Fibres naturelles de renfort pour matériaux composites

Un matériau composite se définit généralement par l’assemblage de deux phases : le renfort (sous forme de fibres le plus souvent) et la matrice. Cette dernière conserve la disposition géométrique des fibres et assure, par les interfaces, le transfert de charge entre elles. La matrice (le liant en d’autres termes) peut appartenir à la famille des polymères, des métaux ou des céramiques. Sous les mots « fibres naturelles » se trouvent des fibres organiques, d’origine végétale (cellulosique) et animale (protéinique), et des fibres minérales telles que l’amiante (qui ne seront pas présentées dans cet article).

Dans cet article ne sont donc abordés que les fibres organiques et renouvelables, et les matériaux composites associés, matériaux utilisant un polymère comme matrice.

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 permettant de réduire les impacts sur l’environnement ;

• utiliser des ressources renouvelables.

L’objectif de cet article n’est pas de faire un inventaire de toutes les fibres disponibles, mais de présenter des exemples intéressants, d’illustrer leurs capacités de renforcement et de prendre du recul par rapport à leurs usages. Il existe de nombreuses variétés de fibres naturelles, mais seules certaines présentent des propriétés mécaniques remarquables justifiant leur usage comme renfort de matériaux composites. On note que ces dernières ont un rôle structurel dans la nature. Par exemple, une tige de lin est renforcée par des fibres placées à l’extérieur qui sont des tissus de soutien ; elles présentent des performances mécaniques intéressantes compte tenu de leur fonction et du fort élancement de ces plantes.

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. Pour comprendre l’origine de leur comportement, il est nécessaire de connaître leur microstructure et leur composition. Ces sujets seront présentés par la suite de manière simplifiée. La notion de fibres dans une plante a un sens botanique, qui décrit une seule cellule végétale allongée et à paroi épaisse, il existe donc différentes natures de cellules. Les fibres végétales décrites dans cet article correspondent à celles utilisées depuis longtemps pour des applications textiles ou pour la réalisation de cordages, elles ont une fonction dans la nature généralement de soutien et rarement de conduction....