Extraction of hemp fibres for structural composites - Optimisation of the mechanical potential of the fibres for 100% biobased composite materials

Utilisées dès l’antiquité pour la fabrication de tissus ou de cordages, les fibres de chanvre ont connu une période de forte expansion en Europe au XVIIème siècle avec le développement de la marine à voile. L’invention des premières fibres synthétiques et l’apparition de nouvelles techniques de filature ainsi que la disparition progressive des navires à voiles vont entrainer une diminution importante de leur utilisation. Les problématiques écologiques soulevées de nos jours ont fait naître un engouement pour les fibres végétales, en particulier pour des applications de textiles techniques à destination des matériaux composites. Ces fibres présentent en effet des propriétés mécaniques et morphologiques, telles qu’une faible densité et des propriétés mécaniques spécifiques élevées, pouvant être adaptées pour ce type d’applications industrielles. Ce travail de thèse s’intéresse à développer ou à adapter différentes techniques d’extraction de fibres de chanvre dans le but d’obtenir une matière adaptée pour une utilisation dans les matériaux composites fibres longues. Une première partie de cette thèse s’intéresse à l’utilisation d’un dispositif « toutes fibres » pour l’extraction des fibres de chanvre. Cette technique, initialement utilisée pour obtenir de la matière pour des applications de composites à fibres courtes, est agressive. Les résultats obtenus montrent en effet une baisse importante des propriétés mécaniques des fibres par rapport à la matière initiale. De plus, ce type d’extraction ne permet pas de conserver des longueurs de fibres suffisantes pour la fabrication de matériaux composites fibres longues. Un autre dispositif a ainsi été testé dans la seconde partie de la thèse. Il s’agit d’une machine d’extraction par teillage/peignage initialement destinée au lin. Les résultats obtenus au niveau du laboratoire ont permis de montrer le potentiel important des fibres de chanvre. Les fibres obtenues conservent des propriétés mécaniques et des longueurs élevées. Des rendements en fibres fortement supérieurs à ceux obtenus actuellement industriellement ont été atteints. La dernière partie du travail s’intéresse au niveau de finesse obtenu en sortie de traitement. Ce paramètre est en effet important puisqu’il va avoir un impact sur les propriétés mécaniques des matériaux composites fabriqués par la suite. Le traitement étudié est le dégommage micro-ondes. Différents paramètres d’essais ont été testés afin de savoir si le traitement agit réellement par l’intermédiaire du rayonnement micro-ondes ou par la température induite.Used since antiquity for the manufacture of fabrics or ropes, hemp fibres experienced a period of strong expansion in Europe in the 17th century with the development of the sailing navy. The invention of the first synthetic fibres and the appearance of new spinning techniques as well as the gradual disappearance of sailing ships led to a significant reduction in their use. The ecological problems raised today have given rise to a growing interest for vegetable fibres, particularly for technical textile applications for composite materials. Indeed, these fibres have possess mechanical and morphological properties, such as low density and high specific mechanical properties, which can beare particularly adapted for this type of industrial applications. This thesis work focuses on developing or adapting different hemp fibre extraction techniques in order to obtain a material suitable for use in long fibreload bearing composite materials. The first part of this thesis focuses on the use of an "all-fibre" device for the extraction of hemp fibres. This technique, initially used to obtain material for short fibre composite applications, is aggressive. Indeed, the results obtained show a significant decrease in the mechanical properties of the fibres compared to the initial material. Moreover, this type of extraction does not allow sufficient fibre lengths to be retained for the manufacture of long fibre composite materials. Another device was thus tested in the second part of the thesis. It is a machine for extraction by scutching / hackling initially intended for flax. The results obtained in at the laboratory showed the great potential of hemp fibres. The fibres obtained retain high mechanical properties and lengths. Fibre yields significantly higher than those currently obtained industrially have been achieved. The last part of the work focuses on the level of fineness obtained at the end of processing. This parameter is indeed important since it will may have an impact on the mechanical properties of the composite materials manufactured afterwards. The treatment studied is microwave degumming. Various test parameters were tested investigated in order to know if the treatment really acts via microwave radiation or via the induced temperature