Propriétés diélectriques des matériaux biosourcés

Lecoublet, Morgan (2024). Propriétés diélectriques des matériaux biosourcés. (Thèse de doctorat). Université du Québec en Abitibi-Témiscamingue. Repéré dans Depositum à https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1602

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Résumé

Dans un contexte de développement durable et de sensibilisation du public envers les problématiques environnementales, les polymères biosourcés représentent une niche d’avenir dans le secteur industriel avec une forte dynamique de croissance. C’est un contexte favorable au développement de nouvelles structures biosourcées et/ou biodégradables adaptées à de nombreuses applications diélectriques, mais de nombreuses limitations existent encore pour bénéficier pleinement des performances diélectriques des polymères biosourcés.

Cette thèse s’intègre dans cette logique de promotion des matériaux biosourcés dans le domaine diélectrique en proposant une étude avancée des propriétés multiphysiques, notamment diélectriques, des polymères biosourcés pour identifier les applications dans les domaines diélectriques adaptés pour de tels matériaux. Dans la première phase de la thèse, une étude de la littérature a permis d’identifier trois polymères biosourcés avec un fort potentiel pour le domaine diélectrique, à savoir l’acide polylactique (PLA), le polyhydroxybutyrate-co-valérate (PHBV) et l’acétate de cellulose (CA). Leurs performances diélectriques étaient similaires à certains polymères synthétiques conventionnels utilisés dans le domaine de l’isolation électrique comme le polyéthylène, le polypropylène et la résine époxy.

De plus, l’analyse de la littérature a permis d’identifier trois stratégies permettant de favoriser l’intégration des polymères biosourcés dans le domaine de l’isolation électrique, à savoir la création de mélanges polymériques, la création de bio(nano)composites à base de charges cellulosiques et l’utilisation de nouvelles techniques de mise en œuvre comme l’impression 3D. La troisième phase de la thèse propose l’utilisation combinée de la création de mélanges polymériques et de l’impression 3D pour l’obtention de matériaux imprimés en 3D pour une application en isolation électrique.
Les résultats préliminaires du Chapitre 4 ont démontré que les mélanges de PLA et CA étaient les plus prometteurs pour la suite du projet et sont donc choisis pour l’étape d’impression 3D. L’ajout de CA a amélioré la stabilité mécanique du PLA, alors que ce dernier est en état caoutchouteux, mais diminue également légèrement la capacité d’isolation électrique du PLA. Une étape d’optimisation via un plan de Taguchi a permis la fabrication de mélanges polymériques imprimés en 3D présentant une rigidité mécanique et une capacité d'isolation électrique comparable au polyéthylène basse densité. La clemière phase de la thèse propose de combiner l'utilisation de bio(nano)composites à base de cellulose et d'impression 3D pour l'obtention de matériaux à base de PLA imprimés en 3D pour une application en isolation électrique. Deux charges différentes ont été utilisées et comparées : les microcristaux de cellulose et les nanocristaux de cellulose. Les résultats ont montré que l'ajout de charges cellulosiques améliorait la rigidité mécanique des matériaux, mais diminuait également légèrement leur capacité d'isolation électrique. Une étape d'optimisation via un plan factoriel a permis de fabriquer des biocomposites à charges cellulosiques imprimés en 3D dont la rigidité mécanique et la capacité d'isolation électrique sont comparables à celles du polyéthylène haute densité et au polypropylène et poly(chlorure de vinyle).
Cette thèse propose ainsi des alternatives biosourcées, voire compostables au polyéthylène et polypropylène dans les domaines d'isolation électrique, grâce à l'utilisation combinée de
différentes stratégies faciles à appliquer à l'échelle industrielle, démarche s'inscrivant dans le cycle de développement durable.

Type de document:	Thèse ou mémoires (Thèse de doctorat)
Directeur de mémoire/thèse:	Koubaa, Ahmed
Codirecteurs de mémoire/thèse:	Leblanc, Nathalie et Mohamed, Ragoubi
Mots-clés libres:	polymères biosourcés; propriétés diélectriques; propriétés mécaniques; mélanges polymériques; biocomposites; impression 3D; isolation électrique
Divisions:	Génie > Doctorat en ingénierie
Date de dépôt:	01 nov. 2024 18:11
Dernière modification:	04 nov. 2024 13:56
URI:	https://depositum.uqat.ca/id/eprint/1602

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