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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUP

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE MINISTERE DE L’ENSEIGNEMENT SUPERIEUR ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE UNIVERSITE MOHAMED BOUDIAF - M’SILA Mémoire présenté pour l’obtention Du diplôme de Master Académique Par: KHIRI AMEL & BOUCHIBA MARIA Intitulé Soutenu devant le jury composé de : Pr RAHMOUNI Z. E. A Université de Msila Président DR ROKBI M Université de Msila Rapporteur DR MOUSAOUI N Université de Msila Examinateur DR AMROUNE Université de Msila Examinateur Année universitaire : 2018/2019 Effet des techniques d'extraction des fibres végétales sur leurs caractéristiques physiques chimiques et mécaniques FACULTE DE TECHNOLOGIE DEPARTEMENT GENIE MECANIQUE N° :…………………………………….. DOMAINE : SIENCES ET TECHNOLOGIES FILIERE :GENIE MECANIQUE OPTION : GENIE DES MATERIAUX - - - - - - - - - - - - - - - Sommaire Remerciement Table des matières………………………………………………………………………………………………… I Liste des tableaux………………………………………………………………………………………………….. V Liste des figures……………………………………………………………………………………………………… IIV Introduction…………………………………………………………………………………………………………… 1 Chapitre I : Généralités sur les fibres végétales I.1.Introduction ……………………………………………………………………… 7 I.2. Fibres végétales ou ligno-cellulosiques…………………………………………. 8 I.3. Caractéristiques d'une fibre végétale……………………………………………. 9 I.4. Structure et morphologie d’une fibre végétale…………………………………... 10 I.5. Composition chimique d'une fibre végétale………………………….. 12 I.5.1. La cellulose 14 I.5.2. Les hémicellulose 15 I.5.3. Les pectines 16 I.5.4. La lignine 17 I.5.5. Les cires 18 I.6. Domaine d'application des fibres végétales 19 I.7. La fibre d’Alfa 21 I.7.1. Généralités sur les fibres d’Alfa 21 I.7.2. Morphologie de la plante d’Alfa 23 I.7.3 Domaines d’application de l’Alfa 24 Chapitre II: Méthodes d’extraction des fibres végétales II.1.Introduction II.2.Méthodes d’extraction 27 II.2.1 L’extraction mécanique 27 II.2.1.1 Le teillage 27 II.2.1.2.Par déflexion 29 II.2.1.3.Par laminage 29 II.2.1.4.Par explosion à la vapeur 29 II.2.2. L’extraction chimique 29 II.2.2.1.Procédé Kraft 31 II.2.2.2.Procédé au bisulfite 32 II.2.2.3.Procédé acide 32 II.2.2.4.Procédé Soude-Anthraquinone 32 II.2.2.5.Procédé à la soude 32 II.2.3.L’extraction biologique 33 II.2.3.1.Le rouissage à terre 33 II.2.3.2.Le rouissage à l’eau 34 II.2.3.3 Par action microbienne (enzymatique) 36 II.2.4 L’extraction combinée 36 II.3.Conclusion 37 Chapitre III : Méthodes et techniques expérimentales III.1 Introduction……………………………………………………………………………….. 39 III.2. Choix de la fibre végétale 39 III.3. Méthodes d’extraction de la fibre Alfa 39 III.3.1. Extraction par Ébullition 42 III.3.2. Extraction biologique 42 III.3.2.1. Extraction par Rouissage à l’eau 42 III.3.2.2. Extraction par rouissage à terre (rouissage au champ)…………… 43 III.3.2.3 Extraction microbienne (enzymatique)…………………………….. 44 III.3.3. Extraction chimique……………………………………………………… 45 III.3.3.1 Extraction par NaOH…………………………………………………………… 46 III. 4. Méthodes de caractérisation de la fibre Alfa…………………………………………………. 48 III.4. 1. Caractérisations physiques…………………………………………………………. 48 III.4. 2. Caractérisations chimiques………………………………………………………………. 50 III.4.2.1. Spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR)……… 50 III.4.2.2. Diffractométrie aux rayons X (DRX)…………………………………… 52 III.4.2.3. Analyse thermogravimétrique (ATG)……………………………………… 53 III.4. 3. Caractérisations mécaniques…………………………………………………… 53 III.4.3.1. Essai de traction……………………………………………………………………… 54 Chapitre IV : Résultats et discussion IV.1. Préface…………………………………………………………………………………………………………. 57 IV.2. Caractérisation des fibres végétales d’Alfa……………………………………………………. 57 IV.2.1. Investigation morphologique……………………………………………………………………… 57 IV.2.1 Caractérisation physique…………………………………………………………………………….. 58 IV.2.1.1 Densité apparente…………………………………………………………………………………. 58 IV.2.1.2 Analyse thermogravimétrique (ATG)………………………………………………………. 60 IV.2.3. Caractérisation microstructurale………………………………………………………………… 63 IV.2.3.1 Spectroscopie infrarouge………………………………………………………………………… 63 IV.2.3.2 Diffraction des rayons X…………………………………………………………………………….. 65 IV.2.4. Caractérisation mécanique………………………………………………………………………….. 66 IV.2.4.1. Traction……………………………………………………………………………………………………. 66 Conclusion générale………………………………………………………………………………………….. 70 Références bibliographique……………………………………………………………………………………. 72 Introduction générale INTRODUCTION GENERALE 4 Introduction générale Le développement de matériaux de haute performance à base de ressources naturelles est d’actualité dans le monde entier, même Dans les régions déficientes en forêts, la production d’autres types de fibres a été développée comme les fibres de lin, de jute ou de sisal. Dans ce cadre, les composites polymères renforcés de fibres naturelles connaissent actuellement une grande expansion et des applications dans de nombreux domaines, allant du secteur automobile au secteur de la construction en passant par le domaine médicale. Le grand défi dans la production de composites contenant des fibres naturelles et présentant des caractéristiques contrôlées est surtout lié à la grande variation des propriétés et des caractéristiques des fibres. La qualité des fibres naturelles est en grande partie déterminée par l'efficacité des processus d’extraction et de traitement qui peuvent influer considérablement sur les propriétés des composites finaux. Aujourd'hui, de nombreux efforts sont déployés pour optimiser les méthodes d’extraction en termes de qualité de la production des fibres, de réduction des problèmes environnementaux et de coûts de production. Notre travail vise à fournir une classiﬁcation et caractérisation d’un type de fibres avec des qu’alitées bien particulière, il s’agit de la plante d’Alfa (Stipa Tenacissima L.). Cette plante qui nécessite très peu d’eau et qui pousse abondement dans les steppes Algériennes. Elle a pendant longtemps été employée dans la fabrication artisanale et la fabrication de papier de très bonne qualité. Mais son utilisation dans le domaine des composites biosourcés reste limité, suite à différents facteurs entre autres les caractéristiques physiques, chimiques et mécaniques des fibres obtenues à partir de l’Alfa. Ainsi notre travail contribue à la caractérisation de fibres lignocellulosique issues de cette plante. Nous présentons à travers différents chapitres, les fibres lignocellulosique, les moyens d’extraction et le travail entreprit sur la plante Alfa, pour arriver enfin à caractériser différents types de fibres d’Alfa issus de la même plante mais suivant des protocoles d’extraction différents. Généralité sur les fibres végétales Chapitre I CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LES FIBRES VEGETALES 6 I.1. Introduction Les composites à base de fibres comme le verre ou le Carbonne ont permis de grandes innovations en allégeant le poids des structures, leur production est cependant énergivore. Le développement des fibres organique a été l'origine d'une grande famille de fibres qui possède des propriétés reliant surtout une grande rigidité axial à une faible densité[1]. C’est pourquoi les recherches ces dernières années portent sur des solutions alternatives issues directement des végétaux. Des solutions inspirées de la nature tout en la respectant. Bien que le recours aux fibres végétales n’est pas nouveau, d’après M. Supran Salit les égyptiens auraient utilisé des composites de fibres naturelles, fabriqués à partir de paille et d’argile il y a environ 3000 ans [2] . Dans ce chapitre nous allons décortiquer ces fibres théoriquement et aborder leur structure, leurs caractéristiques ainsi que leur composition chimique et leurs domaines d’application. CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LES FIBRES VEGETALES 7 I.2. Fibres végétales ou ligno-cellulosiques Une fibre végétale ou ligno-cellulosique et une expansion cellulaire morte qui est principalement composé de cellulose d’hémicellulose de lignine et de pectine. Elle est soit isolé soit regroupée avec d'autres en un faisceau [3]. Chaque fibre unitaire correspond à une cellule élémentaire fibreuse qui est Regroupée avec d'autres pour former un faisceau de fibres; Le lien interstitiel entre les fibres unitaire étant composé principalement de pectine et d’hémicellulose. Ce sont généralement ces faisceaux de fibres qui sont appelés fibres végétales[1]. Du point de vue structurel les fibres ligno-celullosiques contiennent des polymères naturels qui leur confèrent des propriétés mécaniques intéressantes. Ces polymères naturels sont la cellulose (α-cellulose), les hémicelluloses, la lignine et les composés extractibles (cires, pectines) auxquels s’ajoute la matière inorganique en très faible quantité[4]. Ces fibres sont classées selon leur origine, elles sont issues de différentes parties de la plante : des feuilles (fibres de sisal, de bananier, de palmier, d’alfa), des graines (fibres de coton, de kapok, etc.), de la tige (lin, chanvre, jute, kénaf, ramie, bambou, etc.), des fruits (fibres de coco, etc.) telles qu’elles sont représentées dans la (Figure I.1). Figure I.1. Classification des fibres végétales selon l'origine [5] CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LES FIBRES VEGETALES 8 I.3. Caractéristiques d'une fibre végétale Une fibre végétale est caractérisée par sa finesse et sa forme allongée par rapport à son diamètre. La plupart des fibres végétales mesures entre 10 et 150 mm de long pour un diamètre de 10 à 50 micromètres, soit un rapport longueur sur diamètre compris entre 10 et 100 [6]. Leur retour comme matériaux potentiels est dû aux différents avantages qu’elles présentent. Bien entendu, l’effet de ces avantages varie d’une fibre à une autre et dépend de la composition chimique et physique, la structure, le pourcentage de cellulose, l’angle microfibrillaire, la section et le degré de polymérisation (voir Tableau I.1). Tableau I.1. Propriétés physiques de différentes fibres végétales[5] Cellulose Angle Diamètre Longueur Rapport Type de fibres (%) microfibrillaire (°) (µm) (mm) L / d Coton 85 - 90 33 19 35 1842 Lin 71 10 5 - 76 4 - 77 1687 Chanvre 70 - 74 6,2 10 - 51 5 - 55 960 Jute 61,1 - 71,5 8 25 - 200 9 - 70 110 Ramie 68,6 - 76,2 7,5 16 - 126 40 - 250 3500 Sisal 66 - 78 20 7 - 47 0,8 - 8 100 Coco 32 - 43 45 12 - 24 0,3 - 1 35 Alfa 45 - 5 - 95 5 -50 1964 CHAPITRE 1 GENERALITE SUR LES FIBRES VEGETALES 9 Bien que la totalité des fibres végétales sont connues pour leur faible densité, leur pouvoir d’isolant thermique, leurs propriétés mécaniques, et notamment pour leur biodégradabilité et atouts écologiques [5], sans oublier le faible cout des fibres végétales comparé aux autres fibres (Le tableau I.2) Nous montre l’impact de production d’un kilogramme de fibres de Chanvre et fibres de verre sur l’environnement. Tableau.I.2.Indicateurs d’impact de la production d’un kilo de fibres de chanvre et de verre Chanvre Verre Consommation énergétique 3,4 MJ 48,3 MJ Emission CO2 0,64 Kg 20,4 Kg Emission de SO2 1,2 g uploads/Finance/ effet-des-techniques-d-x27-extraction-des-fibres-vegetales-sur-leurs-caracteristiques-physiques-chimiques-et-mecaniques.pdf