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
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Enjeux6. Conclusion et perspectives
Chaque seconde sur terre, une surface de forêt équivalente à 19 courts de tennis disparaît, le désert augmente de 78 m2 en Chine, 1 600 t de glace fondent au Groënland et 720 t de CO2 sont émises dans l’atmosphère à partir de pétrole [64]. Ces chiffres montrent qu’il est crucial de prendre en compte les effets des activités humaines sur l’environnement. C’est dans ce cadre que se développent les écomatériaux et que le terme de développement durable (soutenable) est de plus en plus évoqué. Cette notion de développement durable exige une vue systémique des problèmes d’environnement.
Sur le principe que toute ressource transformée en produit deviendra déchet, on considère que le volume des déchets est comparable au volume des ressources exploitées par l’homme. On sait que les matériaux composites couramment utilisés aujourd’hui ne sont pas facilement recyclables. L’écoconception des pièces en plastiques et en matériaux composites est donc aujourd’hui une nécessité ; ceci correspond à la fois à la mise en place de législations et à la prise de conscience par le public de la notion d’impact sur l’environnement (production, utilisation, gestion de la fin de vie).
Pour le renforcement de polymères, les fibres végétales présentent des propriétés mécaniques spécifiques importantes (au moins pour certaines d’entre elles) et de nombreux atouts si on s’intéresse aux impacts environnementaux. Il s’agit de ressources renouvelables, naturellement biodégradables, (presque) neutres quant aux émissions de CO2 dans l’atmosphère et ne demandant que peu d’énergie pour être produites. Ces fibres peuvent se substituer aux fibres de verre dans de nombreux domaines (pour des structures tertiaires et secondaires dans un premier temps) ou permettre d’atteindre de nouveaux marchés. L’utilisation de biocomposite (association d’un biopolymère avec des biofibres) permet une gestion des déchets et des pièces en fin de vie par compostage.
Les composites renforcés par des fibres naturelles sont encore peu utilisés et en cours de développement. Pour le développement à grande échelle, les efforts portent actuellement sur :
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la mise en place de filière de production et de distribution pour répondre aux besoins de l’industrie ;
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l’augmentation de connaissances sur ces matériaux...
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