Durabilité à long terme des biocomposites dans des conditions humides

Bouaziz, Khouloud (2024). Durabilité à long terme des biocomposites dans des conditions humides. (Mémoire de maîtrise). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Depositum. https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1575

Prévisualisation

PDF Télécharger (5MB) | Prévisualisation

Résumé

RÉSUMÉ
L'utilisation quotidienne des biocomposites comme des produits industriels met en évidence l'influence des facteurs environnementaux tels que la température, l’humidité et les rayons ultraviolets (UV) sur l'évolution de leurs propriétés. L'humidité est l'une des principales causes de vieillissement à court terme et exerce une influence majeure sur la durée de vie de ces matériaux. Par conséquent, le succès de l'utilisation commerciale des biocomposites nécessite une maîtrise de l'évolution de leurs propriétés dans des conditions réelles. C'est dans ce contexte, cette étude se propose d'examiner la durabilité des biocomposites dans des conditions fortement humides et à long terme. Le travail est mené dans une première partie sur l’élaboration des échantillons. Le polypropylène (PP) et l’acide polylactique (PLA) ont été renforcés par deux types de fibres provenant de différents procédés papetiers (chimique (Kraft) et thermomécanique (TMP)) à trois teneurs en fibres (20, 30 et 40 %) avec l'ajout de 3 % d'anhydride maléique comme agent de couplage. Ensuite, ces échantillons ont été soumis à des conditions de vieillissement hygroscopique (en immersion totale dans l’eau à température ambiante pendant 4 mois) afin de suivre l’évolution de leurs propriétés chimiques, morphologiques et physico-mécaniques. La deuxième partie de cette étude a consisté à proposer un traitement des données expérimentales pour la modélisation théorique du comportement physique, suivi par une modélisation mathématique du comportement mécanique des matériaux élaborés au cours du temps. Les résultats montrent que l’absorption d’eau et le gonflement augmentent avec l’ajout des fibres. Cette augmentation est plus importante pour les composites ayant une matrice en PLA. Les composites à base de PLA et de fibres Kraft ont démontré une moindre absorption d'eau et un gonflement en épaisseur plus faible que les compositions à base de fibres TMP. Ensuite, l’observation microscopique révèle une réduction de la liaison interfaciale entre la fibre et la matrice, avec la présence de fissures et de vides. Une diminution significative a été observée sur les propriétés mécaniques en traction et flexion des échantillons saturés en eau par rapport aux échantillons secs. Cette diminution s'intensifie à mesure que le pourcentage d'absorption d'eau augmente, pour finalement se stabiliser lorsque le processus d'absorption atteint la saturation. Une diminution encore plus marquée est observée dans le cas des composites avec une matrice en PLA. Finalement, le processus de diffusion et les caractéristiques d'immersion dans l'eau sont analysés à l'aide des modèles théoriques de diffusion (diffusion de Fick). Les paramètres de ce processus sont ensuite identifiés et modélisés à l'aide d'approches numériques et expérimentales. Le comportement mécanique évolutif est étudié en utilisant une modélisation des valeurs expérimentales à l'aide de modèles de régression mathématique.

ABSTRACT
The daily use of biocomposites as industrial products highlights the influence of environmental factors such as temperature, humidity, and UV light on the evolution of their properties. Moisture is one of the main causes of short-term ageing and has a major influence on the lifespan of these materials. Consequently, the successful commercial use of biocomposites requires control over the evolution of their properties under real-life conditions. It is in this context that this study sets out to examine the long-term durability of biocomposites under high-moisture conditions. The first part of the study focuses on the development of samples. Polypropylene (PP) and polylactic acid (PLA) were reinforced with two types of fiber from different papermaking processes (chemical (Kraft) and thermomechanical (TMP)) at three fiber contents (20, 30 and 40 %) with the addition of 3% maleic anhydride as a coupling agent. These samples were then subjected to hygroscopic aging conditions (total immersion in water at room temperature for 4 months) to monitor the evolution of their chemical, morphological and physico-mechanical properties. The second part of this study consisted in proposing a treatment of the experimental data for theoretical modelling of the physical behavior and mathematical modelling of the mechanical behavior of the materials developed over time. The results show that water absorption and swelling increase with the addition of fibers. This increase is more significant for composites with a PLA matrix. Composites based on PLA and Kraft fibers showed less water absorption and lower thickness-swelling than compositions based on TMP fibers. Secondly, microscopic observation revealed a reduction in interfacial bonding between fiber and matrix, with the presence of cracks and voids. A significant decrease in the tensile and flexural mechanical properties of the water-saturated samples compared to the dry control. This decrease intensifies as the percentage of water absorption increases, finally stabilizing when the absorption process reaches saturation. An even more marked decrease is observed in the case of composites with a PLA matrix. Finally, the diffusion process and water immersion characteristics are analyzed using theoretical diffusion models (Fick diffusion). The parameters of this process are then identified and modeled using numerical and experimental approaches. The evolutionary mechanical behavior is studied by modeling experimental values using mathematical regression models.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Mémoire de maîtrise)
Directeur ou directrice de recherche:	Koubaa, Ahmed
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Bradai, Chedy
Mots-clés libres:	Biocomposite, durabilité, vieillissement hygroscopique, immersion, diffusion, modélisation, diffusion de Fick, régression mathématique, comportement physico-mécanique, Biocomposite, durability, hygroscopic aging, immersion, diffusion, modeling, Fick diffusion, mathematical regression, physical-mechanical behavior
Divisions:	Génie > Maîtrise en génie des matériaux renouvelables
Date de dépôt:	04 sept. 2024 17:27
Dernière modification:	12 avr. 2025 18:00
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1575

Gestion Actions (Identification requise)

Dernière vérification avant le dépôt