C.4 Influence de la fluoration sur les fibres

II.C.4.a. Impact de la fluoration sur la morphologie des fibres

Une rupture des liaisons C-C et/ou des liaisons C-O peut être générée pendant la phase de décomposition de la fluoration, lors d’un traitement prolongé. Ce phénomène de rupture est mis en évidence par la présence de groupements CF3 localisés en bouts de chaînes

moléculaires. L’ouverture des chaines moléculaires qui en résulte peut alors drastiquement fragiliser la structure du matériau au point d’engendrer la formation de fissures, voire l’ablation de certaines parties de la fibre. Une fluoration prolongée peut donc modifier la morphologie de surface des fibres naturelles.

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Tableau II-4 : Images obtenues par Microscopie Electronique à Balayage des fibres vierges et fluorées

Echantillon Vierge Fluoré 3h à RT _{Coton : 5h à 300°C} Sapin : 12h à RT Douglas Sapin Coton

C’est pourquoi une vérification de la structure superficielle de plusieurs fibres fut effectuée par Microscopie Electronique à Balayage (Tableau II-4). L’évolution de la morphologie de la poudre de sapin et de douglas, les deux essences au cœur de l’étude menée durant la thèse, avant et après fluoration a été analysée. En outre, nous nous sommes également intéressés à l’impact de la fluoration sur la structure de la fibre la plus cellulosique testée, le coton.

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Dans le cas de fluorations à température ambiante pour une durée limitée (3h), le traitement permet un greffage des atomes de fluor sur la surface, sans endommager significativement la structure des fibres (Tableau II-4 b,d et g). Dans le cas des deux essences de bois, les trachéides et les ponctuations, structures intrinsèquement fragiles, s’avèrent être conservées même après 3h de traitement. Les essences de bois qui sont parmi les plus réactives vis-à-vis du traitement (cf. Paragraphe II.C.2), n’ont donc pas subi de détérioration structurale majeure avec ces paramètres de traitement. Dans ces conditions, la morphologie de surface du coton se révèle également préservée, étant donnée sa faible réactivité lors du traitement. La décomposition mentionnée précédemment est limitée à l’extrême surface.

Cependant, un traitement sous des conditions plus drastiques (température élevée et/ou longue durée) génère de larges fissures en surface qui peuvent détériorer les propriétés du matériau (Tableau II-4 e et h). La décomposition des fibres de coton observée après une fluoration de 300°C pendant 5h (Tableau II-4 h) peut également être expliquée par la dégradation thermique subie par le coton à cette température. Les mesures ATG réalisées durant la thèse ont effectivement confirmé que la température de dégradation du coton testé se situait entre 270 et 280°C (cf. Figure II-16). Pour ce matériau, la décomposition thermique se produit avant la fluoration.

II.C.4.b. Impact de la fluoration sur l’hygroscopie des fibres

Afin d’évaluer l’influence du traitement sur l’interaction entre les fibres et les molécules d’eau, les angles de contact entre une goutte d’eau et des pastilles fabriquées à partir des fibres étudiées furent mesurés. Le Tableau II-5 présente les valeurs des angles de contact entre une goutte d’eau et chaque fibre avant et après fluoration. Le Tableau II-6, quant à lui, illustre ces mesures, puisqu’il réunit les clichés correspondant aux angles de contact entre les constituants majeurs du bois (cellulose et lignine), une des essences de bois étudiées (sapin) et une goutte d’eau.

Ces mesures se veulent qualitatives et comparatives entre l’état initial et fluoré. En effet, le pastillage sous une pression de 5 tonnes induit une rugosité intergranulaire. Les angles de contact donnés ici sont apparents.

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Tableau II-5 : Angles de contact d'une goutte d'eau sur les pastilles fabriquées à partir de fibres naturelles

Echantillon Vierge _{(3h à RT)} Fluoré _{d’augmentation} Pourcentage

Cellulose 28° 30° 7% Coton NM* 20° - Lin 70° 70° 0% Douglas 70° 85° 21% Sapin 51° 98° 92% Poudre mixte 80° 95° 19% Lignine 48° 77° 60%

* Non mesurable à cause de l’absorption instantanée de la goutte d’eau

Tableau II-6 : Visualisation des gouttes d'eau sur une pastille fabriquée à partir de fibres vierges et fluorées

Echantillon Vierge _{(3h à RT)} Fluoré

Cellulose

Sapin

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Toutes les fibres étudiées présentent naturellement un angle de contact relativement faible (< 90°), du fait de leur caractère hydrophile. Le traitement par fluoration tend à augmenter l’angle de contact de la majorité des fibres naturelles. Cette augmentation est synonyme d’une interaction plus faible entre l’eau et les matériaux traités. L’étude a également révélé que plus le taux de lignine de la fibre traitée est important, plus la différence entre l’angle de contact avant et après la fluoration, est grande. En effet, dans le cas des fibres plus cellulosiques (cellulose, coton et lin), une augmentation de l’angle de contact très légère voire insignifiante est enregistrée. En revanche, pour les matériaux lignocellulosiques, le traitement apporte un caractère hydrophobe à la surface des fibres. Ce dernier se manifeste par un bond significatif (entre 15° et 45°) entre les angles de contact avant et après fluoration.

Les mesures par tensiométrie confirment donc que la fluoration induit une diminution du caractère hydrophile des fibres. En outre, l’impact de la fluoration sur le comportement hygroscopique, c’est-à-dire l’apparition d’un caractère hydrophobe, s’avère corrélé avec la composition chimique des matériaux et par conséquent avec leur réactivité vis-à-vis de la fluoration. Autrement dit, plus un matériau est réactif pendant le traitement, plus l’hydrophobie apportée par ce dernier est important.

Cette corrélation entre l’efficacité de la fluoration des fibres végétales et leurs compositions chimiques, déjà mise en avant dans les paragraphes précédents, pourrait d’ailleurs être utilisée afin de déterminer la teneur des composants d’une fibre ou d’une essence de bois.

II.C.5 Une nouvelle méthode pour déterminer la composition chimique des