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HAL Id: tel-02159522 https://halshs.archives-ouvertes.fr/tel-02159522 Submitted on 18 Jun 2019 HAL is a multi-disciplinary open access archive for the deposit and dissemination of sci- entific research documents, whether they are pub- lished or not. The documents may come from teaching and research institutions in France or abroad, or from public or private research centers. L’archive ouverte pluridisciplinaire HAL, est destinée au dépôt et à la diffusion de documents scientifiques de niveau recherche, publiés ou non, émanant des établissements d’enseignement et de recherche français ou étrangers, des laboratoires publics ou privés. Elaboration et caractérisation de matériaux composites Ketty Bilba To cite this version: Ketty Bilba. Elaboration et caractérisation de matériaux composites. Sciences de l’Homme et Société. Université des Antilles et de la Guyane, 2006. tel-02159522 2 Ce travail sur l’élaboration et la caractérisation de matériaux composites a débuté dès la préparation de ma thèse à l’Université Bordeaux I. Il s’est ensuite poursuivi à l’Université des Antilles et de la Guyane (UAG) après mon recrutement en tant que Maître de Conférences en 1993. La première partie de cette étude a été réalisée au Laboratoire de Chimie du Solide du CNRS. Il s’agissait de la "Conception d’interphases pour de nouveaux matériaux composites à matrice base titane renforcée par des filaments de carbure de silicium". Dès mon intégration à l’UAG, mes activités au sein du Groupe de Recherche sur les Energies Renouvelables (GRER, EA 924) ont tourné autour des biomatériaux et des matériaux composites pour l’habitat. L’accent a été mis sur l’étude des composites à partir de 1997 et actuellement je travaille sur ce thème dans le groupe COVACHIMM - Chimie des Matériaux, Connaissance et Valorisation - EA 3592. Cette activité sur les matériaux composites à base de ciment a été initiée suite à mon intégration au sein de l'équipe de recherche. La thématique principale était alors la valorisation de la matière végétale locale; la réalisation de ciments renforcés par cette matière végétale locale était une voie à explorer pour la valorisation. En effet dans nos régions où la production d'énergie électrique est onéreuse, l'obtention d'un matériau de construction isolant ayant conservé des propriétés mécaniques et de durabilité nécessaires dans les Caraïbes, où les risques naturels sont omniprésents (séismes, cyclones), serait un atout certain. La mise en œuvre de ce travail m’a conduit à collaborer avec d’autres groupes de recherche ou organismes, tels que le Groupe de Technologie des Surfaces et Interfaces (GTSI, EA 2432), le Groupe de Recherche sur les Energies Renouvelables (GRER, EA 924), le Lycée de Rivière des Pères, les Ciments Antillais - Groupe LAFARGE, le programme pluri-formations Centre Commun de Caractérisation des Matériaux des Antilles (C3MAG) de l’UFR Sciences Exactes et Naturelles… Ce mémoire comprend un curriculum vitæ présentant entre autres mes activités d’enseignement, de recherche et autres responsabilités collectives, une liste des publications et communications, un bilan des activités de recherche des années précédentes ainsi qu’un résumé des objectifs de recherche pour les années à venir. 3 SOMMAIRE CURRICULUM VITÆ 5 INTRODUCTION GENERALE 18 CHAPITRE I. MATERIAUX COMPOSITES SiC/Ti POUR DES APPLICATIONS STRUCTURALES DANS L’AERONAUTIQUE I.1 Introduction 23 I.2 Bibliographie de l'interaction fibre matrice (F/M) – Hypothèses pour la conception de nouveaux composites 24 I.2.1 Interaction SiC/Ti 24 I.2.2 Techniques d'investigation 25 I.2.3 Comment réduire l'interaction F/M ? 26 I.3 Interphases et composites 30 I.3.1 Interphase monocouche sur substrat cylindrique de SiC 31 I.3.2 Interphase bicouche sur substrat plan de SiC 32 I.3.3 Interphase bicouche dans les composites fibreux SiC/Ti 33 I.4 Conclusions 34 Références bibliographiques 36 CHAPITRE II. MATERIAUX COMPOSITES POUR L’HABITAT – COMPOSITE FIBRES VEGETALES/CIMENT (CFVC) II.1 Introduction 39 II.2 Etude bibliographique 42 II.2.1 Un peu d’histoire 43 II.2.2 Fibres végétales 44 II.2.2.1 Constituants principaux 44 II.2.2.2 Constituants principaux et traitement thermique 46 II.2.2.3 Fibres végétales: morphologie, composition et traitement thermique 48 II.2.2.4 Fibres végétales et dégradation chimique 54 II.2.2.5 Fibres végétales et caractéristiques physiques 57 II.2.3 Matrice cimentaire 58 II.2.4 Matériaux composites CFVC 62 II.2.4.1 Elaboration et caractérisation des CFVC 63 4 II.2.4.2 Zone d’interaction fibre/matrice 68 II.2.4.3 Problèmes des CFVC 68 II.3 Matières premières de notre étude 71 II.3.1 Fibres végétales 72 II.3.1.1 Description des précurseurs lignocellulosiques 73 II.3.1.2 Matériel et méthodologie 76 II.3.1.3 Composition chimique 79 II.3.1.3.1 Composition botanique 79 II.3.1.3.2 Composition élémentaire 84 II.3.1.4 Morphologie, texture, dimensions et traitement 87 II.3.1.4.1 Morphologie, texture et traitement 87 II.3.1.4.2 Dimensions et traitement 92 II.3.1.5 Evolution structurale et pyrolyse 95 II.3.2 Matrices cimentaires 101 II.4 CFVC de notre étude 103 II.4.1 Matériel et méthodologie 104 II.4.1.1 Hydratation des composites 104 II.4.1.2 Propriétés thermiques des composites 104 II.4.1.3 Propriétés mécaniques des composites 107 II.4.2 Hydratation des CFVC 108 II.4.2.1 Influence de la teneur en fibre 108 II.4.2.2 Influence de la teneur en eau 113 II.4.2.3 Influence de la température de pyrolyse 114 II.4.2.4 Influence de la composition chimique des fibres 116 II.4.3 Propriétés thermiques des CFVC de notre étude 121 II.4.3.1 Influence du vieillissement du composite 121 II.4.3.2 Influence du traitement des fibres 122 II.4.4 Propriétés mécaniques des CFVC 124 II.4.5 Conclusions 126 Références bibliographiques 128 CONCLUSIONS GENERALES ET PERSPECTIVES 133 ANNEXES 137 ANNEXE 1. Constituants chimiques des fibres végétales 138 ANNEXE 2. Pulpes et industrie du papier 140 ANNEXE 3. Méthodes utilisées pour la détermination des teneurs massiques en constituants principaux (extractibles, cellulose, hémicellulose, lignine) 144 5 CURRICULUM VITÆ 6 Etat civil Ketty BILBA Maître de Conférences en Chimie (32ème section) UFR Sciences Exactes et Naturelles COVACHIMM–EA 3592 BP 250 97157 Pointe à Pitre Née le 12 Avril 1967 à Pointe à Pitre (Guadeloupe, France) Union libre, 1 enfant 8 lotissement Pélissier Route de Fonds Thézan 97180 Sainte-Anne Téléphone: 0590 93 87 09 Télécopie: 0590 93 87 87 Téléphone: 0690 59 60 46 kbilba@univ-ag.fr Formation universitaire Janvier 1993 1989 1988 1987 1986 1984 Doctorat en Sciences des Matériaux (Bordeaux) préparé au Laboratoire de Chimie du Solide (CNRS Bordeaux) DEA Sciences des Matériaux (Bordeaux) Maîtrise de Chimie-Physique (Bordeaux) Licence de Chimie-Physique (Bordeaux) DEUG Physique-Chimie (Guadeloupe) Baccalauréat série D (Guadeloupe) Fonctions et emplois Juin 2001 1997-2001 Janvier 2000 1993-1995 1992 1990-1992 Maître de Conférences classe normale Contrat pédagogique sans prime pédagogique Maître de Conférences 1ère classe Maître de Conférences stagiaire Chercheur sous contrat ADERA (5 mois) Vacataire de l’enseignement supérieur (Université de Bordeaux I) 7 1988 1987 Technicien chimiste sous contrat à EDF Jarry Sud–Guadeloupe (6 semaines) Technicien chimiste sous contrat à EDF Jarry Sud–Guadeloupe (6 semaines) Responsabilités et activités collectives Pédagogiques • Membres de l’équipe pédagogique du DEUG Sciences de la Matière (SM) depuis 1993 • Responsable adjoint du DEUG SM de 1997 à 2001 • Responsable du DEUG SM depuis 2002 • Membre de la commission pédagogique de l’UFR Sciences Exactes et Naturelles depuis 2002 • Responsable du tutorat d’accompagnement disciplinaire et encadrant de tuteurs de 1997 à 2001 • Responsable de la formation continue d'enseignants du secondaire, par le biais de la Mission Académique pour le Formation des Personnels de l'Education Nationale (MAFPEN), DEUG MAFPEN de 1996 à 1999 • Encadrement d’un moniteur de 3ème cycle dans ses taches d’enseignement de 1996 à 1999 • Coordonnateur des enseignements de Chimie au sein de la Licence pluridisciplinaire Maths-Sciences depuis 2002 • Président de jury du DEUG SM et du baccalauréat depuis 1996 • Responsable de divers modules en DEUG SM, DEUG Sciences de la Vie (SV), Licence de Chimie • Participation à l’organisation des journées d’information des lycéens et de la semaine d’accueil des étudiants de 1ère année dès 1997 • Membre de la commission de spécialistes de Physique 28-37-62èmes sections en 1996 et 1997 • Membre de la commission de spécialistes mixte (ad-hoc) Kourou en 2000 pour le recrutement d’un Maître de Conférences en Chimie à l’Institut Universitaire de Technologie de l'UAG localisé en Guyane à Kourou 8 • Représentant de l’UAG et participant au colloque "Mettre les savoirs en culture – La culture générale dans les formations universitaires" en Mai 2003 à la Sorbonne • Membre de la commission de spécialistes de Chimie 31-32èmes sections de 1998 à 2003; puis des 31-32-33èmes sections de 2004 à 2006 • Rapporteur de la commission mixte de l’Institut Universitaire pour la Formation des Maîtres (IUFM) en 2004 • Membre du jury académique du professorat des écoles (PE2) en 2005 et 2006 Administratives • Membre du conseil de faculté de 1994 à 1998 • Responsable adjoint du département de Chimie de 1997 à 1998 • Membre du Conseil d’Administration de l’UAG de 1997 à 2001 • Membre de la commission disciplinaire de l’UAG de 1997 à 2001 • Membre de la commission d’examen de la régularité et de conformité des fiches de service des enseignants-chercheurs et vacataires de l’UAG de 1997 à 2001 • Directrice du Service Commun Universitaire d’Information, d’Orientation et d'aide à l'Insertion Professionnelle des étudiants (SCUIO-IP) au 1er septembre 2005 • Scientifiques • Rapporteur pour la revue "Cement and Concrete Composites" • Vulgarisation scientifique en direction des lycéens (Semaine de la Science), des moins jeunes par le biais de la "Journée de l’environnement" des Ciments Antillais-Groupe LAFARGE, visites du laboratoire COVACHIMM par les élèves du secondaire • Participation à l’Université Européenne de Juillet de l’UAG en uploads/s3/ hdr-pour-hal-180619.pdf