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 :
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valoriser une ressource locale dans des pays peu industrialisés ;
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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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Fibres d’origines végétalesArticle inclus dans l'offre
"Plastiques et composites"
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2. Présentation des différentes fibres naturelles
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Classification
On peut subdiviser les fibres naturelles en trois grands groupes selon leur origine (figure 1) [3] :
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les fibres végétales qui comprennent : les fibres provenant des poils séminaux de graines (coton, kapok) ; les fibres libériennes extraites de tiges de plantes (lin, chanvre, jute, ramie) ; les fibres dures extraites de feuilles (sisal), de troncs (chanvre de Manille), d’enveloppes de fruits (noix de coco) ;
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les fibres animales qui proviennent des poils, telle que la toison animale, et des sécrétions telle que la soie ;
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les fibres minérales.
Pour une application de renforcement de polymère, on s’intéresse aux fibres ayant une fonction structurelle dans la nature. La laine, par exemple, possède une fonction d’isolation thermique et ne présentera pas de propriétés mécaniques remarquables. Les fibres végétales provenant des tiges, des feuilles et des fruits, ainsi que les sécrétions animales présentent (en revanche) des propriétés mécaniques intéressantes.
L’objectif de cet article n’est pas de faire l’inventaire de toutes les fibres disponibles mais de présenter des exemples parmi les plus intéressants en termes d’applications industrielles.
Des charges organiques naturelles (fibres de bois et fibres végétales, par exemple) utilisées pour modifier les propriétés des polymères font l’objet d’un article des Techniques de l’Ingénieur .
Nota :les références des Techniques de l’Ingénieur sont données en fin de bibliographique en .
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Comparaison des propriétés mécaniques en traction de diverses fibres
Le tableau 1 présente les caractéristiques mécaniques en traction de différentes fibres d’origine naturelle ainsi que celles des fibres de renfort couramment utilisées pour le renforcement de matériaux composites courants. Les valeurs présentées sont issues de la littérature et, compte tenu du caractère naturel de ces fibres, on remarque des dispersions. Ces valeurs sont discutables car on note des différences pour un même type de fibre, en fonction des paramètres tels que l’origine, la variété, les conditions de croissance et de récolte des fibres,...
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