Optimisation des propriétés mécaniques de composites à base de fibres naturelles: Application à un composite de fibre de lin avec un mélange de polyéthylène/polypropylène d'origine post-consommation

Dans ce projet de thèse, on tente d'optimiser les propriétés mécaniques (modules de flexion et traction, résistance à l'impact et contrainte maximale en traction) d'un composite de fibres de lin/plastique d'origine post-consommation en combinant deux voies d'optimisation (compatibilisation des phases et optimisation du procédé de fabrication) tout en tenant compte du coût de production du matériau. Dans la première partie, le composite a été optimisé par compatibilisation des phases. Pour ce faire, le meilleur additif était d'abord déterminé en analysant l'effet de plusieurs additifs appartenant à différentes catégories (agent de couplage classique, additif élastomère, et mélange d'additif élastomère/agent de couplage) sur les propriétés mécaniques, morphologiques et physiques (densité). Puis, la composition du matériau a été optimisée dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques. Une fonction objective (ratio qualité/coût) a été définie afin de prendre en compte simultanément toutes les propriétés mécaniques et le coût de production. Dans la seconde partie, l'efficacité de la combinaison des deux voies d'optimisation, a été analysée. Pour ce faire, les paramètres du procédé de fabrication (extrusion suivie de l'injection) ont été optimisés en utilisant la composition optimale obtenue dans la première partie (combinaison des deux voies d'optimisation). Le ratio qualité/coût était également utilisé comme fonction objective. Par la suite, l'impact de l'optimisation combinée sur la microstructure (dimensions des fibres, cristallinité et propriétés moléculaires de la matrice) et les propriétés mécaniques du composite a été investigué. Les résultats ont montré que le meilleur additif était le EO-g-MAH/MAPP appartenant à la catégorie des mélanges d'additif élastomère/agent de couplage. En outre, la composition et les conditions de fabrication du composite étaient optimales lorsque sa performance mécanique globale était améliorée en donnant la priorité à la rigidité, et concomitamment à la rigidité et la résilience, respectivement. D'autre part, la combinaison des deux voies d'optimisation, au-delà d'une bonne adhésion interfaciale fibre-matrice, a favorisé un équilibre optimal entre la dégradation des composants et l'homogénéité du composite (bonne dispersion des fibres et des additifs dans la matrice), conduisant à de meilleures propriétés mécaniques. Cette procédure d'optimisation a permis d'améliorer toutes les propriétés mécaniques du composite, tout en étant efficace en termes de performance et de coûts.In this thesis, we tried to optimize the mechanical properties (flexural and tensile moduli, impact strength, and tensile stress at yield) of a flax fiber/postconsumer plastic composite by combining two optimization paths (phase compatibilization and manufacturing process optimization) while taking into account the material production costs. In the first part, the composite was optimized by phase compatibilization. To do this, the best additive was first determined by analyzing the effect of several additives of different types (conventional coupling agent, elastomeric additive, and mixture of elastomeric additive/coupling agent), on the mechanical, morphological and physical (density) properties. Then, material composition was optimized to improve the mechanical properties. An objective function (quality/cost ratio) was defined to simultaneously account for all the mechanical properties and production costs. In the second part, the effectiveness of combining two optimization paths was analyzed. First, the manufacturing process parameters (extrusion followed by injection) were optimized using the optimum composite composition obtained in the first part (combination of both optimization paths). The quality/cost ratio was also used as objective function. Thereafter, the effect of the combined optimizations on the microstructure (fiber dimensions, matrix crystallinity and matrix molecular properties) and mechanical properties of the composite was investigated. The results showed that the best additive was EO-g-MAH/MAPP of the category “mixture of elastomeric additive/coupling agent”. In addition, the composition and the manufacturing conditions of the composites were optimum when the overall mechanical performance was improved by giving priority to stiffness, and simultaneously to stiffness and resilience, respectively. On the other hand, the combination of both optimization paths, besides good fiber-matrix interfacial adhesion, promoted an optimum balance between components degradation and composite homogeneity (good fiber and additives dispersion in the matrix), leading to better mechanical properties. This optimization procedure was able to improve all the mechanical properties of the composite, as well as being effective in terms of performance and costs