Présentation
Auteur(s)
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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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Lire l’articleINTRODUCTION
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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VERSIONS
- Version archivée 2 de janv. 2013 par Christophe BALEY
- Version courante de juil. 2020 par Christophe BALEY
DOI (Digital Object Identifier)
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Présentation des différentes fibres naturellesArticle inclus dans l'offre
"Plastiques et composites"
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1. Enjeux
D’une manière générale, l’utilisation de fibres naturelles comme renfort de matériaux composites se justifie pour :
-
valoriser une ressource locale dans des pays peu industrialisés, les composites à fibres naturelles ouvrant de nouveaux débouchés aux produits agricoles ;
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développer des matériaux et des technologies prenant en compte les impacts sur l’environnement. Les fibres naturelles sont des matériaux de qualité qui se fabriquent et se recyclent naturellement sur terre depuis des millions d'années (matériaux biodégradables et renouvelables par culture). Dans cet esprit, on envisage de remplacer les fibres de verre par des fibres naturelles, non pour faire des économies, mais parce que les matières premières renouvelables présentent des avantages écologiques.
Le choix des fibres provenant d’un milieu naturel et présentant des performances mécaniques intéressantes se fait en tenant compte :
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de leur origine et fonction : les fibres présentant des performances mécaniques élevées ont un rôle structurel dans la nature ;
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de leur disponibilité avec des propriétés maîtrisées ; une fibre naturelle est considérée comme disponible si le volume de fibres présent sur le marché est suffisant pour réaliser des pièces industrielles. On note que sa production est liée aux débouchés ;
-
de leur composition et structure souvent complexes. Bien que les matériaux composites soient souvent présentés comme nouveaux et révolutionnaires, il est possible d’en trouver partout dans la nature, que ce soit dans le monde végétal ou dans le monde animal. Une multitude de matériaux naturels, les uns rigides mais légers, comme les os, les autres souples mais résistants, comme le bois, doivent leurs propriétés mécaniques à leur structure composite.
Les fibres naturelles sont initialement biodégradables et doivent le rester à la suite des traitements qu’elles subissent pour une application de renfort de matériau composite (la vitesse de dégradation peut être, elle, modifiée). Un matériau est dit biodégradable s’il est dégradé par des micro-organismes (des bactéries, par exemple). Le résultat de cette dégradation est la formation d’eau, de dioxyde de carbone et/ou de méthane et éventuellement de sous-produits non toxiques pour l’environnement.
Ces...
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