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REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Sup

REPUBLIQUE ALGERIENNE DEMOCRATIQUE ET POPULAIRE Ministère de l’Enseignement Supérieur et de la Recherche Scientifique Université A. MIRA – BEJAIA Faculté de Technologie Département de Génie des Procédés Mémoire En vue de l’obtention du diplôme de MASTER Filière : Génie des Procédés Option : Génie des Polymères Thème : Présenté par : BENAKLI Imène HAMANI Fazia Soutenu le: 30/06/2016 Devant le jury Présidente : Dr. CHIBANI Nacéra Rapporteur : Pr. BOUKERROU Amar Examinatrice : Dr. IHEMOUCHEN Chadia Co-Promotrice : Dr. HAMMICHE Dalila Promotion 2016 Etude des Biocomposites à Base de Polymère Biosourcé PHBV et Fibres Alfa REMERCIEMENTS Les recherches qui font l’objet de ce mémoire ont été menées au Laboratoire de Chimie- Organique, Département de Génie des Procédés, Faculté de Technologie, Université de Bejaia. On remercie Dieu pour tout le courage qu’il nous a donné à mener bien et jusqu’au bout ce travail. Bien entendu, les paroles ne suffiront jamais pour reconnaitre à Dieu tous les biens dont il nous a comblés. Nous remercions tout d’abord nos parents pour leurs encouragements et leurs sacrifices envers notre formation et même notre éducation. Nous tenons à remercier notre encadreur le Pr. Amar BOUKERROU pour nous avoir suivis, pour son savoir et l’aide qu’il nous a fourni au cours de ce travail, ainsi que pour ses conseils. On tien à souligner sa disponibilité, le soutien qu’il nous apporté ces idées son expérience et la confiance qui nous accordé. Nous tenons également à remercier notre Co-promotrice Dr. Dalila HAMMICHE qui a bien voulu nous encadrer durant tout le processus d’élaboration de ce travail, sa disponibilité, son savoir-faire et son soutien. On remercie aussi tous les ingénieurs et les techniciens du laboratoire de Génie des Procédés de l’Université de Bejaia, ainsi qu’a toutes les personnes ayant participé de prés ou de loin à réalisation de ce modeste travail. Enfin, un gros merci pour l’ensemble des membres du jury pour avoir accepté de donner une partie de leur précieux temps et d’avoir ainsi partagé de leur savoir. Dédicaces : Je dédie ce modeste mémoire à ceux qui ont beaucoup sacrifié de leur temps pour mon bonheur et ma réussite. Aux êtres les plus chers et les plus proches au monde et qui symbolisent le courage et la tendresse, mes très chers parents, qui m’ont toujours aidée et encouragée. A mes chers frères Nabil et Mouloud, que Dieu les gardes. A ma chère princesse Nessrine. Ma grande reconnaissance s’adresse naturellement aussi à mon futur mari Said, pour ses encouragements et son soutien. A toute ma famille sans exception. A toute mes copines : Farida, Sylia, Meriem, Yasmina, kahina et chadia A ma binôme Fazia et a toute la promotion Polymères et Composites 2015- 2016. A toutes les personnes pour lesquelles j’ai une place dans leur cœur. Imène Dédicaces Premièrement je merci le dieu et Je dédie ce modeste travail : A vous mes très chers parents, que j’aimerai à tout jamais pour votre tendresse et vos sacrifices. A mes chères sœurs : Ghanima et Saida, et mes chers frères : Nadjem, Nourdinne et Rachid. A tous les membres de ma famille, petits et grands Que dieu vous gardes et vous protèges. A tous mes amis sans exception : Imene, Djamila, Luiza, Karima, Nabila, Saliha, Katia et a toute la promotion Polymères et Composites 2015-2016. A tous ceux qui mon aidé a l’élaboration de ce travail. Veuillez trouver dans ce modeste travail l’expression de mon affection. Fazia SOMMAIRE SOMMAIRE SOMMAIRE Liste des tableaux i Liste des figures ii Liste des abréviations v Introduction générale 01 Références bibliographiques 03 CHAPITRE I : Composite à matrice biopolymère et fibre végétale I .1. Généralité sur les matériaux composites et les biocomposites....................... 04 I.1.1. La matrice..................................................................................................... 04 a) Résines thermoplastiques........................................................................... 05 b) Résines thermodurcissable........................................................................ 05 c) Additifs...................................................................................................... 06 I.1.2. La matrice biopolymère................................................................................ 06 I.1.2.1. Les matériaux polymères biodégradables.............................................. 06 a) Matériaux biodégradables issus de la pétrochimie..................................... 06 b) Matériaux biodégradables issus des ressources renouvelables.................. 07 b.1) Les polymères naturels ou biopolymère............................................. 07 b.2) Les polymères d’origine bactérienne.................................................. 07 b.3) Les polymères synthétiques................................................................ 07 I.1.2.2. Les Polyhydroxyalcanoates (PHA)....................................................... 08 a) Présentation du PHBV................................................................................ 09 b) Structure du PHBV.................................................................................... 10 c) Biosynthèse du PHBV................................................................................ 11 SOMMAIRE d) Les inconvénients...................................................................................... 12 I.1.3. Le renfort...................................................................................................... 12 a) Fibres de verre............................................................................................ 12 b) Fibres de carbone....................................................................................... 13 c) Fibres d’aramide......................................................................................... 13 d) Fibres céramique....................................................................................... 13 I.1.4. Renfort à fibre végétale................................................................................ 14 I.1.4.1. Généralité sur les fibres végétales.......................................................... 14 a) La composition chimique des charges végétales........................................ 14 a.1) Cellulose............................................................................................... 15 a.2) Hémicellulose....................................................................................... 16 a.3) Pectin………………………………………………………………. 16 a.4) Lignine................................................................................................. 17 a.5) La cire................................................................................................... 17 b) Structure de la fibre végétale..................................................................... 18 c) Propriétés physico-mécaniques des fibres végétales................................. 18 I.1.4.2. La fibre d’alfa........................................................................................ 20 a) Présentation générale.................................................................................. 20 b) Structure et composition chimique de la fibre........................................... 21 c) Propriétés mécanique de la fibre................................................................ 22 d) La fibre d’Alfa comparée à d’autres fibres naturelles aux points de vue propriétés mécanique.................................................................................. 22 e) Domaine d’application.............................................................................. 23 I.2. Facteurs influant sur les propriétés des matériaux composites....................... 24 I.2.1. Dispersion et l’orientation de la fibre........................................................... 25 SOMMAIRE I.2.2. Influence de la nature et la quantité des constituants.................................... 25 I.2.3. L’effet de l’humidité..................................................................................... 25 I.2.4. Influence de la morphologie des fibres......................................................... 26 I.2.5. Adhésion fibre-matrice................................................................................. 26 I.3. Mise en œuvre des matériaux composites.......................................................... 26 I.4. Procédés de mise en œuvre des composites....................................................... 27 I.4.1. Moulage au contacte..................................................................................... 27 I.4.2. Moulage par injection basse pression de résine – RTM............................... 28 I.4.3. Moulage par injection de compound – BMC................................................ 28 I.4.4. Moulage par compression de mat preimprégné – SMC................................ 28 I.4.5. Moulage par pultrusion................................................................................. 29 I.4.6. Injection........................................................................................................ 30 I.5. Principaux avantages et inconvénients des matériaux composites à charges végétale................................................................................................. 30 I.6. Application des composites a base des fibres végétales.................................... 31 I-5-1-En automobile............................................................................................... 31 I-5-2-En construction............................................................................................. 31 I-5-3-Autres application......................................................................................... 31 Références bibliographiques..................................................................................... 32 SOMMAIRE CHAPITRE II : techniques expérimentales et Appareillage II .1. Objectif d’étude................................................................................................. 37 II.2. Problématique.................................................................................................... 37 II.3. Le rôle de prétraitements et des traitements chimiques................................ 37 II.4. Organigrammes.................................................................................................. 38 II.5. Matériaux utilisés............................................................................................... 40 II.5.1. Le PHBV..................................................................................................... 40 II.5.2. La farine d’alfa............................................................................................ 40 II.5.3. Acide acétique............................................................................................. 40 II.5.4. L’hydroxyde de sodium............................................................................... 41 II.5.5. L’éthanol...................................................................................................... 41 II.6.La mise en œuvre des matériaux........................................................................ 41 II.6.1.Préparation de farine d’alfa......................................................................... 41 II.6.1.1.Prétraitement de la farine....................................................................... 41 II.6.1.2.Traitement alcalin par NaOH................................................................ 41 II.6.1.3.Broyage.................................................................................................. 41 II.6.1.4. Tamisage............................................................................................... 42 II.6.2. Préparation des composites......................................................................... 42 II.6.3. Préparation des altères biocomposites à base de PHBV.............................. 42 II.6.4. Méthode de caractérisation et mode opératoire........................................... 43 II.6.4.1. Caractérisation structural.......................................................................... 44 SOMMAIRE a) Spectroscopie Infrarouge à Transformée de Fourier(IRTF)..................... 44 b) Diffraction des rayons X (DRX)............................................................... 45 c) Microscopie Électronique à Balayage (MEB)............................................ 46 II.6.4.2. L’essai mécanique................................................................................ 48 a) Test de traction........................................................................................... 48 II.6.4.3. L’essai thermique................................................................................ 50 a) Caractérisation thermique par l'Analyse Calorimétrique Différentielle (DSC).................................................................................. 50 II.6.4.4. Test d’absorption d’eau........................................................................ 51 Références bibliographiques........................................................................................ 52 Chapitre III : Résultats et discussions III.1. Analyse spectroscopique par infrarouge à transformé de Fourier.............. 53 III.2. Diffraction des rayons X.................................................................................. 56 III.2.1. Diffraction des rayons X de la farine Alfa avant et après le traitement...................................................................................................................... 56 III.2.2. Diffraction des rayons X des composites................................................... 58 III.3. Microscopie Électronique à Balayage (MEB)................................................ 61 III.4. Test de traction................................................................................................. 64 III.4.1. Module d’Young........................................................................................ 64 III.4.2. Allongement à la rupture............................................................................ 65 III.4.3. Contrainte à la rupture................................................................................ 66 III.5. Caractérisation thermique par l'Analyse Calorimétrique Différentielle SOMMAIRE (DSC)........................................................................................................................... 67 III.5.1. Effet du taux de farine................................................................................ 70 III.5.2. Effet du traitement...................................................................................... 70 III.6. Test d’absorption d’eau................................................................................... 71 III.6.1. Effet du taux de farine................................................................................ 71 III.6.2. Effet du traitement.................................................................................... 73 III.7. Test d’absorption d’eau de mer...................................................................... 73 III.7.1. Effet du taux de farine................................................................................ 74 III.7.2. Effet du traitement...................................................................................... 75 III.8. L’hydrolyse....................................................................................................... 75 III.9. Microscopie Electronique a Balayage des composites après l’immersion dans l’eau.................................................................................................................... 76 Références bibliographiques..................................................................................... 78 Conclusion Générale.................................................................................................. 80 Liste des tableaux i N° de Tableau Titre de Tableau Page Tableau 1 Principales caractéristiques mécaniques des résines. 5 Tableau 2 Les propriétés mécaniques et thermiques des PHAs. 9 Tableau 3 Composition chimique des fibres végétales. 15 Tableau 4 propriétés physiques des fibres végétales. 19 Tableau 5 propriétés mécaniques des fibres végétales. 20 Tableau 6 la répartition territoriale de la plante alfa. 21 Tableau 7 La composition chimique de fibre d’alfa. 21 Tableau 8 propriétés de la fibre d’alfa. 22 Tableau 9 Les propriétés mécaniques en traction des principales fibres naturelles et synthétiques. 23 Tableau 10 Principales caractéristiques physico-chimiques du PHBV. 40 Tableau 11 présente Code et formulation utilisés. 42 Tableau 12 Conditions opératoires. 42 Tableau 13 présente la lecture des spectres IRTF de la fibre d’alfa. 54 Tableau 14 Les indices de cristallinité (Ic) et les tailles des cristaux d’alfa traitée et non traitée. 57 Tableau 15 Les taux de cristallinité du PHBV, PHBV/10% alfa (NT et T), PHBV/20% alfa (NT et T), PHBV/30% alfa (NT et T). 59 Tableau 16 résume les propriétés thermiques obtenues à partir de cette analyse (DSC). 69 Liste des figures ii N° de la figure Titre de la figure Page Figure 1 Classification des polymères biodégradables. 8 Figure 2 Structure chimique du PHBV. 10 Figure 3 Biosynthèse du PHB et du PHBV. 11 Figure 4 types de renforts. 12 Figure 5 Quelque plantes, origine des fibres uploads/Geographie/ etude-des-biocomposites-a-base-de-polymere-biosource-phbv-et-fibres-alfa.pdf