Modification de fibres de lin pour le développement de bio-composites à matrice époxy : Rôle des composants des parois cellulaires et des traitements de surface sur la microstructure et les propriétés mécaniques

Natural fibres can be considered as a relevant alternative to glass fibres in the manufacture of composite materials. Indeed, they present interesting physical characteristics, such as low density and good specific mechanical properties, which can compete with glass fibre reinforced composites. Moreover, natural fibres are obtained from renewable resources, and generally present lower environmental impacts during their production and use phases and their end of life. Unlike glass fibres, natural fibres, such as flax fibres, are complex hierarchical materials composed essentially of cellulose, hemicellulose, lignin, peptics cements and lipophilic extractives (waxes, fatty acids, etc.). This composition varies among species, collection site, plant maturity, batches, etc. Besides, the biochemical composition and structure of flax products and sub-products undergo wide variations according to the transformation steps from stems to yarns and fabrics. This influences greatly the final properties of flax fibres and their biocomposites. The first part of this study is focused on the characterization of flax fibres during their successive transformation steps. A homogenization of the chemical composition is observed at the final transformation steps, as well as an increment of the longitudinal tensile properties of flax yarns. The second part deals with the use of different washing treatments applied on flax tow fabrics and their influence on the extraction of flax cell wall components and the resulting microstructure and mechanical properties of epoxy/flax fibres reinforced biocomposites. It is shown that cell wall components play a key role in the flax yarns and elementary fibres dispersion and transverse mechanical behaviour of biocomposites. Finally, the application of different functionalization treatments onto flax fibres fabrics is investigated in order to improve the interfacial adhesion between fibres and matrix. The use of non-bio-based organosilane molecules (aminosilane, epoxysilane) and bio-based molecules (amino-acids and polysaccharides) is studied. Improvedstiffness in longitudinal tension test and stiffness and tensile strength in transverse tension test are observed due to the improvement of interfacial adhesion by surface functionalization of the fibres with both biobased and non-bio-based molecules.Les fibres végétales peuvent être considérées comme une alternative intéressante aux fibres de verre pour la fabrication de matériaux composites. En effet, elles présentent des caractéristiques physiques intéressantes, telles que leur faible densité et leurs bonnes propriétés mécaniques spécifiques, qui peuvent rivaliser avec les composites renforcés de fibres de verre. En outre, les fibres végétales sont obtenues à partir de ressources renouvelables, et présentent généralement moins d'impacts environnementaux lors de leurs phases de production, d’utilisation et en fin de vie. Contrairement aux fibres de verre, les fibres végétales, telles que des fibres de lin, présentent des structures hiérarchiques complexes composées essentiellement de cellulose, hémicellulose, lignine, ciments peptiques et extractibles lipophiliques (cires, acides gras, etc.). Cette composition varie selon les espèces, le lieu et les conditions de croissance, la maturité de la plante, etc. De la même façon, la composition biochimique et la structure des produits et des sous-produits issus du lin sont soumis à de grandes variations selon les étapes successives de transformation réalisées à partir des tiges de lin jusqu’aux fils et tissus. Cela influence fortement les propriétés finales des fibres de lin et de leurs biocomposites. La première partie de cette étude se concentre sur la caractérisation de fibres de lin au cours de leurs étapes successives de transformation. Une homogénéisation de la composition chimique est observée dans les étapes finales de transformation, ainsi qu’une augmentation des propriétés en traction longitudinale des mèches de fibres de lin. La deuxième partie traite de l'utilisation de différents traitements de lavage appliqués sur des tissus d’étoupes de lin et leur influence sur l'extraction des composants de la paroi cellulaire des fibres, ainsi que sur la microstructure et les propriétés mécaniques de biocomposites époxy/lin. Il est montré que les composants de la paroi cellulaire jouent un rôle clé dans la dispersion des mèches et des fibres élémentaires de lin et sur le comportement mécanique transversal de leurs biocomposites. Enfin, l'application de différents traitements de fonctionnalisation sur des tissus de fibre de lin est étudiée afin d'améliorer l'adhérence interfaciale entre les fibres et la matrice. L'utilisation de molécules de type organosilanes (aminosilane, époxysilanes) et de molécules biosourcés (acides aminés et polysaccharides) est étudiée. Une augmentation de la rigidité en traction longitudinale et de la rigidité et de la contrainte maximale en traction transverse est observée en raison de l'amélioration de l'adhésion interfaciale par la fonctionnalisation de surface des fibres avec des molécules d'origine biosourcé et non-biosourcé