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Les matériaux biocomposites
Les matériaux biocomposites sont des matériaux composites constitués de renforts et de résines d’origine animale ou végétale. Il suffit que l’un des composants principaux du matériau composite soit de ressource renouvelable pour que le matériau soit un biocomposite.
Ces matériaux sont entrain de gagner des parts dans le marché du composite car non seulement le prix du pétrole a augmenté et plusieurs règlements ont été imposés afin de recycler les composites synthétiques, mais aussi les propriétés mécaniques spécifiques de ces biocomposites sont assez importantes.
Les fibres végétales
Les fibres végétales, ou les fibres cellulosiques sont des fibres naturelles. Elles sont issues de plusieurs sources comme :
• Les graines et les fruits des plantes : noix de coco, coton…;
• Les feuilles et les tiges des plantes : le sisal, le chanvre…;
• Le bois.
Ces renforts naturels présentent plusieurs avantages tels que (Wibowo, 2004):
✓ Leur abondance;
✓ Leurs ressources renouvelables;
✓ Leurs propriétés mécaniques spécifiques importantes;
✓ Leur légèreté;
✓ Leur prix bas;
✓ Leur caractère non abrasif en les comparants avec le verre et la céramique;
✓ Leur caractère non toxique, par contre les fibres de verre peuvent entraîner des irritations à la peau et des maladies dans le système respiratoire lorsque leur poussière est respirée;
✓ Lors des procédés de fabrication, ils nécessitent moins d’énergie par rapport aux fibres synthétiques;
✓ Leur caractère biodégradable.
En tenant compte de la croissance de la conscience des consommateurs concernant l’utilisation des ressources renouvelables, Grand View Research, Inc, (2018) prévoit que le marché des matériaux composites renforcés par les fibres naturelles augmenterait dans les années prochaines. En effet, selon la prévision réalisée par Grand View Research, Inc, le marché des fibres naturelles atteindrait la barre de 10,89 billions USD.
Composition chimique des fibres végétales
Les constituants des fibres végétales peuvent être divisés en deux parties, les composants de la paroi cellulaire qui déterminent les propriétés physiques des fibres végétales, et les substances extractives qui se trouvent avec une faible quantité et affectent la densité et le taux d’humidité des fibres végétales. La paroi cellulaire est considérée comme étant un matériau composite dont le renfort est constitué de fibres de celluloses, et la matrice par l’hémicellulose et la lignine.
Les substances extractives sont essentiellement la pectine, la cire et l’eau (Bodig et Jayne, 1993).
En général les celluloses représentent le composant principal de la fibre végétale. Une fibre de cellulose est constituée de quelques fibrilles ou cellules. Chaque cellule est composée de 2 parois cellulaires principales : primaire et secondaire .
La paroi secondaire est constituée de 3 couches S1, S2 et S3. La couche S2 représente la partie la plus épaisse de la paroi cellulaire. Chaque paroi cellulaire est composée d’une matrice constituée de l’hémicellulose et la lignine renforcée par des microfibrilles de cellulose. Les directions des microfibrilles de ces trois couches sont différentes. La direction des microfibrilles de la couche S2 est presque la même direction que l’axe de la fibre. Par contre, l’orientation des microfibrilles dans les deux autres couches est presque transversale par rapport la direction de la fibre (HO THI, 2008).
Les graminées vivaces
Parmi les ressources des fibres cellulosiques, on peut citer les graminées vivaces. Cette ressource a été traitée par plusieurs chercheurs en tant que renfort pour des matrices polymères ou biopolymères (Nagarajan, Misra, & Mohanty, 2013); (Ragoubi et al., 2012). Parmi ces fibres naturelles, on peut citer :
• Les fibres de switchgrass, appelées aussi « Panicum virgatum ». Ces fibres sont issues d’une plante vivace d’origine nord-américaine et sont capables de s’adapter à différentes conditions environnementales. En effet, ces plantes se trouvent aussi à l’Amérique du Sud et même en Afrique. Ces graminées ont présenté un bon rendement avec un faible coût de production en les comparant avec d’autres fibres (Nagarajan, 2012). Les switchgrass sont utilisées essentiellement pour produire le ‘biofuel’ mais plusieurs études ont montré aussi l’aptitude de ces fibres à renforcer les matrices polymères et biopolymères (Nagarajan et al., 2013) (Murdy, Mak, Misra, & Mohanty, 2015) (van den Oever, Elbersen, Keijsers, Gosselink, & De Klerk-Engels, 2003);
• Les fibres de miscanthus sont aussi issues d’une plante vivace qui se trouve à plusieurs endroits dans le monde, l’Afrique, Japan, Polynésie, Chine et dans les zones tropicales et tempérées dans le monde (Nagarajan, 2012). Les fibres de miscanthus sont caractérisées par un bon rendement et un faible coût de production comme les fibres de switchgrass. De plus, ces fibres ont une croissance rapide et une teneur faible en humidité. Le miscanthus est utilisé en Europe pour générer l’électricité par combustion dans les centrales électriques en Europe (Nagarajan, 2012). Plusieurs études ont montré que les fibres de miscanthus peuvent être utilisées comme renfort pour les polymères et les biopolymères (Ragoubi et al., 2012) (Muthuraj, Misra, & Mohanty, 2017).
INTRODUCTION |
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