Une multitude de matériaux composites existent. Le choix de la combinaison renfort/matrice dépend des propriétés que doit présenter le matériau final. Dans ce mémoire nous avons présenté deux types de matériaux composites.
La finalité du 1er matériau composite était qu’il soit chimiquement stable lors de son utilisation à des températures moyennement élevées (600°C) tout en étant performant du point de vue mécanique. Alors que le second matériau composite doit permettre de réduire la consommation d’énergie électrique liée à la climatisation des habitations, tout en présentant des propriétés mécaniques permettant aux logements de résister aux risques naturels (séismes, cyclones).
Pour élaborer un matériau performant en ce qui concerne l’aspect mécanique et stable du point de vue chimique, nous avons opté pour la réalisation d’interphases de siliciures de titane (TiSi2, Ti5Si3) entre des fibres de carbure de silicium et une matrice de titane. Une méthode de revêtement à basse température, la pulvérisation cathodique, a été évaluée par l’analyse de l’évolution des diamètres des de SiC et par la modélisation des contraintes mécaniques internes des revêtements. Des résultats encourageant ayant été obtenus pendant ma thèse, une autre mode de revêtement, par dépôt chimique en phase vapeur, mais aussi d’autres matrices intermétalliques à base de titane ont été étudiées par la suite. Ces revêtements ont été abandonnés du fait du coût de production d’un tel matériau composite multicouche car aujourd’hui ce coût de production est devenu un paramètre non négligeable, on s’achemine vers l’élaboration de matériaux composites en un minimum d’étapes.
Des matériaux pour la construction peu coûteux, isolants thermiques et performants du point de vue mécanique ont été élaborés à partir de fibres végétales et de ciment. Les premières sont incorporées pour contribuer à l’aspect «isolant thermique» alors que le ciment confère, au matériau composite résultant, ses performances mécaniques. Il s’agit pour le groupe de recherche COVACHIMM de participer à la valorisation des déchets agro-industriels tels que la bagasse ou le dictame, de proposer d’autres usages au bananier et au cocotier, en leur conférant une valeur ajoutée.
Nos travaux se sont axés pour une grande part sur la connaissance du comportement chimique de six fibres végétales tropicales locales (bagasse, tronc et feuille de bananier, bogue de coco, gaine foliaire de cocotier, dictame) suite à la pyrolyse et aux traitements chimiques (acide
sulfurique, hydroxyde de calcium). Plusieurs méthodes ont été mises en œuvre pour caractériser les fibres végétales : la microscopie électronique à balayage, la spectroscopie infra-rouge à Transformée de Fourier, la composition élémentaire, la composition botanique, le dimensionnement. La mesure des résistances à la rupture des fibres a débuté, les résultats préliminaires s’y rapportant n’ont pas été présentés dans ce mémoire.
De la même manière ce sont les ciments couramment utilisés dans nos régions qui ont été utilisés pour l’élaboration des composites. L’évaluation des aptitudes techniques des composites fibres végétales/ciment CFVC s’est intéressée à la prise (température maximale d’hydratation, durée pour atteindre cette température maximale), à des paramètres tels que la teneur en fibres et en eau, la température de pyrolyse des fibres et les traitements chimiques. Par ailleurs les propriétés thermiques et mécaniques des CFVC élaborés ont été quantifiées et analysées en terme de teneur en fibres, traitements des fibres, compositions botanique. Un travail fondamental, par calorimétrie différentielle à balayage, de la décomposition thermique des CFVC et l’évaluation des enthalpies des réactions mises en jeu lors de l’hydratation de ces composites a débuté, les résultats qui ne sont qu’au stade préliminaire n’ont pas été présentés dans ce mémoire.
L’étude bibliographique a mis en avant le manque d’information sur la chimie de la zone interfaciale. En effet, la plupart des scientifiques travaillant dans le domaine des composites fibres végétales/ciment pour la construction sont des chercheurs du génie civil.
Il convient de mieux comprendre les interactions chimiques entre les fibres végétales et la matrice cimentaire, tout comme cela avait été réalisé pour les composites SiC/Ti pendant la thèse. Il s’agit d’étudier les zones d’interaction fibre/matrice sur des sections polies par Auger, diffraction X, fractographie, infra-rouge. Puis dans un second temps, d’extraire certains composés de la fibre, par exemple par le biais d’un fluide supercritique, mais aussi en faisant des traitements de surface des fibres, ces traitements étant compatibles avec le ciment. Afin d’améliorer la durabilité des CFVC les fibres pourront être revêtues, par un procédé simple, avant leur incorporation dans la ciment. Des revêtements à base de silane peuvent être envisagés.
- étendre l’étude des performances thermiques des conductivités thermiques à de longues périodes mais aussi à celles des capacités calorifiques, données nécessaires à la caractérisation dynamique des matériaux,
- modéliser les conductivités thermiques en tenant compte du mode d’arrangement aléatoire ou non des fibres,
- simuler les échanges de chaleur dans le logement.
Une fois que la méthode d’élaboration des composites sera optimisée pour limiter la porosité, nous poursuivrons nos collaborations avec les collègues brésiliens et américains, en particulier pour la détermination des propriétés mécaniques des composites.
Enfin l’incorporation de ces fibres végétales dans d’autres matrices pourra être envisagée en vue de réaliser des pare-chocs d’automobile.