644 - Matériaux biosourcés, architecture et design au service de l’écologie : regards croisés Afrique-Amérique

Les thermoplastiques renforcés par des fibres naturelles courtes représentent une catégorie de biocomposites prometteuse, offrant des propriétés mécaniques comparables à celles des thermoplastiques techniques coûteux tels que le Nylon ou les polyoxyméthylènes (POM). Ces biocomposites répondent à la demande croissante de matériaux biosourcés, tout en restant abordables. Cependant, leur utilisation en extérieur expose ces matériaux aux intempéries, notamment à l'humidité et surtout au rayonnement solaire (UV). Cette exposition peut altérer leurs performances mécaniques, provoquant décoloration, augmentation de la rugosité de surface, perte de masse et dégradation des propriétés mécaniques. Pour évaluer l'impact du rayonnement UV sur ces matériaux, des techniques telles que la microscopie confocale, l'émission acoustique et la microtomodensitométrie ont été utilisées pour analyser les changements de couleur, la rugosité de surface, le comportement en traction et à l’impact à basse vitesse. Les composites à fibres de lin, présentant une teneur en cellulose plus élevée que ceux à fibres de pin, affichent des performances mécaniques supérieures. Toutefois, les fibres de pin, riches en lignine, montrent une capacité accrue à résister à la dégradation environnementale sous irradiation UV, la lignine agissant comme un absorbeur de lumière et protégeant la cellulose cristalline contre la photo-oxydation

Actuellement, la recherche sur les matériaux de construction s'oriente de plus en plus vers des matériaux naturels, recyclables respectueux de l'environnement et dotés de bonnes performances thermomécaniques. Récemment, de nombreuses études ont été entreprises par différents chercheurs pour étudier l'influence de l'ajout de divers fibres biosourcés au sol sur la performance thermique et mécanique des briques. Des études ont été réalisées sur l'impact des résidus d'olive sur les propriétés physiques, mécaniques et thermiques des briques d'argile cuite. Les résultats des tests montrent que les échantillons contenant 7,5% de résidus d'olives ont des propriétés mécaniques adéquates et une capacité d'isolation thermique plus élevée. L'objectif de ce travail est d'évaluer l'effet du grignon d'olive sur les performances hygro-thermomécaniques des briques de terre. Initialement, les grignons d’olive ont été incorporés comme additif dans une plage de 0 à 40% en poids. Les composites développés ont présenté des valeurs de résistance à la compression, de conductivité thermique, de capacité thermique et de valeur tampon hydrique allant de 2.41 à 0.44 MPa, de 0.88 à 0.39 W/mK, 0.7 à 1.22 kJ.kg^-1 et de 1.8 à 2.46 g/(m²%RH), respectivement. Des essais en laboratoire ont été suivis d'une analyse CFD/ANSYS. Les mures hybrides biosourcés ont montré leur efficacité dans la régulation des conditions intérieures d’un bâtiment en raison de la masse thermique élevée des composites T-0GO/T-40GO.

Les matériaux de construction incorporant des additifs biosourcé se sont révélés être une voie prometteuse pour améliorer la capacité thermique des composants de bâtiment, contribuant ainsi à réduire la consommation énergétique des bâtiments. Cette recherche explore l'intégration de coques d'arachides broyées (CA) dans le béton, en se concentrant sur l'effet de la morphologie des ajouts sur les propriétés thermophysiques et les implications sur les performances mécaniques. L'étude a analysé les échantillons de béton enrichis de 0 à 6 % en poids de CA, utilisant la méthode du disque chaud pour évaluer leurs propriétés thermiques. L'inclusion de CA a mené à une réduction notable de la conductivité thermique, de la diffusivité et de la densité, proposant ainsi un potentiel comme matériau de construction isolant et léger. Toutefois, il a été observé que l'addition de matériaux végétaux diminuait la résistance à la compression, avec un impact significatif de la morphologie des ajouts sur cette propriété. Bien que la résistance à la compression soit réduite, les niveaux atteints restent adéquats pour des applications spécifiques, indiquant la nécessité d'un équilibre optimal entre améliorations thermiques et critères mécaniques. Cette étude met en lumière l'importance de la morphologie des ajouts végétaux dans le développement de matériaux de construction, et invite à des recherches futures pour optimiser la composition et l'application de ces bio-composites en construction.

This study focuses on the effects of kenaf fibers, up to 1 wt%, and their lengths (1.5 and 3 cm), on the microstructure and physico-mechanical characteristics of adobes stabilized with 2 wt% cement made from raw clayey material with main objectives to enhance their thermal conductivity and fracture behavior. Raw clayey material used in this study amended with 2 wt% cement has permitted to produce adobes with technological properties that meet construction standards. Various microstructural, physico-mechanical, thermal, and hydric experimental techniques have been employed to characterize both kenaf fibers and adobes composites consisting of cement and kenaf fibers. The results of this new study indicate that the addition of kenaf fibers improves physical and mechanical properties compared to adobes stabilized with only 2 wt% cement. This improvement can be attributed to the strong adherence of kenaf fibers to the clayey matrix, facilitated by their rough surface, as well as the prevention of crack propagation within the matrix. This effect is particularly significant in terms of thermal conductivity, owing to the insulating properties of cellulose present in the fibers. The development of significant internal porosity also contributes to this result. The manufactured adobes exhibit elasto-plastic behavior due to the high tensile strength of kenaf fibers. Considering these properties, the elaborated adobes are well-suited for use in habitat construction in tropical climates

La valorisation des ressources végétales serait une initiative stratégique pour la fabrication de bio-composites fonctionnels. En effet, les bio-composites bénéficient des caractéristiques intrinsèques des fibres et des plastiques tout en réduisant le coûts de production. De plus, les renforts naturels présentent plusieurs qualités par rapport aux renforts minéraux : faible densité, faible coût et moins abrasif. En ce qui concerne le secteur de la construction, il ne semble pas assez bénéficier des avantages offerts par les bio-composites. C'est dans ce cadre que s'inscrit le projet et il concerne la valorisation des fibres de bois dans la conception par thermoformage d'une toiture ondulée. A cet effet, l'étude est orientée vers la modélisation numérique par thermoformage d'un composite à base de polyéthylène haute densité renforcée par de fibres de bois. Pour la modélisation, les paramètres rhéologiques identifiés sur une famille de bio-composites, à partir des tests de cisaillement oscillatoire, sont utilisés pour la caractérisation viscoélastique du modèle de Prony (série). La modélisation est réalisée à l'aide de la méthode des éléments finis. L'effet de la concentration des fibres en bois sur les déformations et les contraintes, induites dans la famille de tôles composites, est analysé.

L’impression 3D des matériaux bio composites suscite actuellement l’intérêt des chercheurs scientifiques comme celui des industriels. Elle est connue comme le processus de création d’un objet en le construisant une couche à la fois. De plus de son application dans une multitude de domaine à savoir l’aéronautique, l’automobile, l’architecture, le design…elle se dote d’une capacité à créer des pièces et des assemblages légers, et d’une facilité à réaliser des pièces de formes géométriques complexes en un temps moindre. D’autre part, ce processus nous permet de créer des pièces écologiques tout en réduisant les déchets, ayant ainsi un impact positif sur l’environnement. Cependant, l’utilisation de polymères renforcés de fibres naturelles pour créer des produits imprimés en 3D a démontré un impact positif sur l’amélioration des propriétés mécaniques.

Dans cette étude, nous avons utilisé une extrudeuse pour obtenir des filaments contenant une matrice thermoplastique notamment le polypropylène, de plus d’une charge naturelle, soit, les  particules de coque de noix d’arganier (CNA) qui sont optimisés en termes de granulométrie. Par la suite, nous avons imprimé en 3D le filament extrudé afin de créer des éprouvettes pour les essais mécaniques, en particulier les essais de résistance à la traction et de dureté de vickers. Nous comparons les résultats des échantillons imprimés en 3D avec les échantillons du processus d’injection.

En raison de préoccupations liées à la gestion des déchets, les matériaux de construction biosourcé sont devenus un élément clé de l'industrie de la construction du futur. Ce travail a pour but de développer un matériau de construction biosourcé avec des performances hygro-thermo-mécaniques et énergétiques améliorés. Les composites développés (Plâtre + 1 à 4% en poids de paille) ont présenté des valeurs de résistance à la compression, de conductivité thermique et de valeur tampon hydrique allant de 2.8 à 7.2 MPa, de 0.25 à 0.11 W/mK et de 0.57 à 3.03 g/(m2%RH), respectivement.
Les résultats expérimentaux ont été utilisés dans des simulations thermiques dynamiques sur un exemple de bâtiment. Deux scénarios examinés : i) Plâtre biosourcé en faux plafond, ii) Plâtre biosourcé en faux plafond avec le renforcement des doubles cloisons par une couche isolante de 7 cm, entièrement biosourcée et développée en laboratoire (λ = 0,06 W/mK). Les solutions proposées i et ii ont permis d'atteindre des réductions de 13% et 27% des besoins énergétiques, respectivement. Les composites proposé offre des applications prometteuses pour améliorer l’efficacité énergétique des bâtiments.

Face à la crise climatique qui engendre un stress hydrique sans précédent dans plusieurs régions du monde. Le Maroc connaît, depuis plusieurs années, une sécheresse sans précédent conduisant à une situation de rareté de l’eau. Ce qui conduit à rechercher des voies viables pour économiser l’utilisation de l’eau et en particulier dans le domaine agricole.

Ce projet s’inscrit dans cette optique visant à mieux contrôler la quantité d’eau qui peut être utilisée dans le secteur de l’irrigation. En effet, les jarres en argile peuvent servir comme source pour réguler l’eau nécessaire à humidifier le sol d’une façon permanente aux voisinages des racines des plantes ou des arbres fruitiers. Cette technique consiste à enterrer les jarres à une certaine profondeur pour mieux dissiper l’eau selon leur porosité afin d’assurer une meilleure diffusion. Cette technique est basée sur une micro-irrigation localisée en utilisant uniquement la propriété de conductivité hydrique de l’argile cuite.

Une jarre en argile constitue un instrument d’irrigation ingénieux : enterrée et grâce à sa porosité, elle contribue à maintenir humides les sols cultivés tout en utilisant très peu d’eau et elle fournit une irrigation contrôlée (flux capillaire à proximité des racines de la plante). Des approches expérimentales et numériques sont développées pour  optimiser cette technique en lien avec les morphologies des jarres et aussi les microstructures et la topologie des porosités de leurs parois.

Ces dernières années, le développement de matériaux composites à base de biopolymères renforcés de fibres naturelles a suscité une attention significative en raison de leur potentiel à minimiser l'impact environnemental et à réduire la dépendance aux ressources non renouvelables. Cette recherche se concentre sur la fabrication de composites avec des teneurs variables en fibres naturelles traitées, telles que la bagasse de canne à sucre (BCS), pour créer une nouvelle génération de matériaux écologiques avec des propriétés rhéologiques et thermiques améliorées pour le biopolymère d’acide poly(lactique). La dispersion des fibres naturelles dans la matrice polymère est un facteur critique dans la détermination des propriétés des matériaux composites résultants. Pour obtenir une bonne dispersion, les composites ont été fabriqués à l'aide de processus d'extrusion et de moulage par injection. La caractérisation des composites a été réalisée à l'aide de la microscopie optique, la microscopie électronique à balayage, d'analyse thermogravimétrique et de la calorimétrie différentielle à balayage. De plus, les composites ont été étudiés à l'aide de la rhéologie de cisaillement oscillatoire de faible amplitude pour évaluer leur comportement. En conclusion, les résultats de cette étude soulignent le potentiel des composites dérivés de biopolymères renforcés de fibres naturelles comme matériaux écologiques et performants avec un large éventail d'applications dans plusieurs industries.

Cette étude se concentre sur l'évaluation de la qualité de l'impression 3D de filaments de Poly (Acide Lactique) (PLA) renforcés par les coques de noix d’arganier (CNA). Les CNA, souvent considérées comme des déchets de l'industrie de l'huile d'argan, présentent des propriétés intéressantes telles que leur légèreté, leur résistance et leur biodégradabilité, offrant ainsi un potentiel prometteur pour renforcer les composites. Les filaments de PLA/CNA ont été préparés par extrusion et utilisés pour l'impression 3D d'échantillons de test, avec une évaluation minutieuse des paramètres d'impression, notamment la température de la buse, la température du lit d'impression, la vitesse d'impression et la densité de remplissage. L'analyse de la qualité de l'impression a porté sur des aspects tels que l'adhérence entre les couches et la qualité de surface des pièces imprimées, avec des ajustements précis des paramètres d'impression pour améliorer l'homogénéité et l'intégrité structurelle des pièces imprimées. Les résultats ont démontré l'impact significatif des paramètres d'impression sur la qualité finale de l'impression 3D des composites PLA/CNA, offrant ainsi des perspectives prometteuses pour l'optimisation de la fabrication additive et l'exploration de nouvelles applications industrielles.

 La valorisation des rejets agricole offre des opportunités pour le développement de matériaux techniques à haute valeur ajoutée. Dans ce contexte, le choix de la valorisation de la cellulose issue des déchets de la biomasse permet d’accéder à un biopolymère facilement accessible, modifiable, biodégradable, et moins onéreux.

L'objectif principal du présent travail est de préparer des biocomposites hydrophobes à base de cellulose extraite des fibres de bananier et l’étude de leurs propriétés d'isolation thermique. Le procédé d’extraction de la cellulose a impliqué l’étape de l’extraction par blanchiment de fibres et l'oxydation de la pâte blanchie, puis la préparation de l'aérogel à partir de la pâte blanchie oxydée. Ces aérogels ont subi des modifications de différents paramètres influençant sur la conductivité thermique comme l’hydrophobisation, la densité et la porosité des microstructures des aérogels.

Les différents aérogels obtenus ont été caractérisés par spectroscopie FTIR, DRX et par MEB et leurs conductivités thermiques ont été évaluées à des taux d’humidité différents : une humidité relative sèche et une autre plus grande (85 %) en maintenant constante la température de 25 °C.

La gestion des déchets revêt une importance capitale pour atténuer leur impact environnemental. Une solution prometteuse consiste à créer des biocomposites thermoplastiques. Le but de notre travail consiste à utiliser la modélisation expérimentale dans la séparation électrostatique d'un mélange de déchets composé de granules de polypropylène (PP), d'acrylonitrile butadiène styrène (ABS) et de polycarbonate (PC), chargés à l'aide d'une électrode couronne multifil. Les résultats obtenus mettent en évidence l’intérêt de la modélisation dans le processus de séparation électrostatique, en testant différents facteurs et en analysant leurs interactions, tels que le nombre de fils, la tension appliquée, la vitesse et la distribution du potentiel électrique sur la surface des granules. Un modèle mathématique a été développé et servira à prédire le point optimal du processus.