Développement d'une chaine de traitement d’images pour relier la morphologie de fibres lignocellulosiques aux propriétés de composites thermoplastiques à fibres courtes
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Abstract EN:
The global objective of this thesis is to link the morphology of linocellulosic fibres to the functional properties of composites. A first area of work consisted in identifying the impact of the fibre transformation process on its final properties, in particular on its morphology. The second axis concerned the study of the links between the properties of fibres and the functional mechanical properties of composites.A hydromechanical treatment applied to hemp fibres provided us with contrasting batches in terms of morphology and physicochemical properties. We generated fibrillation, and nanoindentation showed a loss of parietal mechanical properties. These properties are strongly correlated to the crystallinity rate of cellulose and to the contents of 3 oses: rhamnose, galactose and mannose. The development of an image processing and analysis chain has made it possible to quantify the size, shape and structural complexity of fibres at the population level. Morphological characteristics were monitored in composites injected with or without maleic anhydride. The characteristics of mixtures and composites have been explored. Two fibre aspect ratios (L/D) were distinguished (with and without fibrillation) and injected into micromechanical models to assess the influence of fibrillation on the prediction of the Young's modulus of composites. At the composite level, the contribution of fibrils remains very moderate, although the individual morphological and population description of the fibres has been significantly improved.
Abstract FR:
L’objectif global de cette thèse est de relier la morphologie des fibres lignocellulosiques aux propriétés fonctionnelles des composites thermoplastiques. Un premier axe de travail a consisté à identifier l’impact du procédé de transformation des fibres sur leurs propriétés finales, en particulier sur leur morphologie. Le second axe a concerné l’étude des liens entre les propriétés des fibres avec les propriétés mécaniques fonctionnelles des composites.Un traitement hydromécanique appliqué à des fibres de chanvre nous a fourni des lots d’échantillons contrastés en termes de morphologie et propriétés physicochimiques. Nous avons généré de la fibrillation, et la nanoindentation a montré une perte de propriétés mécaniques pariétales. Ces propriétés sont fortement corrélées au taux de cristallinité de la cellulose et aux teneurs en 3 monosaccharides : rhamnose, galactose et mannose. Le développement d’une chaine de traitement et d’analyse d’images a permis de quantifier les caractéristiques de taille, de forme et de complexité structurale des fibres à l’échelle des populations. Les caractéristiques morphologiques ont été suivies dans les composites injectés avec ou sans anhydride maléique. Les caractéristiques des mélanges et des composites ont été explorées. Deux rapports de forme (L/D) des fibres ont été distingués (avec et sans fibrillation) et ont été injectés dans des modèles de micromécanique pour évaluer l’influence des fibrillations sur la prédiction du module de Young des composites. À l’échelle du composite la contribution des fibrilles reste très modérée même si la description morphologique individuelle et de population des fibres est significativement améliorée.