Fibres lignocellulosiques

La fibre lignocellulosique, renouvelable et très abondante, a attiré depuis des années l’ attention de plusieurs équipes de recherches à travers le monde pour des applications industrielles diverses: textiles techniques, pâtes et papiers, biocomposites, bioéthanol et activités de construction. Ces fibres ont été cultivées, transformées, et utilisées dans différentes zones climatiques du monde depuis  environ 5000 avant J.e. La production mondiale annuelle des fibres végétales est de l’ordre de 4 milliards de tonnes. Le bois  représente 68,5% de la consommation totale mondiale de fibres et il continuera d’être une source importante de fibres végétales.

Il existe beaucoup de similitudes dans les caractéristiques physiques et chimiques des fibres lignocellulosiques provenant des végétaux. Cependant, chaque type de fibre possède son propre et unique composition chimique, sa structure anatomique et ses propriétés physiques, chimiques et mécaniques. Aussi, avant l’ utilisation d’ une fibre naturelle, il est essentiel de connaitre ses caractéristiques ainsi que les facteurs influant sa performance.

L’ intérêt pour les fibres végétales, aujourd’ hui, est manifeste. En effet, il suffit de regarder le nombre croissant de publications concernant l’ utilisation des fibres naturelles ou modifiées, dans différentes applications industrielles surtout dans les deux domaines : composites et papier.

La consommation du papier dans le monde a augmenté de 50% durant les dernières décennies. Pour répondre aux inquiétudes concernant la déforestation, les industriels et les scientifiques cherchent d’ autres sources de fibres autres que le bois. Le choix s’ est porté essentiellement sur les plantes annuelles ou pérennes. Cette évolution s’ est accompagnée, aussi, d’ un développement technologique propre. Actuellement, dans les pays en développement, environ 60% des fibres cellulosiques, proviennent de matières premières non ligneuses telles que la bagasse, la paille de céréales, le bambou, les roseaux, l’ alfa, le jute, le lin, le sisal. Ces fibres végétales, de sources botaniques multiples, partagent la cellulose comme composante structurelle biologique fondamentale

Aujourd’ hui, en plus de leur utilisation dans l’industrie papetière, ces fibres sont utilisées comme renfort dans les matériaux composites. Ces derniers connaissent depuis la fin du siècle dernier un développement croissant et ceci en raison des restrictions environnementales.

Les fibres végétales naturelles sont des parois cellulaires ayant une structure fibrillaire, constituées essentiellement de cellulose, d’hémicellulose et de lignine en plus de composés en faibles proportions à savoir les cires, les lipides, les matières minérales et les composés solubles dans l’eau [3]. Les proportions de ces différents constituants dépendent énormément de l’espèce, de l’âge et des organes de la plante [4-6]. Cependant, la plupart des propriétés de la plante végétale sont régies par les trois composantes polymériques principales (cellulose, hémicellulose et lignine) [7]. Compte tenu de ces trois principaux constituants organiques, les fibres végétales sont donc collectivement dénommées fibres lignocellulosiques, matériels lignocellulosiques, ou simplement lignocellulose. Aussi, un des grands défis dans l’utilisation industrielle des matières lignocellulosiques est de comprendre la composition très variable et les attributs résultants de différences entre les espèces, ainsi que la variation souvent considérable entre les individus d’une espèce et même au sein de plantes individuelles [1].

La classification des fibres végétales est assez complexe. Selon la littérature, les fibres végétales peuvent être classées en trois catégories selon [8]:

➤ L’origine des fibres : de tige (kénaf, jute, lin, ramie, etc.), de feuilles (sisal, abaca, paille de graminées, etc.), de fruits (noix de coco) ou de graines (coton, kapok, etc.).

➤ La longueur des fibres: qui est fonction du procédé technologique utilisé pour son extraction. La plupart des fibres libériennes et les fibres issues de feuilles, considérées comme fibres longues, présentent des longueurs supérieures à 120-150mm. En revanche, les fibres ayant une longueur de fibres comprise entre 20 et 60mm, par exemple le coton, sont considérées comme étant des fibres courtes-discontinues.

➤ Les critères fonctionnels: (i) les fibres de faible rigidité, généralement issues de plantes annuelles pauvres en lignine (coton, chanvre, jute, lin), se caractérisent par un toucher doux; (ii) les fibres plus grossières présentant une rigidité en torsion et en flexion plus importante, sont plus dures et se caractérisent par une teneur en lignine plus importante. Des exemples typiques sont le bois, le sisal et l’abaca.

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Malgré ces justifications, les classifications de fibres restent quelque peu arbitraires bien que souvent sont assez utiles.

Table des matières

INTRODUCTION GÉNÉRALE
PARTIE A : SYNTHÈSE BIBLIOGRAPHIQUE
CHAPITRE I ; FIBRES LIGNOCELLULOSIQUES
Introduction
1- Les sources de fibres
1- Descriptif de la fibre végétale
2- Classification des fibres végétales
3- Composition chimique et structure de la cellule végétale
3-1- Cellulose
3-2- Hémicellulose
3-3- Lignine
3-4- Extractibles
II-Etude bibliographique des fibres végétales utilisées
1- Plantes vivaces
1-1-Agave (Agave America na L.)
1-2-Typha (Typha Latifolia)
1-3-Pennisetum (Pennisetum Alopecoroïdes)
1-4-Halfa (Stipa Tenacissima) .
l-S-Jonc Uuncus effusus)
1-6-Diss (Ampelodesmos Mauritanius)
1-7-Lin (Linum usitatissimum)
2- Pâtes commerciales (Kraft et TMP) à partir d’épinette noire
III-Propriétés physiques et mécaniques des fibres végétales
1- Propriétés physiques
2- Propriétés mécaniques
IV-Méthodes d’extraction des fibres végétales et leurs effets sur les fibres
1- Méthodes d’extraction
2- Blanchiment
3- Effet du processus sur les propriétés des fibres
Conclusion
CHAPITRE II : PAPIER
Introduction
I-Production et consommation du papier
II-Procédés de fabrication du papier
III-Spécificités des fibres issues des plantes dans la fabrication du papier
IV-Propriétés du papier
1- Propriétés structurales
2- Propriétés optiques
3- Propriétés de surface
4- Propriétés mécaniques
5- Propriétés diélectriques
V-Conséquences des procédés papetiers sur les propriétés du papier
Conclusion
CHAPITRE III : COMPOSITES EPOXY RENFORCES PAR LES FIBRES LIGNOCELLULOSIQUES 
Introduction
I-Constituants des matériaux composites à base de fibres Iignocellulosiques
1- Matrice
2- Renfort : fibres cellulosiques
3- Interface fibre/matrice: notion d’adhérence
II-Facteurs affectant les performances de composites à base de fibres
Iignocellulosiques
1- Composition chimique des fibres
2- Stabilité thermique du composite
3- Effet de la teneur de fibres
4- Effet de la longueur et du facteur de forme des fibres
5- Défauts le long de fibres: dislocations, entortillements et microcompressions
6- Orientation des fibres
7 – Rôle de l’interface fibre/matrice
III-Nouveaux défis et opportunités
Conclusion
PARTIE B: MATÉRIELS ET MÉTHODES
CHAPITRE I : PREPARATION DU PAPIER ET DES COMPOSITES 
I-Extraction des fibres cellulosiques
1- Matières premières
2- Procédé d’extraction des fibres cellulosiques marocaines
3- Pâtes Kraft commerciales
4- Pâtes thermomécaniques commerciales
II-Préparation des feuilles de papier
III-Elaboration des composites
1- Matière première
2- Réalisation des mats
3- Préparation des composites
CHAPITRE II ; TECHNIQUES D’ANALYSE DES MATERIAUX ELABORES ETUDE DES PROPRIETES DU PAPIER ISSU DES PLANTES VIVACES ET DES PATES COMMERCIALES
I-Caractérisation des pâtes cellulosiques
1- Morphologie des fibres
2- Rétention d’eau des fibres cellulosiques
3- Détermination de cristallinité des fibres par RX
II-Caractérisation des feuilles de papier
1- Tests non destructifs
1-1- Siccité
1-2- Epaisseur et grammage des formettes
1-3- Mesure de porosité
1-4- Mesure de rugosité
1-5- Test de propriétés optiques
2- Tests destructifs
2-1- Taux de cendres
2-2- Test de traction
2-3- Test de déchirure
3- Microscopie électronique à balayage des feuilles (MEB)
4- Mesure de l’angle de contact
5- Mesures diélectriques
III-Caractérisation des composites
1- Caractérisation des mats
2- Caractérisation des composites
2-1- Essais de traction
2-2- Etude microscopique
PARTIE C: RÉSULTATS ET DISCUSSIONS
CHAPITRE 1: ÉTUPE DES PROPRIÉTÉS DU PAPIER ISSU PES PLANTES VIVANTES ET DES PATES COMMERCIALES
Introduction
I-Caractérisation des pâtes de fibres végétales et les fibres commerciales
1- Distribution et morphologie des fibres issues des différentes espèces
2- Rétention d’eau des fibres cellulosiques (VRE)
3- Cristallinité des fibres cellulosiques par diffraction des rayons X
II-Propriétés du papier issu des fibres végétales et des pâtes commerciales
1- Propriétés physiques du papier
2- Propriétés mécaniques du papier
3- Propriétés de surface du papier..
4- Propriétés diélectriques du papier
4-1- Propriétés diélectriques du papier non chargé
4-2- Propriétés diélectriques du papier chargé
Conclusion
CHAPITRE II ; ETUDE DES PROPRIETES DE TRACTION DE COMPOSITES RENFORCES PAR FIBRES LIGNOCELLULOSIQUES
Introduction
I-Propriétés des pâtes et des mats
II-Propriétés de traction des composites
Conclusion
CONCLUSION GÉNÉRALE 

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