Le dimensionnement des pièces en composites à base de fibres végétales pour des applications structurales exige la connaissance des propriétés mécaniques de ces fibres. Or la complexité de l’architecture de ces renforts induit un comportement anisotrope et leurs faibles dimensions transversales ne favorisent pas la mesure de l’ensemble des propriétés anisotropes. Par ailleurs, l’irrégularité de la géométrie des fibres et la polydispersité de la microstructure des composites due à la présence de faisceaux de fibres de taille variable répartis aléatoirement, sont également des spécificités à prendre en compte dans l’estimation des propriétés mécaniques. Dès lors, l’homogénéisation numérique multi-échelle apparaît comme un moyen efficace pour l’estimation des propriétés effectives des composites à fibres végétales et de leurs constituants. Mieux, la génération de microstructures aléatoires sur la base de descripteurs morphologiques permet d’effectuer une étude de la sensibilité des réponses mécaniques, une propagation des incertitudes dans les modèles multi-échelles pour expliquer les variabilités macroscopiques mesurées et une détermination fiable de ta taille des VER.

Image MEB d’un faisceau de fibres végétales (X 212)

Une biocolle à base de chitosane a été élaborée en collaboration étroite avec l’axe GePEB de l’Institut Pascal et l’IRSTEA, centre de Clermont-Ferrand. Les essais mécaniques de caractérisation, qu’ils soient conduits à l’Institut Pascal ou à l’extérieur, ont montré que les niveaux de résistance atteints étaient compatibles avec une utilisation semi-structurelle, voire structurelle de cette colle. Cela a conduit l’Université Blaise Pascal et l’IRSTEA à déposer un brevet aux niveaux national et international (Adhesive Composition Including deacetylated Chitosan, United States Patent Application 20130143041, 2013).

Les travaux actuels portent sur l’amélioration des performances mécaniques de cette colle, notamment en présence d’humidité et sur l’extension de son usage sous des formes compatibles avec des applications comme les biocomposites élaborés dans le cadre du projet Demether décrit plus haut.

Le projet a pour but d'utiliser des sous-produits oléagineux et céréaliers pour leur pouvoir isolant afin d'isoler les bâtiments anciens par des panneaux constitués de ces déchets. Les sous-produits du tournesol ont un potentiel de valorisation important pour la production de biofibres. Le laboratoire s'est investi via le projet ANR DEMETHER dans la mise en œuvre et la caractérisation du comportement thermo-hydro-mécanique de composites à base de broyats de tiges de tournesol et de biopolymères naturels de type chitosane. Les différents constituants de la tige (moelle et écorce) et du composite ont été caractérisés d'un point de vue mécanique et thermique en prenant en compte l'effet de l'humidité relative dans les matériaux. Vue la très grande variabilité des constituants, la caractérisation des propriétés mécaniques des constituants a été effectuée sur de nombreux échantillons et une approche statistique a été développée. Des tests de vieillissement aux UV des constituants ont aussi été menés. Plus récemment, c'est le composite qui a été sollicité mécaniquement et une approche de type mesures de champs sans contact a été développée spécialement pour ce type de matériau.

Ecorce et moelle de tournesol

Composite broyat de tiges de tournesol - chitosane

L’éco-conception de matériaux de construction à forte valeur écologique tels que les bétons à base de végétaux et liants minéraux est un axe majeur de cette thématique. Dans une première étape, l’objectif a été de mettre en place des outils de conception d’un produit de construction à base d’un mélange chaux/chanvre optimisé pour toutes les phases du cycle de vie du matériau de l’étude. Les problèmes de mise en œuvre ont été étudiés dès le contact avec la matrice lors du malaxage.

Champs de chanvre et de tournesol

Vues transversale et longitudinale

d’un granulat de chanvre

Granulats obtenus par broyage des

tiges de chanvre et de tournesol

Béton de chanvre et maison à ossature bois

et enveloppe en béton de chanvre

Dans une seconde étape, l’influence du mode (interne ou externe) et du temps de vibration sur le serrage du matériau été investigué (Thèse TT Nguyen). De la compacité obtenue et du degré d’anisotropie induit découle pour une bonne part les propriétés mécaniques du matériau une fois mature. Par ailleurs nous nous sommes intéressés à la structuration du matériau. C’est lors de cette phase de maturation que l’adhérence à l’interface fibre/liant se constitue. L’évaluation de l’amplitude des contraintes locales aux interfaces à l’aide de méthodes issues de la tribologie est corrélée au comportement structurel global (Thèse de Vincent Nozahic). Enfin, un travail sur la variabilité des bétons de chanvre en fonction des caractéristiques de la chènevotte est engagé (Thèse de César Niyigena) depuis janvier 2013.