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HAL Id: tel-01750808 https://hal.univ-lorraine.fr/tel-01750808 Submitted on 29 Mar 2018 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. Développement de matériaux composites fibreux hautes perfomances à matrice bio-sourcée Alix Sauget To cite this version: Alix Sauget. Développement de matériaux composites fibreux hautes perfomances à matrice bio- sourcée. Autre. Université de Lorraine, 2014. Français. <NNT : 2014LORR0085>. <tel-01750808> AVERTISSEMENT Ce document est le fruit d'un long travail approuvé par le jury de soutenance et mis à disposition de l'ensemble de la communauté universitaire élargie. Il est soumis à la propriété intellectuelle de l'auteur. Ceci implique une obligation de citation et de référencement lors de l’utilisation de ce document. D'autre part, toute contrefaçon, plagiat, reproduction illicite encourt une poursuite pénale. Contact : ddoc-theses-contact@univ-lorraine.fr LIENS Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 122. 4 Code de la Propriété Intellectuelle. articles L 335.2- L 335.10 http://www.cfcopies.com/V2/leg/leg_droi.php http://www.culture.gouv.fr/culture/infos-pratiques/droits/protection.htm [1] THÈSE Présentée pour l’obtention du titre de DOCTEUR DE L’UNIVERSITÉ DE LORRAINE École doctorale RP2E Science du bois et des fibres Par Alix SAUGET DÉVELOPPEMENT DE MATÉRIAUX COMPOSITES FIBREUX HAUTES PERFORMANCES À MATRICE BIO-SOURCÉE Sous la responsabilité du professeur Antonio Pizzi Soutenue publiquement le 02 juillet 2014 Rapporteurs : Pr. Mark Irle Pr. Luc Averous Examinateurs : Pr. Antonio Pizzi Pr. André Merlin Pr. Alessandro Gandini 2 REMERCIEMENTS Cette thèse s’est déroulée au sein du Laboratoire d’Etude et de Recherche sur le Matériau Bois, sur le campus d’Epinal. Je souhaite avant toute chose remercier Tony, pour sa disponibilité, sa gentillesse et son aide précieuse tout au long de ces trois années de thèse. J’ai énormément appris grâce à lui et en suis grandement reconnaissant. Il m’a également permis d’effectuer une expérience d’enseignement auprès d’élèves ingénieurs de l’ENTIB qui s’est avérée très enrichissante. Un très, très grand merci à Arnaud, voisin de bureau, compère de travaux. Ce doctorat n’aurait certainement pas été le même sans lui. Je n’oublierai jamais certains moments mémorables passés au sein de l’ENSTIB, qui auront permis de décompresser lors des inévitables périodes de doute. Je remercie également le personnel du CETELOR et en particulier Raphael Kueny, pour leur travail d’équipe que j’ai beaucoup apprécié. Les étudiants doctorants que j’ai pu croiser au cours de mon parcours m’ont également apporté beaucoup, et je leur souhaite à tous de réussir dans leurs projets personnels. Enfin, merci à toutes les autres personnes que je n’ai pas nommées ci-dessus. Je pense notamment aux anciens de l’ENSTIB, et aux haut-savoyards. Ils ne s’en sont peut-être pas rendu compte, mais leur soutien a été primordial. 3 LISTE DES PUBLICATIONS SCIENTIFIQUES 2012 - Sauget A. et al. Exploratory results for composites of natural fibres mats with a natural matrix of epoxidized vegetable oils. Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 27, N° 1, p. 3-8. Publication acceptée le 23 Janvier 2012, publiée en Janvier 2013. - Zhou XJ. et al. Lightweight tannin foam/composites sandwich panels and the coldset tannin adhesive to assemble them. Industrial Crops and Products, Vol. 43, p. 255-260. Publication acceptée le 12 Juillet 2012, publiée en Mai 2013. 2013 - Sauget A. et al. Fabrication and mechanical analysis of mimosa tannin and commercial flax fibers biocomposites. Journal of Adhesion Science and Technology, Vol. 27, N° 20, p. 2204-2218. Publication acceptée le 14 janvier 2013, publiée en Octobre 2013. - Zhu J. et al. Effect of fibre configurations on mechanical properties of flax tannin composites. Industrial Crops and Products, Vol. 50, p. 68-76. Publication acceptée le 21 Juin 2013, publiée en Octobre 2013. - Li X. et al. Natural tannin/furanic thermosetting moulding plastics. RSC Advances, Vol. 3, N° 39, p. 17732-17740. Publication acceptée le 22 Juillet 2013, publiée en 2013. - Sauget A. et al. Tannin – resorcinol – formaldehyde resin and flax fibers biocomposites. Journal of Renewable Materials, Vol. 2, p. 1-9. Publication acceptée le 16 Décembre 2013, publiée le 29 Janvier 2014. 2014 - Sauget A. et al. MALDI-ToF analysis of Tannin-Resorcinol resins by alternative aldehydes: glyoxal and glutaraldehyde. Journal of Renewable Materials. Publication acceptée le 24 Mars 2014. - Sauget A. et al. Performance of MUF honeymoon adhesive for glulam. European Journal of Wood and Wood Products. Publication acceptée le 24 Mars 2014 sous réserve de révisions mineures. 4 LISTE DES FIGURES ET TABLEAUX Figure 1 : Trame classique et trame de type satin .................................................................... 18 Figure 2 : Classification des matériaux composites par taille de renforts ................................ 18 Figure 3 : Modélisation par un système de ressorts des propriétés en traction d’un composite stratifié ...................................................................................................................................... 19 Figure 4 : Modélisation par un système de ressorts des propriétés en flexion d’un composite stratifié ...................................................................................................................................... 20 Figure 5 : Modélisation des bornes d’après la Loi des Mélanges ............................................ 20 Figure 6 : Schéma d’une chaîne de production SMC ............................................................... 21 Figure 7 : Méthode de moulage RTM ...................................................................................... 21 Figure 8 : Schéma d’une ligne de pultrusion [8] ...................................................................... 22 Figure 9 : Processus de tressage – bobinage ............................................................................ 23 Figure 10 : Schéma en coupe d'une tige de Lin ........................................................................ 25 Figure 11 : Schéma de la filière des fibres végétales en France (2001-2008) [7] .................... 25 Figure 12 : Formules de l'amylopectine et de l'amylose .......................................................... 28 Figure 13 : Mécanismes d'obtention du PLA à partir d'acide lactique [16] ............................. 29 Figure 14 : Formule générale des PHA [19], [20] .................................................................... 30 Figure 15 : Acide linoléique et acide linolénique..................................................................... 31 Figure 16 : Epoxydation des triglycérides ................................................................................ 33 Figure 17 : Beta-penta-O-galloyl-glucose, un tannin hydrolysable ......................................... 34 Figure 18 : Un tannin condensé : 4,8 procyanidine .................................................................. 35 Figure 19 : Monoflavonoïdes des tannins de mimosa .............................................................. 36 Figure 20 : Sites réactifs de la fisetinidine et de la catéchine .................................................. 37 Figure 21 : Dégradation puis autocondensation des flavonoïdes en milieu basique [32] ........ 38 Figure 22 : Autocondensation des flavonoïdes en milieu acide vie ouverture de l’hétérocycle [32] ........................................................................................................................................... 38 Figure 23 : Réaction entre flavonoïdes et formaldéhyde. ........................................................ 39 Figure 24 : Temps de gel en fonction du pH pour différentes variétés de tannins [35] ........... 40 Figure 25 : Formation d'hémiacétals entre le formaldéhyde et un alcool ................................ 41 Figure 26 : Synthèse du furfural à partir du xylose .................................................................. 42 Figure 27 : Temps de gel d'une résine tannins + hexamine (5%) en fonction du pH [42] ....... 42 Figure 28 : Mécanismes de décomposition de l'hexamine en espèces intermédiaires ............. 43 Figure 29 : Autocondensation de l’alcool furfurylique en milieu acide .................................. 44 Figure 30 : Alcool furfurylique substitué en C8 (à gauche) et en C6 (à droite) de la catéchine .................................................................................................................................................. 44 Figure 31 : Temps de gel de résines tannin de mimosa (a) ou de pin (b) et alcool furfurylique en fonction du pH [49]. ............................................................................................................ 45 Figure 32 : Temps de gel de résines Tannin – Alcool furfurylique (1), Tannin – Alcool furfurylique – Formaldéhyde (2) et Tannin – Formaldéhyde (3) en fonction du pH [50]. ...... 45 Figure 33 : Exemples d’objets fabriqués à partir de cuir tanné (réalisation Sauget A.) ........... 49 5 Figure 34 : Evolution au cours des 30 dernières années de la quantité de publications dans la banque de données MEDLINE concernant plusieurs antioxydants dans la lutte contre le cancer [68] ................................................................................................................................ 50 Figure 35 : Imprégnation de matelas de fibres au foulard (schéma en coupe latérale) ............ 53 Figure 36 : Dimensions pour un essai de flexion 3 points selon la NF EN 310 ...................... 60 Tableau 1 : Propriétés de quelques résines thermoplastiques [1] ............................................. 15 Tableau 2 : Propriétés de quelques résines thermodurcissables [1] ......................................... 15 Tableau 3 : Caractéristiques de quelques fibres de renforts minérales et métalliques [1] ....... 16 Tableau 4 : Composition et caractéristiques mécaniques des fibres de lin [8], [11] ................ 26 Tableau 5 : Composition et caractéristiques mécaniques des fibres de chanvre [8], [11] ....... 27 Tableau 6 : Composition en acides gras (%) de plusieurs huiles végétales [22] ..................... 31 Tableau 7 : Combinaisons de tannins avec des résines synthétiques [65] ............................... 48 Tableau 8 : Principale formulation (g) de la résine TRF (p.97) ............................................... 51 Tableau 9 : Principale formulation (g) de la résine tannin / alcool furfurylique (p.130) ......... 52 Tableau 10 : Propriétés thermodynamiques observées pour chaque méthode d’analyse......... 56 Tableau 11 : Propriétés chimiques observées pour chaque méthode d’analyse ....................... 57 6 1. INTRODUCTION ............................................................................................................. 9 2. ÉTUDE BIBLIOGRAPHIQUE ..................................................................................... 12 2.1. Généralités sur les adhésifs pour matériaux ligno-cellulosiques ......................... 12 2.1.1. Urée – formaldéhyde .......................................................................................... 12 2.1.2. Phénol – formaldéhyde ....................................................................................... 12 2.1.3. Mélamine – formaldéhyde et mélamine – urée – formaldéhyde ........................ 13 2.1.4. Isocyanates ......................................................................................................... 13 2.1.5. Colles bio-sourcées ............................................................................................ 14 2.2. uploads/Science et Technologie/ developpement-de-materiaux-composites-fibreux-haut.pdf