Surfaces et interphases des fibres lignocellulosiques pour des biocomposites hautes performances
Résumé
Les fibres lignocellulosiques, telles que le lin et le chanvre, constituent des alternatives compétitives face aux
fibres synthétiques pour le renforcement des matériaux composites de par leur caractère renouvelable mais
également de par leurs performances techniques comme leurs propriétés mécaniques spécifiques et
d’amortissement, ou encore leur propriétés d’isolation thermique et acoustique.
Malheureusement, certains verrous techniques freinent encore leur développement et leur utilisation à l’échelle
industrielle pour des applications qui requiert des performances élevées comme pour le secteur des transports ou
du génie civil. Parmi ces verrous, l’amélioration de l’interface entre les fibres lignocellulosiques hydrophiles et
les matrices polymères plutôt hydrophobes est un enjeu majeur pour répondre aux besoins industriels.
L’adhésion interfaciale est régie d’une part, par le couplage chimique et physico-chimique entre les fibres et la
matrice, et d’autre part, par le couplage mécanique entre les fibres et la matrice. Le développement de
traitements de fonctionnalisation permet (i) de mieux disperser les fibres et ainsi augmenter la surface spécifique
à l’interface, mais également (ii) de favoriser le mouillage des fibres par la matrice et les interactions physico-
chimiques à l’interface. De plus, la modification de l’interface au niveau des fibres lignocellulosiques constitue
une opportunité d’introduire de nouvelles fonctions à leur surface pour réduire leur hydrophilie, et ainsi
améliorer la durabilité des biocomposites qui les contiennent, ou encore pour améliorer leur stabilité thermique
et ainsi améliorer la résistance au feu des biocomposites.
Différents paramètres de fonctionnalisation des fibres lignocellulosiques ont été étudiés dans une démarche
d’écologisation à la fois de la chimie et des procédés : (i) prise en compte des premières étapes de transformation
des fibres lignocellulosiques (comme leur rouissage), (ii) nature des molécules d’intérêt (majoritairement des
synthons biosourcés et leurs dérivés) en fonction des propriétés d’usage des biocomposites, (iii) couplage entre
fonctionnalisations chimique et physique (par plasma froid pour une réactivité de surface accrue ou par
irradiation pour un greffage à cœur), (iv) procédés de traitement à différentes échelles (à l’échelle de la mèche
de fibres à l’aide d’une ligne d’imprégnation spécifique ou du tissu par procédé de foulardage) … En parallèle,
des méthodologies de caractérisation de la surface des fibres lignocellulosiques (tensiométrie, FTIR…) et des
propriétés mécaniques sur faisceaux de fibres et sur tissus ont été mises en place afin de mieux identifier les
mécanismes à l’interface fibre/matrice dans les biocomposites.