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1 - ENJEUX

2 - PRÉSENTATION DES DIFFÉRENTES FIBRES NATURELLES

3 - FIBRES D’ORIGINES VÉGÉTALES

4 - FIBRES D’ORIGINE ANIMALE

5 - MATÉRIAUX COMPOSITES ET FIBRES NATURELLES

6 - CONCLUSION ET PERSPECTIVES

| Réf : N2220 v1

Matériaux composites et fibres naturelles
Fibres naturelles de renfort pour matériaux composites

Auteur(s) : Christophe BALEY

Date de publication : 10 avr. 2005

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  • Christophe BALEY : Docteur de l’Université et de l’École centrale de Nantes - Enseignant-chercheur à l’Université de Bretagne Sud

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INTRODUCTION

Un matériau composite se définit comme un arrangement de fibres – continu ou non – d’un matériau résistant (le renfort), noyé dans une matrice dont la résistance mécanique est beaucoup plus faible. La matrice (le liant) conserve la disposition géométrique du renfort et lui transmet les sollicitations auxquelles est soumise la pièce. Elle peut appartenir à la famille des polymères, des métaux ou des céramiques.

Dans cet article ne sont abordées que les fibres organiques et naturelles, et les matériaux composites associés, à matrice polymère.

Sous le terme « fibres naturelles » se trouvent des fibres organiques, d’origine végétale (cellulosique) et animale (protéinique), et des fibres minérales telles que l’amiante.

L’utilisation de fibres naturelles comme renfort de matériaux composites se justifie pour :

  • valoriser une ressource locale dans des pays peu industrialisés ;

  • développer des matériaux et des technologies prenant en compte les impacts sur l’environnement.

L’objectif de cet article n’est pas de faire un inventaire de toutes les fibres disponibles, mais de présenter les exemples les plus intéressants.

Si de nombreuses variétés de fibres naturelles existent, pour la fonction de renfort on constate que les fibres présentant les performances les plus intéressantes ont un rôle structurel dans la nature. Les propriétés des différentes fibres naturelles organiques sont présentées dans cet article, mais il faut rappeler que, compte tenu de leur caractère naturel, leurs performances sont dispersées. Il ne faut donc pas conclure hâtivement de la supériorité ou du manque d’intérêt de telle ou telle variété.

Les fibres végétales sont couramment utilisées car ce sont les fibres les plus disponibles. Leur structure complexe est assimilable à celle de matériaux composites renforcés par des fibrilles de cellulose disposées en hélice. Les paramètres les plus importants sont le pourcentage de cellulose (renfort) et l’angle microfibrillaire (orientation du renfort).

Les soies animales, bien que peu utilisées, présentent un allongement à rupture très important. Cette caractéristique illustre l’intérêt qu’elles présentent car, en terme d’absorption d’énergie mécanique, les soies sont inégalées dans le monde des fibres synthétiques et naturelles.

Les technologies de transformation utilisables pour la réalisation de pièces en matériaux composites sont identiques à celles utilisées pour des fibres de synthèse en veillant toutefois à ne pas dépasser une température de 200 à 230 oC, qui correspond au début de la dégradation.

L’utilisation de biocomposites, association d’un biopolymère (polymère biodégradable) et de biofibres (fibres biodégradables), présente des avantages pour le recyclage. En effet, ils permettent la réalisation de pièces qui, en fin de vie, seront broyées puis incorporées dans un compost.

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DOI (Digital Object Identifier)

https://doi.org/10.51257/a-v1-n2220


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5. Matériaux composites et fibres naturelles

5.1 Exemples d’application

Pour des raisons de disponibilité et de coût, des fibres naturelles d’origine végétale sont plus utilisées pour le renforcement de matériaux composites. Si les fibres végétales peuvent être considérées comme de nouveaux renforts, elles sont néanmoins utilisées depuis de nombreuses années. Les matériaux composites renforcés par des fibres naturelles ne sont pas récents. En 1908, par exemple, des composites associant une résine phénolique au coton ou au papier ont été développés pour la réalisation industrielle de panneaux et de tubes pour l’électronique.

Au cours des années trente, le Celoron (marque Tufnof), constitué de tissu de coton imprégné de résine phénolique, permettait la réalisation d’engrenages et de cames à longue durée de vie. Utilisable dans l’eau, ce matériau a été utilisé pour la réalisation de paliers d’arbres d’hélice, de pièces d’accastillage pour voiliers [joues de poulies, poupées de winch (figure 9)...], disjoncteurs de centrales électriques... Ces produits sont encore aujourd’hui disponibles.

En Inde, en 1978, des maisons et un silo ont été réalisés à Madras en polyester renforcé par des fibres de jute. Pendant des décennies, les fibres issues des déchets textiles ont renforcé le matériau synthétique de la carrosserie de la « Trabant » en Allemagne de l’Est. Pal [47], quant à lui, présente la réalisation de barques par moulage au contact, en Inde ; la coque est renforcée par des fibres de verre (en extérieur) et du jute. Mercedes-Benz, enfin, utilise pour son modèle « Classe A », un composite renforcé par des fibres de lin et de sisal afin de réaliser les garnitures intérieures de portières, dossiers de sièges, support de moquette, habillage de coffre, etc. Pour cette application, des non-tissés à base de fibres végétales et de fibres thermoplastiques sont transformés par compression en température (TRE Thermoplastique Renforcé Estampable). L’utilisation de ce matériau s’inscrit dans une démarche d’écoconception. On note enfin le développement de granulés thermoplastiques (polypropylène, par exemple) renforcés par des fibres naturelles végétales et utilisés dans différents domaines...

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BIBLIOGRAPHIE

  • (1) - AGRICE-ADEME -   Produits renouvelables : vers un nouvel âge d’or du végétal.  -  Communication Agrice (Agriculture pour la chimie et l’énergie) du 15 janvier 2002.http://www.Ademe.fr

  • (2) - Industrie Française des matériaux composites -   Des enjeux prioritaires pour un développement durable.  -  DIGITIP décembre 2001. http://www.industrie.gouv.fr/composites

  • (3) - OUDET (C.) -   Polymères. Structure et propriétés.  -  Masson, Paris (1993).

  • (4) - GUILLON (D.) -   Fibres de verre de renforcement.  -  Techniques de l’Ingénieur , Plastiques et Composites (1995).

  • (5) - LUYCKX (J.) -   Fibres de carbone.  -  Techniques de l’Ingénieur A 2 210, Plastiques et Composites (1995).

  • (6) - PINZELLI (R.) -   Fibres aramides pour matériaux composites.  -  ...

DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES

1 Données économiques (tableau 1)

Remarques

• Les informations de prix données sont indicatives. En effet, le prix des fibres est fonction de la présentation, de la qualité, des quantités et des traitements de surface.

• Par ailleurs, il est difficile de comparer des prix au kilo de fibres dont la masse volumique et les propriétés mécaniques sont différentes.

• Au prix de 1,5 euro/kg (HT), les fibres de verre E se présentent sous forme de bobines (prix en grande quantité). Le prix d’un mat de verre est de 2,20 euros/kg et le tissu (taffetas de 500 g/m2) est de 2,75 euros/kg.

• Pour les fibres végétales, la production est principalement utilisée par l’industrie textile.

HAUT DE PAGE

2 Producteurs de fibres et distributeurs

(liste non exhaustive)

Fibres de lin :

Terre de Lin

http://www.terredelin.com

Fibres de chanvre

La chanvrière de l’Aube

htpp://www.aubiose.com

Non-tissé à base de fibres végétales...

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