Caractéristiques physiques

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1.2. Caractéristiques physiques

1.2.1. Observation au microscope

Le microscope utilisé est un microscope optique Nikon AZ100 muni d’une caméra U-S3 pour l’acquisition d’images. Les grossissements de x50 et x175 ont été utilisés pour visualiser les fibres végétales et déterminer leur diamètre moyen.

1.2.1.1. Caractéristiques morphologiques des coques de cotonnier

La géométrie des fibres est un des facteurs qui influence les propriétés mécaniques (en relation avec la microstructure) des composites élaborés.

La longueur et le diamètre des fibres ont été déterminés à l’aide de la microscopie optique couplée à l’analyse d’image grâce au logiciel NIS Eléments. Les mêmes paramètres ont été déterminés sur les coques. La longueur des fibres a été difficile à déterminer parce qu’elles sont enchevêtrées les unes dans les autres comme le montre l’image au microscope. Après un démêlage soigné nous avons pu déterminer ce paramètre.

1.2.2. Mesure de la conductivité thermique

Elle a été déterminée par la Méthode de la plaque chaude gardée.

C’est une méthode de mesure stationnaire de la conductivité thermique des matériaux isolants. Son schéma de principe est représenté sur la figure 25.

Photo 9-b : image de Coques de cotonnier x10 Photo 9-a : image de coques de

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Les plaques extérieures en matériau très conducteur (cuivre, aluminium) sont maintenues à température constante par circulation d’un fluide issu d’un bain thermostaté. Une plaque chauffante délivre une puissance de chauffe ϕ0 uniforme et constante qui est transmise aux plaques extérieures à travers les échantillons dont on veut mesurer la conductivité thermique. On s’assure du transfert 1D dans la zone centrale de mesure en entourant la zone chauffée par un anneau de garde auquel on fournit un flux ϕ1 tel que la température de l’anneau soit égale à la température de la plaque chauffante. On s’assure ainsi également que tout le flux ϕ0 passe à travers l’échantillon. Le flux ϕ1 est supérieur au flux ϕ0 pour compenser les pertes latérales convectives. L’anneau de garde et la plaque chauffante sont séparés par une mince couche d’air.

Des thermocouples sont placés sur les deux faces des échantillons pour en mesurer les écarts de température ΔT↓ et ΔT↑.

Figure 26 : schéma de principe de la méthode de la plaque chaude gardée

1.2.3. Mesure du coefficient d’absorption des fibres végétales

L’hygroscopicité des produits (notamment des panneaux de particules) a été déterminée par suivi de l’évolution de l’absorption d’eau (phase vapeur), par les échantillons conditionnés à des humidités relatives de 7, 22, 33, 43, 63, 75, 85, 96%. Pour obtenir une atmosphère avec une humidité relative de 7, 22, 33, 43, 63, 75, 85, 96%, des béchers contenant respectivement des solutions saturées des sels de KOH, KCH3CO2, MgCl2, K2CO3, NAO2, NaCl, KCl, et K2SO4 dans des enceintes hermétiques (dessiccateurs) ont été utilisées (Cha J. et al., 2001).

Après séchage à 105°C, pendant 48h, les échantillons ont été pesés et placés dans les enceintes. Ils ont ensuite été retirés régulièrement de l’enceinte, pesés et placés à

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nouveau dans l’enceinte.

Les mesures de masse ont été effectuées jusqu’à saturation de l’échantillon en vapeur d’eau.

Dans nos travaux, nous avons déterminé les isothermes de sorption et désorption de vapeur par une méthode simple utilisant une enceinte thermostatée (figure 27).

1.2.3.1. Dispositif expérimental

La Procédure expérimentale de la manipulation est la suivante :

• Produit exposé: panneau de particules de dimensions : 150x150x5 mm • Atmosphère d’essai: (T=30°C)

• Durée de la manipulation: 15jours • Solutions utilisées: 8 Sels

• Intervalle de mesure: 24h • Volume de l’enceinte: 20litres

Procédure :

Le produit est suspendu dans un récipient étanche à l’intérieur duquel une solution maintient une humidité relative constante. Cette solution peut être une solution saline saturée en sel ou une solution d’acide sulfurique de concentration fixée. La température est maintenue constante en plaçant les récipients dans une enceinte

thermostatée. On utilise autant de sels ou de concentration différents (et donc de récipients) que l’on veut obtenir de points sur l’isotherme. La figure 27 indique les humidités relatives de l’air au-dessus des solutions salines saturées (à 30°C) préconisées pour la mise en œuvre de la méthode des sels.

La figure 28 représente les isothermes des particules de tiges de cotonnier et de kénaf et des coques de cotonnier

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86 Figure 27. Schéma du dispositif expérimental de l’essai de désorption.

L’absorption d’eau est calculée selon la formule suivante (1) : Absorption d’eau (%) =

×

Figure 28. Isothermes d’absorption des fibres

Les isothermes mettent en évidence une teneur en eau importante des matières végétales. Pour des humidités relatives d’environ 50%HR, la teneur en eau des coques de cotonnier est d’environ 10%, contre 15% pour le bois de kénaf et 18% pour le bois de cotonnier. Toutes ces valeurs de teneur en eau sont relativement élevées pour des humidités relatives courantes dans le bâtiment. Ce qui laisse présager une influence de l’humidité relative sur les propriétés thermiques du composite qu’il ne suffira donc pas de déterminer à l’état sec notamment dans le cas des panneaux de particules.

0 0,05 0,1 0,15 0,2 0,25 0,3 0,35 0,4 0,45 0,00 0,20 0,40 0,60 0,80 1,00 1,20 Ten e u r e n e au (X eq ) HR (Humidité relative) coques de cotonnier fibre de bois de kénaf fibre de bois de cotonnier Produit

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1.2.4. Mesure de la masse volumique

Les masses volumiques des échantillons pour chaque dosage en coques de cotonnier et des coques de cotonnier, ont été déterminées grâce à un pycnomètre.

1.2.5. Mesure du gonflement à l’eau

Le test de gonflement dans l’eau permet de déterminer les propriétés de résistance des panneaux fabriqués, en milieu humide. Six éprouvettes de dimensions (15x15x4 mm) ont été immergées dans l’eau durant respectivement 2 heures et 24 heures puis leurs masses et leur épaisseurs mesurées, conformément à la norme EN 317. Le taux de gonflement à l’eau est donné par la relation suivante (3):