Propriétés physico-chimiques et d'usage de matériaux composites à charge dégradable produits par co-broyage

THÈSE


En vue de l'obtention du

DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE DOCTORAT DE L’UNIVERSITÉ DE TOULOUSE

Délivré par L'institut National Polytechnique de Toulouse
Discipline ou spécialité : Génie des Procédés et Environnement


Présentée et soutenue par Abdoulaye SEYNI
Le 11 décembre 2008

Titre : Propriétés physico-chimiques et d'usage de matériaux composites à charge
dégradable produits par co-broyage

JURY
Mr Alain LAMURE : Président
Mme Nadine LE BOLAY : Directrice de thèse
Mr Bertrand CHARRIER : Rapporteur
Mr Pierre GUIGON : Rapporteur
Mme Fatima CHARRIER : Membre
Mr Mehrdji HEMATI : Membre
Mme Sonia MOLINA-BOISSEAU : Membre


Ecole doctorale : Mécanique, Energétique, Génie Civil et Procédés
Unité de recherche : Laboratoire de Génie Chimique
Directeur(s) de Thèse : Professeur Nadine LE BOLAY
Rapporteurs : Mr Bertrand CHARRIER ; Mr Pierre GUIGON

Remerciements
Je tiens à remercier Nadine LE BOLAY ma directrice de thèse, pour m’avoir confié ce travail.
Sa gentillesse et sa disponibilité tout au long de ces trois années m’ont permis de réaliser ce
travail dans de bonnes conditions. Merci pour ces longues discussions et les précieux conseils
et soutiens.
Je remercie Joël BERTRAND, Directeur du Laboratoire de Génie Chimique pour m’avoir
accueilli dans ce laboratoire.
Je souhaite particulièrement remercier Messieurs Bertrand CHARRIER et Pierre GUIGON
d’avoir bien voulu être rapporteurs de cette thèse d’une part et de participer au jury.
J’adresse ma profonde reconnaissance à monsieur Alain LAMURE, madame Fatima
CHARRIER, monsieur Mehrdji HEMATI et madame Sonia MOLINA-BOISSEAU pour leur
participation à ce jury.
L’aspect pluridisciplinaire de mon projet de recherche m’a permis d’établir une collaboration
avec Sonia MOLINA-BOISSEAU du Centre d’Etudes et de Recherche sur les
Macromolécules Végétales (CERMAV) de Grenoble que je tiens à remercie pour sa
gentillesse et sa disponibilité.
Je souhaite remercier Alain LAMURE du CIRIMAT pour m’avoir permis de réaliser mes
mesures d’angles dans son laboratoire.
Je voudrais remercier de tout mon cœur tout le personnel du LGC que j’ai connu au cours de
ces trois années, pour les discussions scientifiques mais aussi amicales.
Je remercie aussi mes collègues de bureau Joachim NGUESSAN KROU, Hicham ZAÏTAN,
Amit SHARMA, Marianne LEBIGAUT pour l’ambiance conviviale du quotidien.
Plus personnellement, je tiens à remercier infiniment
ma mère, mon père, mes sœurs et frères et mes amis pour leur accompagnement et leur
présence dans ma vie,
Nana Fassouma ABANI et Zeïnab SEYNI,
à mon père, feu El Haj Soumana SEYNI à qui je dédie spécialement ce travail ; lui qui
m’a inscrit à l’école à une époque où beaucoup de pères ne voulaient pas inscrire leurs
enfants à l’école dans mon pays.
??? Remerciements
























Sommaire





















1 Introduction générale…………………………………...


Chapitre 1 : Etude bibliographique…………………… 7

I Les polymères…………………………………………………. 9
I-1 Généralités....................................................................................... 10
I-2 Propriétés physiques........................................................................ 12
I-3 Propriétés mécaniques.............................. 15
I-4 Propriétés optiques........................................................................... 16
I-5 Effet de l’eau sur les polymères....................................................... 18
I-5-1 Actions chimiques de l’eau................................................... 18
I-5-2 Actions physiques de l’eau................. 18
I-6 Les polymères biodégradables......................................................... 21

25 II Les matériaux composites .......................................................
25 II-1 Les matrices polymères..................................................................
26 II-2 Les renforts........................................
29 II-3 Interface matrice-renfort dans un matériau composite...................

III Procédés de production des matériaux composites ............ 34
III-1 Synthèse chimique........................................................................ 34
III-2 Extrusion....................................................................................... 34
III-3 Co-broyage....................................... 35
III-3-1 Le broyage.......................................................................... 36
III-3-2 L’agglomération................................................................. 39
III-3-3 Les mécanismes de production des matériaux
composites..................................................................................... 39
III-3-4 Influence du procédé sur les propriétés des matériaux
composites co-broyés..................................................................... 41

42 IV Conclusion...............................................................................


Chapitre 2 : Appareillage, techniques expérimentales

45 et produits…......................................................................

47 I Le broyeur à boulets.................................................................

II Techniques d’analyses............................................................. 49
II-1 La granulométrie laser.................................................................... 49 II-2 La microscopie électronique à balayage (MEB)............................ 50
II-3 Détermination de l’énergie de surface................................53
II-4 Caractérisation des propriétés mécaniques..................................... 54
II-4-1 Analyse dynamique mécanique (DMA).............................. 55
II-4-2 Analyse mécanique aux grandes déformations................... 55
II-5 Spectrométrie UV-visible...........................................55
II-6 Mesures de prise en eau des matériaux.......................................... 56

III Caractéristiques des matériaux utilisés................................ 56
III-1Les matrices polymères.................................................................. 57
III-1-1 Le poly (acétate de vinyle) (PVAc)............57
III-1-2 Le polystyrène.................................................................... 58
III-2 Les charges.................................................................................... 60
III-2-1 Le carbonate de calcium..................................................... 60
III-2-2 L’amidon............................................................................ 61


IV Conclusions.............................................................................. 63

Chapitre 3 : Faisabilité d’incorporer des charges
dégradables dans les matériaux composites co-

broyés…............................................................................. 65

I Phénomènes mis en jeu lors du broyage et du co-broyage..... 67
I-1 Mécanismes basés sur les analyses granulométriques et
morphologiques..................................................................................... 67
I-1-1 Broyage du poly (acétate de vinyle) (PVAc)........................ 68
I-1-2 Broyage de l’amidon.........................................71
I-1-3 Co-broyage du poly (acétate de vinyle) et de l’amidon........ 73
I-2 Mécanismes basés sur l’étude des propriétés de surface................. 77
I-2-1 Définition des conditions de travail...................................... 78
I-2-2 Caractérisation des énergies de surface du poly
(acétate de vinyle).......................................................................... 79
I-2-3 Caracatérisation des énergies de surface de l’amidon.......... 81
I-2-4 Caractérisation des énergies de surface du mélange
PVAc-amidon ...........................................