La Figure A.IV. 1 présente les différents spectres infrarouges des UTFD conditionnées sous des humidités relatives (HR) différentes. Ces spectres contiennent des informations importantes relatives au processus d’absorption d’humidité des fibres de Diss, permettant d’identifier les sites d’adsorption avec lesquels les molécules d’eau ont la capacité de créer des liaisons hydrogène [109]. Les régions du spectre les plus impactées par l’évolution de HR sont la bande entre 3600 – 3100 cm-1, ainsi que les pics à 2917 cm-1, 2850 cm-1, 1632 cm-1 et 895 cm-1.
La bande 3600 – 3100 cm-1 représente les liaisons hydrogènes du réseau inter et intramoléculaire de la cellulose, ainsi que les groupements hydroxyles libres de l’hémicellulose [109]. Avec l’augmentation de HR, l’intensité de cette bande accroit, signifiant par-conséquent l’interaction des molécules d’eau avec les groupes -OH. Cette bande représente donc à la fois les interactions macromoléculaires de la cellulose et de l’hémicellulose, ainsi que la présence d’eau dans les fibres [109]. Le même constat a été relevé pour le pic à 1635 cm-1 qui est dû à la vibration en flexion de la molécule d’eau, témoignant la présence de l’eau libre [108]. De plus, les pics 2917 cm-1 et 2850 cm-1 semblent également touchés. Ils correspondent, respectivement, aux vibrations d’étirement des liaisons -CH et des liaisons -CH2 des chaînes de la cellulose et hémicellulose [74]. Néanmoins, il est peu plausible que ces groupes présentent
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des zones d’affinité avec les molécules d’eau en raison de leur état apolaire [109]. Il est à noter que l’intensité du pic à 895 cm-1, caractéristique des liaisons β de la cellulose, a diminuée avec l’augmentation d’humidité. Cette liaison assure l’accordement du composant principal de la cellulose, la glucose [29]. Une telle diminution pourrait être due à une plastification de la macromolécule de la cellulose. Contrairement aux résultats issus des travaux de Célino et al. [109], les pics à 1735 cm-1 et 1425 cm-1 ne semblent pas être impactés avec la variation de HR. Elles sont caractéristiques des fonctions carboxyles des pectines, qui devraient être également impactés par l’absorption d’eau. Cela peut être dû au faible contenu de pectine dans ce type de fibres, (voir § A.III. 3.1). Les mêmes constats ont été rap portés pour le pic à 1030 cm-1 qui est caractéristique de la nature polysaccharidique de la fibre [109].
Figure A.IV. 1: Spectres de FTIR des UTFD conditionnées dans des environnements à humidité relative différente. Compte tenu de ces résultats, les groupes -OH pourraient être considérés comme les principaux responsables de l’adsorption des molécules d’eau par les fibres de Diss. Ce constat a été également révélé dans plusieurs travaux sur les matériaux cellulosiques [108]–[110]. Ces spectres montrent que l’hémicellulose et la cellulose sont probablement les responsables de ce caractère hydrophile des fibres de Diss.
0 0,1 0,2 0,3 0,4 0,5 0,6 450 950 1450 1950 2450 2950 3450 3950 Ab so rb an ce Wave number (cm-1) 5% 40% 70% 90%
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Absorption par immersion d’eau
La Figure A.IV. 2 présente l’évolution du taux d’absorption d’eau (Wf) des fibres de Diss traitées et non traitées en fonction de la racine carrée du temps. A l’équilibre, les UTFD et les NFTD ont présenté un taux d’absorption similaire d’environ 40% de la masse sèche. Une diminution significative de ce taux d’absorption a été rapportée par les TTFD, STFD et ATFD, respectivement, de 35%, 28% et 25%. Selon Hil et al. [112], la capacité de sorption augmente avec l’accessibilité aux groupes -OH et la teneur en Lignine des fibres, justifiant cela à l’aptitude du réseau de lignine à se déformer pour accueillir l'eau à l'intérieur de la paroi cellulaire. Dans le cas des NTFD, il a été conclu dans notre précédente investigation sur les fibres de Diss, (voir § A. III. 3.2 et § 𝐴. III. 4), qu’un tel traitement dégrade significativement la pectine et l'hémicellulose et d’une façon moins efficace la lignine. Par conséquent, cela pourrait augmenter la quantité de cellulose exposée, conduisant à une augmentation des liaisons -OH sur la surface des NFTD ; ce qui a été également observé par FTIR. Cependant, Placet et al. [56] ont parlé d’un effet de compensation lors de leurs travaux sur les fibres de chanvre rouies et non rouies. Bien que l’élimination de certains composants non-cellulosiques hydrophiles lors du rouissage, la capacité d’absorption de ces deux types de fibres reste similaire. Autrement dit, les sites d’absorption éliminés ont été remplacés par d’autres sites d’absorption démasqués. Ce qui pourrait être le cas pour les UTFD et NFTD. D’autres hypothèses sont discutées, un peu plus loin, à la suite des résultats des essais de sorption de vapeur d’eau.
Figure A.IV. 2: Courbes d’absorption d’eau des fibres de Diss traitées et non traitée, avec un coefficient de variance <10%. D’autre part, lors d’un traitement par acide acétique ou silane, les groupes -OH présents sur la surface des fibres réagissent, respectivement, avec les groupes acétyles ou les groupes alcoxyles, modifiant les propriétés de ces polymères afin qu'ils deviennent plus hydrophobes
-3 2 7 12 17 22 27 32 37 42 0 20 40 60 80 100 120 140 Ta ux d 'a bs or pt io n (% ) Temps (s1/2) UTFD TTFD STFD NTFD ATFD
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[31], [115]. Il a été avéré que ces traitements diminuent l’énergie de surface des fibres végétales et par-conséquent leur taux d’adsorption [67], [113], [114]. Haque et al. [116] ont observé une réduction de l’absorption d’humidité des fibres de sisal traitées au silane. Par ailleurs, une diminution du taux d’absorption d’eau, plus au moins similaire des fibres de palmier à l’huile traitées au silane et à l’acide acétique, a été rapportée par Sreekala et Thomas [169]. Le traitement thermique, quant à lui, consiste à réduire le nombre des groupes d’hydroxyle exposés sur la surface des fibres en dégradant certains composants non-cellulosiques [94]. De plus, ce traitement augmente l’indice de cristallinité de cellulose [95], conduisant à une diminution des groupes hydroxyles accessibles de cellulose. En effet, à des températures élevées, quelques composants des fibres végétales se ramollissent, notamment l’hémicellulose, la lignine [117]. Par conséquent, les liaisons intermoléculaires entre les groupes hydroxyles au sein de la structure cellulosique pourraient se réarranger en produisant une structure plus stable avec des groupes -OH moins accessibles.