Présentation
Auteur(s)
-
Christophe BALEY : Docteur de l’Université et de l’École centrale de Nantes - Enseignant-chercheur à l’Université de Bretagne Sud
Lire cet article issu d'une ressource documentaire complète, actualisée et validée par des comités scientifiques.
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.
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 93 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
VERSIONS
- Version archivée 2 de janv. 2013 par Christophe BALEY
- Version courante de juil. 2020 par Christophe BALEY
DOI (Digital Object Identifier)
Présentation
Fibres d’origine animaleArticle inclus dans l'offre
"Plastiques et composites"
(401 articles)
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
3. Fibres d’origines végétales
3.1 Structure d’une fibre
En première approche, une fibre végétale est assimilable à un matériau composite renforcé par des fibrilles de cellulose (figure 2) [25]. La matrice est principalement composée d’hémicellulose et de lignine. Les fibrilles de cellulose sont orientées en hélice suivant un angle nommé angle microfibrillaire. Habituellement, dans un matériau composite, le taux de renfort et l’orientation des fibres conditionnent les caractéristiques élastiques et à rupture. De même, dans une fibre végétale, les propriétés physiques des fibres naturelles sont principalement déterminées selon la composition chimique et physique, la structure, le pourcentage de cellulose, l’angle microfibrillaire, la section et le degré de polymérisation [27]. En simplifiant, pour un pourcentage de cellulose donné, plus l’angle microfibrillaire sera faible et plus la rigidité et la résistance de la fibre seront élevées ; plus l’angle microfibrillaire sera important et plus l’allongement à rupture sera important. Le tableau 2 présente, pour différentes fibres, le pourcentage de cellulose, l’angle microfibrillaire, les dimensions des fibres et le rapport d’aspect L /d (longueur/diamètre). Le rapport L /d est un paramètre important pour permettre le transfert de charges entre fibre et matrice (voir [A 7 765] pour plus de détails).
Pour un matériau composite renforcé par des fibres discontinues et sollicité en traction, le rapport d’aspect de la fibre doit être supérieur au rapport d’aspect critique pour bénéficier de ces caractéristiques, c’est-à-dire pour que la fibre casse sans déchaussement. Le rapport d’aspect critique est fonction de la contrainte à rupture en traction de la fibre et de la contrainte de rupture en cisaillement de l’interface fibre matrice. Les fibres de ramie et de lin présentent un pourcentage de cellulose important, un angle microfibrillaire faible et...
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 92 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
Fibres d’origines végétales
Article inclus dans l'offre
"Plastiques et composites"
(401 articles)
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
Cet article est réservé aux abonnés.
Il vous reste 94 % à découvrir.
Déjà abonné ? Se connecter
Article inclus dans l'offre
"Plastiques et composites"
(401 articles)
Actualisée et enrichie d’articles validés par nos comités scientifiques.
Quiz, médias, tableaux, formules, vidéos, etc.
Opérationnels et didactiques, pour garantir l'acquisition des compétences transverses.
Un ensemble de services exclusifs en complément des ressources.
