Analyse des travaux sur les composites bois/polymères

Les panneaux de bois ont largement été développés durant ces dernières décennies, et, encore aujourd’hui, de nouveaux produits apparaissent. A partir de fibres (panneau MDF), de particules (panneau aggloméré), de plaquettes ou encore de placages complets, les panneaux sont sources de multiples avantages. Ils sont le moyen d’utiliser certains déchets de scierie, mais aussi le moyen de sélectionner du bois parfois sans défauts, afin d’obtenir un produit aux propriétés intéressantes et peu variables. Il est ainsi possible de palier à l’hétérogénéité du bois, souvent difficile à gérer. Au niveau durabilité, le panneau est également moins apprécié des pathogènes, mais pas entièrement protégé

Composites Proportions EFlexion σflexion Etraction σ traction

(%) (GPa) (MPA) (GPa) (MPa)

Bois /PP 55/45 2,3 41,2 2,6 21,4

Bois naturel (pin) 100 9,4 87,9 10,1 43,6

MDF (10% UF) 100 3,9 36,7 3,1 17

CONCEPTION ET REALISATION D’UNE POUTRE EN FORME DE I, AUX DIMENSIONS REELLES ET EN MATERIAUX COMPOSITES TRI-COUCHE BOIS PLASTIQUE / BOIS POLYSTYRENE

pour autant. Si les panneaux de bois paraissent plus durables que le bois massif à partir duquel ils sont composés, c’est dû à la présence de liants qui font que le bois n’est pas le seul composant d’un panneau. Il est également possible d’augmenter la durabilité durant la fabrication. En effet, plus un panneau est dense, meilleure est sa résistance face aux champignons. Cependant, selon cette même étude, cette densité ne semble pas avoir d’impact sur la perte de masse occasionnée par les termites.

III.1- Influence de l’essence de bois

Le bois est un matériau fortement anisotrope et hétérogène composé principalement de cellulose, d’hémicellulose et de lignine. On distingue d’importantes variations dans ces composantes, en fonction des bois de résineux et de ceux de feuillus. Les types et les quantités d’extractibles affectent aussi la composition du bois et, par conséquent, les propriétés des composites qui en résultent. Les travaux de Bovis TOGBEDJI (2008) ont montré que pour une même composition granulométrique et pour un même dosage, les espèces « Veine ont des taux de compactage supérieurs aux taux de compactage des espèces

« Acajou » ; il conclut que comme l’espèce «Acajou» a une teneur en eau supérieure à l’espèce « Veine » alors on peut dire que plus l’espèce a une teneur en eau élevée, plus son taux de compactage est faible. Debabrata Chowdhury (2010) a montré dans son étude que l’essence du bois a une influence sur les caractéristiques mécaniques du composite.

III.2- L’influence de la température de fonte

En effet la littérature indique une température limite de 170°C au-delà de laquelle la sciure et la matrice thermoplastique brûlent (F. Godard, 2008). Un test de thermogravimétrie effectué en étuve à 170°C sur un échantillon à 60% de sciure a montré une première perte de masse très faible (0,2%) entre 30 et 40 minutes. Par nature, la matrice est constituée d’éléments organiques. Ce qui conduit cette dernière à la carbonisation lorsque la température de fonte est très élevée. La colle perd alors toute sa viscosité.

III.3- L’influence de la morphologie du renfort

L’aspect le plus important de la morphologie du renfort est probablement le facteur de forme. En effet, à partir d’une certaine limite les fibres discontinues peuvent être considérées et analysées, d’un point de vue mécanique, comme des filaments continus. Le facteur de forme donne donc une information sur le comportement mécanique du renfort. Lors de nombreux travaux, la comparaison entre des farines, des particules et des fibres a montré,

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que les renforts se comportent comme des charges pour des facteurs de forme faibles, alors que les renforts à fort facteur de forme (>10) permettent un bien meilleur usage de leurs bonnes caractéristiques mécaniques. La taille de l’élément renforçant a naturellement une influence sur le procédé de fabrication mais aussi sur les propriétés mécaniques du CBP.

Ceci a été mis en évidence par (English, Clemons, Stark, & Schneider, 1996) lors d’un travail sur les effets de la taille des particules de farine de bois, C’est à dire indépendamment du facteur de forme. Ils ont observé une meilleure résistance à la propagation de fissures pour de plus grandes particules alors que dans le même temps il y avait une diminution de la résistance à l’initiation de fissures (la concentration des contraintes est plus importante).

Concernant la résistance à la traction, la résistance à la flexion, le module d’élasticité et l’allongement, il semblerait qu’il existe une taille optimale de 0,25mm. Tout éloignement de cette valeur, dans la gamme 0,05-0,6 mm, ayant conduit à une diminution de performance.

Une étude plus approfondie sur l’arrangement ou la distribution des particules aurait peut-être permis d’expliquer plus précisément ces dernières observations. En effet, (Clemons &

Oksman, 1998) notent que de petites particules bien dispersées augmentent généralement les propriétés de résistance. (Stark & Sanadi, 2000), lors d’une étude sur des CBP ont abouti à la conclusion que c’est bien le facteur de forme qui est le paramètre prépondérant influençant les propriétés mécaniques. Les travaux réalisés par (Guidigo, 2012, Julson et al, 2004) confirment que la granulométrie a une forte influence sur les propriétés mécaniques (cf. Tableau-V ).

Tableau-V : Propriétés des composites de polyéthylène chargé de fibres de bois

Flexion Traction

Type de

charge Granulométrie MOE

(MPa)

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III.4- Influence de l'humidité et de la température sur les CBP

L'humidité est un paramètre important pour les fibres de bois utilisées comme renforts dans les composites à base de bois. Ces fibres présentent un caractère hydrophile et subissent ainsi des déformations importantes lorsqu'elles se trouvent dans une atmosphère humide (SLAMA, I. 2008). Ceci a plusieurs effets sur l'adhésion ainsi que sur les caractéristiques mécaniques et physiques du produit. Cet inconvénient joue donc un rôle sur leur emploi ultérieur. De plus, le gonflement, la résistance à l'eau ou au feu sont fortement dépendants du renfort (Takatanil et al., 2000).

Dans la littérature, l'absorption d'humidité provoque la diminution des propriétés mécaniques d'un matériau à base d'une matrice thermoplastique consolidée par des fibres naturelles. L'humidité peut aussi migrer le long de l'interface fibre-matrice et influence l'adhésion entre ces dernières causant ainsi la perte de rigidité et parfois la dégradation des fibres. L'absorption d'eau des composites formés par du polypropylène et des fibres naturelles a été examinée par Espert et al. (2004). Il a été montré qu'il y a diminution des propriétés mécaniques notamment le module d'Young et le module de rupture sous conditions humides. De plus, Balatinecz et Park (1997) ont étudié les effets de l’humidité sur les propriétés mécaniques des CEP et ont constaté que l’absorption d'eau cause la diminution de la résistance à la traction et en flexion avec une augmentation de la résistance aux chocs. Stark et al. (2003) ont examiné l'influence des différents taux d'humidité relative (30%, 56% et 90%) sur les propriétés mécaniques (résistance en traction, résistance en flexion et résistance d'impact) des composites fabriqués à partir de pp avec 20% et 40% de farine de bois. Il a été conclu que l'augmentation du contenu en bois favorise l'absorption d'humidité et pourrait causer plus de diminution des propriétés mécaniques. Ce résultat est confirmé par celui de Lin et al. (2002) qui ont examiné l'influence de l'absorption de l'humidité sur les propriétés mécaniques des composites formés par des fibres de bois et du PP.