Effet du temps de traitement

Les fibres Diss d’une longueur utile de 50 mm, ont subi un traitement alcalin à 5% NaOH. Le temps de traitement varie de deux heures à plus de 50 heures. La figure V. 24 montre l’évolution

Chapitre V Essais sur les constituants des composites

de la résistance à la traction en fonction du temps de traitement. La résistance moyenne à la rupture des fibres traitées montre une très nette amélioration. Selon Valdez et all., le traitement alcalin augmente la rugosité de surface et la quantité de cellulose exposée sur la surface de la fibre. Et par conséquent, l’augmentation du nombre de sites de réaction possible (groupes -OH)

[VAL99]. Donc, le traitement alcalin a un effet durable sur le comportement mécanique des fibres, en particulier sur la résistance et la rigidité des fibres.

Au bout de 2 heures de traitement, la résistance à la traction des fibres Diss est maximale. Elle augmente de 40%. M. E. H. Bourahli et al. ont montré que cette dernière est due à l’amélioration de la cristallinité de la structure cellulose de la fibre Diss [BOU13]. De même, P. Saha et al. ont montré qu’un traitement alcalin (6% NaOH) de 2h augmente de 65 % la résistance à la traction des fibres de lin [SAH 10].

FigureV.24 : Evolution de la résistance à la rupture des fibres Diss en fonction du temps de traitement alcalin Au-delà de 2h, toute prorogation du temps de traitement conduit à l’affaiblissement de la fibre Diss. Cette diminution est due probablement à l'élimination partielle des substances cimentaires, traduisant ainsi une légère perturbation de la chaîne de cellulose. L’extraction excessive de ces composants provoque une chute néfaste vis-à-vis du comportement mécanique de la fibre. Cette chute est accompagnée par la modification de la structure de cellulose (transition de cellulose I en cellulose II) avec une augmentation des régions amorphes [BUS06]. Toutefois, la résistance demeure toujours supérieure à celle des fibres non traitées.

Au-delà de 12 heures de traitement, on assiste à un palier où la résistance présente une augmentation de 20% par rapport aux fibres non traitées. On rapporte que les longues durées de traitement en soude réduisent le taux de cristallinité et induisent aussi la transformation de cellulose I en cellulose II amorphe [BAL06, OUA05]. Toutefois, la phase de dégradation de la fibre n’est pas encore atteinte.

V.2.2.2 Aspect statistique

Lors des essais de traction sur les fibres traitées, les résultats obtenus présentent le même caractère que celui des fibres brutes avec une dispersion notable. La même procédure est suivie qu’au par avant.

100 110 120 130 140 150 160 0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 50 C ontr ai nte en trac ti on (Mpa) Temps en (heures) Diss brut

Diss traié 5% NaOH

Chapitre V Essais sur les constituants des composites

a- Modélisation par la fonction de distribution de Weibull à deux paramètres (m, σ0)

La figure V. 25 permet d’apprécier la qualité d’ajustement des résistances. On remarque que les valeurs expérimentales sont relativement éloignées de la droite. Pour la fonction de densité en remarque un décalage vers les petites valeurs.

Figure V. 25 : Défiabilité de rupture de fibre Diss distribution de Weibull unimodale 2P

Figure V. 26: Histogramme D/S) (distribution de Weibull unimodale 2P)

b- Modélisation par la fonction de distribution de Weibull à 3 paramètres (m, σ0, σu)

La figure V.27 présente la modélisation des résultats expérimentale par la fonction de distribution de Weibull à 3 paramètres. On constate qu’il y a un écartement entre les valeurs et la droite de modélisation. Le module de Weibull et le paramètre d’échelle sont pratiquement identiques à ceux de l’hypothèse à deux paramètres.

Figure V. 27 : Défiabilité de rupture de fibre Diss distribution de Weibull unimodale 3P

Figure V. 28: Histogramme D/S (distribution de Weibull unimodale 3P)

Chapitre V Essais sur les constituants des composites

c- Modélisation des résultats par la distribution de Weibull bimodale (m1, m2, 01, 02)

La figure V.29 montre que le module de Weibull des fibres vierges pour les deux populations est supérieur à celle des fibres traitées. De plus, elle indique que les données de résistance ne s’ajustent pas à la distribution bimodale de Weibull.

Figure V. 29 : Défiabilité de rupture de fibre Diss distribution de Weibull biimodale

Figure V. 30: Histogramme D/S) (Weibull distribution de biimodale)

d- Comparaison entre les trois types de modélisation

La figure V. 31 présente la comparaison entre les trois types de modélisation de la résistance de la fibre brute et traitée. On remarque que les fibres vierges et les fibres traitées ont des comportements similaires. L’approche bimodale est la plus adéquate avec les données de résistances expérimentales.

Chapitre V Essais sur les constituants des composites

Figure V. 31 : Défiabilité de rupture de fibre Diss traitées pendant 2h, Lu=50mm. Comparaison entre les trois types de modélisation

Le traitement statistique des données expérimentales de résistance des fibres traitées, nous a permet de déterminer les valeurs de différents paramètres des distributions unimodale (2 et 3 paramètres) et bimodale. Les résultats sont présentés sur le tableau V.8.

Le traitement de surface par la soude n’a pas une influence notable sur les. On peut dire du moins pour l’instant que le traitement chimique des fibres n’a pas permis la distinction entre les deux types de populations de défauts. Nous pouvons prédire que les défauts de surface ne sont pas affectés par le traitement ou les défauts sont des défauts en volume.

Paramètres de Weibull α1 m1 01 α2 m2 02 χ 2 % Unimodale 2P Fibres brutes 2,86 119 ,7 0.04 T 2h 1,43 155,82 0.22 3P Fibres brutes 1.65 49.40 53.76 T 2h 1,18 154,56 5,82 4,20 Bimodale Fibres brutes 0,51 3,53 82,50 0.49 5,03 123,06 0,06 T 2h 0,42 3,29 78,98 0.58 1,30 221,11 0.06 Tableau V. 8 : Paramètres de Weibull issu de la modélisation de la rupture des fibres Diss traitées. V.2.3 Détermination du module d’élasticité de la fibre Diss

A partir des courbes contrainte-déformation les modules d’élasticité des fibres brutes et traitées à la soude sont déterminés.

Chapitre V Essais sur les constituants des composites

La figure V.32 présente la variation du module élastique des fibres diss en fonction du temps de traitement. On assiste à une augmentation du module de young de 9,1 GPa pour des fibres brutes à 11,2 GPa pour des fibres traitées pendant 2h. Cette augmentation est attribuée à la réarrangement et l’amélioration de la cristallinité de la cellulose. Tout prolongement ultérieur du temps de traitement provoquera la chute progressive du module pour atteindre une valeur minimale de 7,7 GPa pour un traitement de 48h. La fibre perd ces caractéristiques mécaniques à cause de la dissolution excessive de l’hémicellulose et de la lignine. Ces deux constituants jouent le rôle de la matrice qui enrobe et consolide la cellulose l’élément structurant le plus rigide de la fibre.

Figure V.32 : Variation du module d’élasticité en fonction du temps de traitement alcalin (5% de NaOH) V.3 Caractérisation mécanique du renfort jute et verre