servi de base dans l'élaboration d'un protocole efficace de conversion des DGEI en cyclocarbonates d'isosorbide (CCI) dans des conditions douces de pression et de température. Dans une seconde partie, l'extraction de composés hydrosolubles de la graine de lin a permis d'identifier la structure complexe du mucilage et les effets des paramètres d'extraction sur les propriétés physico-chimiques et thermiques du mucilage. Ensuite, pour la première fois, l'oxydation du mucilage au 2,2,6,6-tétraméthylpipéridine-1-oxyle (TEMPO) a été réalisée avec succès. Puis, nous avons pu mettre en évidence l'efficience de l'oxydation assistée par ultrasons comparée à la méthode classique lors de la montée en échelle du procédé. En vue d'améliorer la compatibilité fibre/matrice des composites à fibres végétales, des traitements appliqués sur des fibres courtes de lin ont été effectués amenant à l'individualisation des fibres et à l'amélioration de l'oxydation appliquée sur des fibres sonifiées. Ces différents matériaux ont permis de formuler un panel de nouveaux biocomposites. Les DGEI ont été valorisés par la confection d'une résine réticulée par une amine renforcée par des fibres longues de lin dont les performances sont identiques aux composites pétro-sourcés. Par la suite, la sonicationdes fibres courtes de lin a mené à l'amélioration des propriétés mécaniques de composite PLA/Lin. L'utilisation de mucilage oxydé a démontré les aspects positifs de l'incorporation du mucilage de lin dans les composites légers et résistants en compression
The thesis was carried out in a context of development and valorisation of the flax through the conception of new bio-based composite materials made of mucilage and flax fibres. This work initially led to the synthesis of isosorbide epoxy and polyurethane precursors as an alternative to the conventional toxic precursors. For this, we proposed an original route for optimizing the synthesis of isosorbide diglycidyl ether (DGEI) using an ultrasonic process. Subsequently, the comparison of the conversion methods of epoxies into cyclic carbonates by the inclusion of CO₂ served as a basis for the development of an efficient protocol for converting DGEI into isosorbide cyclic carbonates (CCI) under moderate conditions of temperature and pressure. In the second part, the extraction of water-soluble compounds from the flaxseed allowed us to identify the complex structure of the mucilage and the effects of the extraction parameters on its physicochemical and thermal properties. Then, for the first time, oxidation of 2,2,6,6-tetramethylpiperidine-1-oxyl (TEMPO) mucilage was successfully performed. After that, we have highlighted the enhanced efficiency of ultrasonic assisted oxidation over the conventional method when scaling up the process. In order to improve the fibre/matrix compatibility of natural fibre-based composites, different treatments of short flax fibres led to the individualizationof the fibres and to the improvement of the oxidation of sonicated fibres.These new materials allowed to formulate a series of novel biocomposites. The DGEI have been enhanced by making an amine-crosslinked resin reinforced with long flax fibres which have a comparable performance to oil-based composites. Additionally, the sonication of short flax fibres led to the improvement of the mechanical properties of PLA/Flax composite. The use of oxidized mucilage has demonstrated the beneficial aspects of flax mucilage incorporation into lightweight, compression-resistant composites

Les travaux présentés concernent le développement d'un matériau composite (matrice polymère + fibre) pour l'élaboration de profilés de fenêtre mis en œuvre par un procédé de pultrusion. Dans le cadre de ces travaux, plusieurs polymères vinylester biosourcés ont été développés en tant que matrice de ce matériau composite. Une résine vinylester est réalisée en deux étapes : tout d'abord la synthèse du prépolymère vinylester, correspondant à un monomère (méth)acrylé porteur de fonctions ester et qui possède des doubles liaisons polymérisable à ses extrémités. Puis, la formulation du matériau vinylester est effectuée par le mélange du prépolymère vinylester avec un monomère copolymérisable, appelé diluant réactif. Enfin, le matériau est réticulé par polymérisation radicalaire, à l'aide d'un amorceur radicalaire.Dans un premier temps, une étude modèle a été réalisée : de la synthèse du prépolymère vinylester à partir d'une molécule modèle (DGEBA) à la formulation d'un matériau vinylester par polymérisation radicalaire. Plusieurs bioressources ont ensuite été étudiées afin de remplacer le DGEBA qui est issu du bisphénol A, composé CMR, groupe 2. La stratégie a été tout d'abord d'étudier des bioressources commercialisées, tels que les huiles végétales et le cardanol qui est un sous-produit de l'industrie de la noix de cajou. Puis un produit non biosourcé, mais non classé, du nom de TACTIX a été étudié également. Et enfin des bioressources non commercialisées actuellement, tels que l'isosorbide qui est un dérivé du sucre et le phloroglucinol, qui est extrait d'écorce d'arbres ont également été étudié pour la synthèse de prépolymère VE et de matériaux VE. Le diluant réactif le plus utilisé actuellement est le styrène, qui est un composé très volatile et classé nocif. Plusieurs diluants réactifs ont donc été testés avec les prépolymères VE synthétisés afin de remplacer le styrène par des composés peu volatiles et non nocifs. Enfin, trois matériaux composite renforcés par des fibres de lin, ont été fabriqués par mini-pultrusion, à partir des systèmes étudiés (prépolymère VE synthétisé et diluant réactif)
The study presented concern the development of composite material (polymer matrix + fibres) in order to produce windows profiles by a pultrusion process. In the context of this work, several biobased vinylester polymers have been developed as matrix of the composite material. A vinylester resin is formed in two steps: firstly the synthesis of vinylester prepolymer, corresponding to a (meth)acrylated monomer carrying an ester function and having polymerizable double bonds at its ends. Next, the formulation of vinylester material is performed by mixing the vinylester prepolymer with a copolymerizable monomer, called reactive diluent. Finally, the material is crosslinked by radical polymerization, using a radical initiator.First, a model study was conducted: in the synthesis of vinylester prepolymer from a template molecule (DGEBA) to the formulation of a vinylester material by radical polymerization. Severals bioresources were then studied in order to replace the DGEBA which is from bisphenol A, compound CMR, group 2. The strategy was first to study marketed bioresources, such as vegetable oils and cardanol which is a by-product of the cashew nut shell industry. Next, a non-biobased but not listed compound, of the name of TACTIX has also been studied. Finally, bioresources not currently marketed, such as isosorbide which is a sugar derivative and phloroglucinol, which is extracted of bark of trees have also been studied for the synthesis of VE prepolymers and VE materials. The reactive diluent the most currently used is styrene, which is a very volatile and harmful compound. Several reactive diluents were tested with the VE prepolymers synthesized in order to replace the styrene by compounds with low volatility and less harmful. Finally, three composites materials reinforced with flax fibres, were made by mini-pultrusion, from the systems studied (VE prepolymer synthesized and reactive diluent)

Les développements récents des applications d’électronique portable demande de plus en plus l’utilisation de systèmes de récupération d’énergie à partir de sources environnantes de basse énergie. La conversion piézoélectrique à partir de sources vibratoire pourrait être un moyen intéressant pour l’alimentation électrique de petits systèmes. Dans ce travail, nous investiguons les potentialités de films de polymère bio-sourcé à base de polyamide 11 (PA11). Dans un premier temps, les effets de traitements physiques ou chimiques sur le développement des phases cristallines du PA11 ont été longuement étudiés. Dans un deuxième temps, des nano-argiles ont été utilisées comme modificateurs de structure dans la matrice PA11. Des nanocomposites de PA11/argile ont été réalisés en utilisant des argiles en feuillets et en nanotubes par extrusion. L’effet de ces argile n’est pas significatif sur la qualité structurale des composites obtenus. L’ajout d’argile en feuillets (cloisite 20A, cloisite 10A et cloisite Na+)conduit à une amélioration des caractéristiques mécaniques alors que l’ajout de silicates tubulaires (nanotubes d’halloysite) n’a pas d’effet significatif. Parmi tous les nanocomposites préparés, le nanocomposite chargé de Cloisite Na+ a montré la meilleure propriétés piézoélectriques. Il semble que la polarité plus élevée de la Cloisite Na+ puisse être à l’origine de la meilleure réponse à la polarisation de ces composites. Une méthode spécifique de quantification de la récupération d’énergie vibratoire a été développée pour ces composites polymères/argile. Les capacités de récupération d’énergie par vibration ont été étudiées sur l’argile PA11 chargée de Cloisite Na+
In the last few years it has been an increasing demand for the elaboration of flexible energy conversion sources due to the rapid increase in the usage of portable electronic devices. The piezoelectric conversion from vibration sources could be an interesting way to charge small systems. In this work, we investigate the potential of bio-based polyamide 11 (PA11) polymer films. At first, the effect of physical and chemical treatments on the development of crystalline phases in polyamide 11 has been thoroughly investigated. In a second step, nanoclays have been used as structural modifiers in PA 11 matrix. Nanocomposites were prepared using layered and tubular clays by melt-blending process and it was found that addition of layered silicates (cloisite 20A, cloisite 10A and cloisite Na+) results in an increase in mechanical properties, while the addition of tubular silicates (halloysite nanotube) has no significant effect. Addition of clay is not significant on the structural quality of the obtained nanocomposites. PA11 nanocomposite loaded with Cloisite Na+ have shown the best piezoelectric properties. It appears that the higher value of the polarity of Cloisite Na + may be responsible of the best answer to the polarization of the composites. A specific method for the quantification of energy vibration recovery has been developed for these nanocomposites. The capabilities of vibrational energy recovery were studied on PA11 loaded with Cloisite Na+

Les nanoparticules d'argile sont des ressources naturelles largement disponibles et peu coûteuses présentant de nombreuses caractéristiques telles qu'une grande surface spécifique, une imperméabilité aux gaz, ainsi que des propriétés mécaniques et thermiques élevées. Elles ont donc attiré depuis plus de trois décennies une attention particulière, notamment pour le renforcement des matériaux à base de polymères. Cependant, les nanoparticules d'argile à l'état natif souffrent d'une incompatibilité, donc de faibles interactions interfaciales et de d'une mauvaise dispersion avec/dans la plupart des matériaux polymères organiques à cause de leur hydrophilie intrinsèque et des fortes interactions entre les feuillets constitutifs. Ainsi, l'un des principaux défis dans le développement de nanocomposites polymères à base d'argile (NAPs) avec des propriétés mécaniques avancées repose sur le contrôle au niveau à l'échelle moléculaire des propriétés interfaciales entre l'argile et la matrice polymère. En tenant compte des critères du développement durable, du génie civil et de l'économie verte, nous avons développé, dans la première partie de cette thèse, des nano-renforts réactifs et pré-exfoliés qui peuvent être incorporés dans une grande série de matrices (bio)polymères en donnant lieu à de fortes interactions avec les dites matrices et conduisant pour un à des comportements mécaniques améliorés. Afin de mieux répondre à ces spécificités, nous avons mis en oeuvre des approches vertes pour la préparation de ces nano-renforts génériques, à savoir la photopolymérisation a été utilisée comme faible consommateur d'énergie et une méthode rapide et peu énergivore pour la fonctionnalisation de surface des argiles, un protocole sans solvant a été utilisé pour préparer des nanocomposites ternaires, tandis que des biopolymères (amidon, cellulose) ou des précurseurs d'origine biologique (huiles végétales époxydées) ont servi de milieux de dispersion. Les résultats principaux issus de cette première partie peuvent être résumés comme suit : - La morphologie et la réactivité des nano-renforts d'argile sont aisément contrôlées en ajustant le temps de photo-polymérisation et en choisissant un monomère vinylique approprié. - Les méthodes de préparation permettent la préparation d'échantillons de à l'échelle des grammes. - La chimie surface des nano-renforts réactifs et pré-exfoliés peut être ajustée afin d'assurer la compatibilité avec les des biopolymères préformés thermoplastiques et des résines thermodurcissables, tels que l'amidon et les résines époxyde biosourcées, respectivement. - Les propriétés mécaniques des nanocomposites ternaires ainsi obtenus sont fortement améliorées comparés aux en comparaison des matrices polymères pures grâce à la dispersion homogène et fine des feuillets du nano-renfort dans la matrice polymère et aux fortes interactions interfaciales entre ces deux constituants
Clay nanoparticles (CNP) are abundantly available low-cost natural resources with numerous positive attributes such as large surface area, impermeability to gas, superior mechanical and thermal properties so that they have attracted over the last three decades significant attention, notably for the reinforcement of polymer-based materials. However, CNP suffer from incompatibility, hence weak interfacial interactions and poor dispersion with/in most of organic polymeric materials because of their intrinsic hydrophilicity and strong interlayer interactions. This limitation is one of the major reasons why polymer nanocomposites have to date remained mainly in laboratories. Thus, one of the key challenges in developing clay-based polymer nanocomposites (PCNs) with advanced thermo-mechanical, gas barrier...properties relies on the control at the molecular level of the interface properties of clay nanoplatelets-filled polymer resins. Taking into account the criteria for sustainable development, civil engineering and green economy, we have developed, in the first part of this thesis, reactive and pre-exfoliated clay nanofillers that may be further incorporated in a diverse set of biopolymer matrices and giving rise to strong energy interactions with the said matrices for improved mechanical behavior. To ensure a closer fit of these specifications we have implemented green approaches for the preparation of these generic nanofillers, namely photopolymerisation was used as a low energy consumption and fast method for the surface functionalization of native clays, solvent-free protocols were applied to prepare polymer nanocomposites, while biopolymers (starch, cellulose) or bio-based precursors (epoxidized vegetal oils) served as dispersion media. By controlling the preparation conditions, reactive clay nanofillers with adjustable interlayer spacing and chemical surface reactivity were prepared. Of particular interest is that the layered-like structure of the clay nano ller is preserved while the d-interlayer spacing can be increased though increasing the photopolymerization time, i.e. amount of polymer within the clay nanosheets. Our major results from the the first part can be summarized as follows: Morphology and reactivity of clay nanofillers are easily controlled though adjusting the photopolymerization time and selecting adequate vinyl monomer. - The newly preparation methods allow preparation of samples beyond the gram-scale. - Reactive and surface chemistry of pre-exfoliated clay nanofillers can be tuned to provide compatibility with both conventional preformed biopolymers and bio-based epoxy resins. - The mechanical properties of the resulting polymer nanocomposites are improved as compared to the neat polymeric matrices owing to the strong interface interaction between fillers and dispersion matrices

Le liège est un matériau issu du chêne-liège, le Quercus suber L. dont l’écorce est extraite environ tous les dix ans. Ce matériau est connu principalement pour son utilisation dans le secteur vinicole pour l’élaboration de bouchons ainsi que dans le domaine du bâtiment pour la fabrication de panneaux agglomérés avec une résine à base de polyuréthane. Cependant la mise en forme et le traitement du liège produisent des tonnes de résidus de liège qui représentent 20 % de la production totale du liège. La granulométrie trop faible de ces résidus ne permet pas de les utiliser pour les applications précédentes. Le but de ce travail de thèse est donc de valoriser l’usage de ces résidus de liège et d’élaborer une nouvelle résine bio-sourcée pouvant remplacer l'agglomération jusqu’alors réalisée par des résines issues de la pétrochimie. Dans un premier temps, le mécanisme de polymérisation d’une première matrice bio-sourcée à base d’huile de lin époxydée est étudiée grâce à la méthode isoconversionnelle avancée. Les performances de trois acides dicarboxyliques possédant une longueur de chaînes différentes sont comparés en tant que durcisseur. Dans un second temps, le composant majoritaire en masse dans le liège, la subérine, est extrait. Elle se présente sous deux textures différentes. Par cette méthode, la subérine est extraite d’une manière plus adaptée aux contraintes des industries. Elle peut ainsi être produite pour des applications à plus faible valeur ajoutée. Une étude de la réactivité entre l’huile de lin époxydée et la subérine a ainsi été mise en place pour concevoir un nouveau type de matériau thermodurcissable bio-sourcé à base de liège. Enfin deux types de composites liège/liant bio-sourcés sont étudiés dans le cadre de ce travail de thèse avec d’une part le poly(alcool furfurylique) et d’autre part l’utilisation d’huiles végétales. Les surfaces de fracture, les propriétés thermiques et mécaniques de ces composites sont observées, étudiées et comparées à des échantillons agglomérés avec des résines déjà commercialisées à base de polyuréthane
Cork is derived from the cork oak outer bark (Quercus suber L.) which is harvested around each ten years. This material is known mainly for its use in wine and building industries for cork stoppers production, on the first hand and for the manufacture of agglomerated insulated cork panels with a polyurethane resin on the second hand. However during the industrial cork processing, cork residues are produced which are representing 20 % of total cork production. The granulometry of these residues is too low and they are not suitable for cork conventional applications. The goal of this thesis is to valorize the use of cork residues and to agglomerate them thanks to a biobased resin that can replace the use of petrochemical resin. In a first part, mechanisms of polymerisation of a first biobased matrix is studied based on epoxidized linseed oil thanks to the use of isoconversional method. Performances of three dicarboxylic acids with a various carbon chain length are compared as hardener. Then, the major component of cork, named suberin, is extracted in the form of two different textures. Secondly, suberin is also extracted with a way more adapted for industrial constraints in order to produce it for low value-added applications. A study of the reactivity between epoxidized linseed oil and suberin is drived to design a new biobased thermoset material. Finally two types of biobased cork composites are studied in this PhD work with two different matrix: the poly(furfuryl alcohol) and epoxidized vegetal oils. The fracture surfaces as well as thermal and mechanical properties of these composites are observed, studied and compared to samples agglomerated with commercially available on polyurethane resin

L'utilisation des matériaux composites renforcés par des fibres végétales ne cesse de croitre dans divers secteurs tels que l'automobile et le packaging. Toutefois, le problème de leur sensibilité à l'humidité freine encore leur utilisation dans des applications exposées à des conditions environnementales extrêmes. Par conséquent, l'hybridation des fibres végétales avec des fibres synthétiques peut constituer une voie prometteuse pour améliorer certaines propriétés des composites à renfort végétal. C'est dans ce contexte que se situe le présent travail doctoral. Il présente une analyse expérimentale du comportement en fatigue par traction--traction et en fatigue par chocs à faible énergie de stratifiés non hybrides et hybrides lin-verre/époxyde. Une investigation de leur durabilité après un vieillissement hydrique jusqu'à la saturation est également présentée. À cette fin, plusieurs plaques des composites non hybrides et hybrides lin-verre/époxyde ont été élaborées par le procédé d'infusion sous vide. Dans un premier temps, nous avons réalisé une caractérisation en traction monotone des composites de l'étude et étudié la cinétique de diffusion de l'humidité au sein de ces matériaux. Les résultats de ces essais montrent que le remplacement de couches de lin par des couches de verre améliore nettement les propriétés mécaniques stratifié lin/époxyde et diminue également sa masse d'eau absorbée à saturation. Ensuite, des essais de fatigue cyclique ont été réalisés sur des éprouvettes composites non vieillies et vieillies. Ces essais de fatigue ont été couplés à la technique de l'émission acoustique afin d'identifier les mécanismes d'endommagement et leur chronologie d'apparition. Pour évaluer l'effet de la charge de fatigue sur la perte de rigidité, les boucles d'hystérésis et le facteur d'amortissement des composites non hybrides et hybrides ont été étudiées. L'analyse des signaux acoustique permet d'identifier trois classes de signaux acoustiques dans tous les composites étudiés. Ces trois classes sont attribuées aux principaux mécanismes d'endommagement comme la fissuration matricielle, la décohésion fibre--matrice et la rupture des fibres. Cette attribution est consolidée par des observations microscopiques obtenues à l'aide d'un microscope électronique à balayage. Enfin, des essais de fatigue par chocs à faible énergie ont été réalisés sur des échantillons composites non vieillis et vieillis. Les résultats obtenus montrent clairement que le composite lin/époxyde absorbe une grande partie de l'énergie d'impact en déformation élastique. Cependant, le stratifié verre/époxyde consomme cette énergie en endommagement et rupture. De plus, le vieillissement hydrique fragilise tous les composites étudiés et diminue leur résistance à la fatigue par chocs
The use of natural fibre-reinforced composite materials is growing in various sectors such as automotive and packaging. However, the problem of their sensitivity to humidity still hinders their use in applications exposed to extreme environmental conditions. Therefore, the hybridization of natural fibres with synthetic fibres can constitute a promising way to improve some properties of natural fibre-reinforced composites. It is in this context that the present doctoral work is situated. It presents an experimental analysis of the tensile-tensile fatigue and low-energy impact fatigue behaviour of non-hybrid and hybrid flax-glass/epoxy laminates. An investigation of their durability after water aging until saturation is also presented. To this end, several plates of non-hybrid and hybrid flax-glass/epoxy composites have been fabricated by the vacuum infusion process. First, we carried out a monotonic tensile characterization of the studied composites and evaluated the kinetics of moisture diffusion within these materials. The results of these tests show that the addition of glass layers to the flax/epoxy laminate improves its mechanical properties and also reduces its mass of water absorbed at saturation. Then, cyclic fatigue tests were performed on unaged and aged composite specimens. These fatigue tests were coupled with the acoustic emission technique in order to identify the damage mechanisms and their chronology of appearance. To evaluate the effect of fatigue loading on the loss of stiffness, hysteresis loops and the damping factor of non-hybrid and hybrid composites were investigated. The analysis of the acoustic signals makes it possible to identify three classes of acoustic signals in all the studied composites. These three classes are attributed to the main damage mechanisms such as matrix cracking, fibre/matrix decohesion and fibre breakage. This attribution is supported by microscopic observations obtained using a scanning electron microscope. Finally, low-energy impact fatigue tests were performed on unaged and aged composite samples. The obtained results clearly show that the flax/epoxy composite absorbs a large part of the impact energy and transforms it into elastic energy. However, the glass/epoxy laminate consumes this energy in damage and breakage. In addition, water aging weakens all the studied composites and reduces their resistance to impact fatigue

Le devenir des matières plastiques issues de la production pétrolière est de plus en plus remis en cause et en conséquence de nouvelles matières plus repectueuses de l'environnement sont proposées. Parmi ces nouvelles matières, les plastiques issus de bio-ressources en général, et l'amidon en particulier, semblent être capables de remplacer les matières plastiques issues de la pétrochimie. Ainsi, le premier objectif de ce travail est d'étudier l'influence des différents constituants utilisés pour la mise en oeuvre d'une matrice thermoplastique à base de farine de blé sur les propriétés physiques des films obtenu. Nous avons réalisé des films de compositions différentes et comparé les structures, les morphologies, les propriétés thermiques, mécaniques et vibro-acoustiques obtenues. Puis, nous nous sommes intéressés à la valorisation des fibres naturelles (coton, lin et bambou) par leur incorporation dans notre matrice. Ces fibres n'ont pas été choisies par hasard. En effet, le coton est issu du recyclage de découpe de tissus, la fibre de lin courte est un sous-produit de la production des fibres longues et enfin le bambou a l'avantage de croître très rapidement. Nous avons pu montrer dans un premier temps, que la composition de la matrice initialement établie dans un brevet peut être simplifiée et améliorée par la suppression de certains constituants comme la silice, le stéarate de magnésium et le sorbitol en partie. Dans un deuxième temps, des composites 100 % naturels "low-tech" ou à courte durée de vie ont été réalisés en variant la nature du renfort utilisé. A l'avenir, les performances observées peuvent permettre de cibler des marchés bien spécifiques
Over the last decades the consumption of synthetic polymers and their products increased rapidly and the problems concerning the plastic wastages are now one of the most important limiting factors for its extensive usages. The research efforts are being harnessed in the development of fully biodegradable "green" materials. Among these new materials , plastics resulting from bio-resources in general, and starch in particular, seem to be able to replace polymers resulting from petro chemistry. Thus, the primary goal of this work was to study the effect of the composition of a wheat flour based matrix on the physical properties. By the mean of an extrusion process, we carried out films with different compositions and compared the structures, morphologies, the thermal and mechanical properties obtained. Then, we focused on the valorisation of natural fibres (cotton, flax and bamboo) by their incorporation in our matrix. These fibres were not chosen by hazard, indeed, cotton is resulting from the recycling of fabric cutting, the short flax fibres are a by-product of the production of long fibres and finally the bamboo because this plant can present very fast growths. We could show initially that the matrix composition initially established in a patent can be simplified and improved by the suppresion of certain components like silica, stearate of magnesium and partly the sorbitol. Then, "low-tech" 100 % natural composites (short life time) were carried out by varying the nature of the reinforcement used. In the future, these performances will make it possible to target quite specific markets