Mieux comprendre les biocomposites pour améliorer leur performance

La valorisation des ressources végétales locales représente une occasion importante pour développer des matériaux plus écologiques et plus abordables, comme les biocomposites*. Pourtant, malgré l’intérêt croissant pour ces matériaux au Québec et à l’international, on comprend encore mal comment certains facteurs clés, comme la taille des fibres utilisées et leur proportion dans le mélange, influencent réellement leurs performances. Cette méconnaissance limite leur optimisation et leur utilisation à grande échelle. 

Dans le cadre de son doctorat en ingénierie à l’École de génie, Farshid Basiji a cherché à combler cette lacune en déterminant de quelle manière la taille des fibres végétales et leur concentration modifient les propriétés mécaniques, thermiques et électriques des biocomposites. L’objectif ultime est de mieux guider leur conception et d’accélérer leur développement industriel. Le doctorant a ainsi fabriqué une série de biocomposites composés de polypropylène et de fibres de bois d’érable canadien, en ajustant deux paramètres selon les différents mélanges : la longueur des fibres (50, 75 et 100 µm) et leur proportion (de 5 % à 20 %). Il a ensuite réalisé plusieurs analyses pour bien comprendre les propriétés de ces matériaux. Finalement, une modélisation numérique par éléments finis a permis d’évaluer leur potentiel de chauffage par micro-ondes, en vue d’applications dans les procédés de thermoformage. Le thermoformage consiste à chauffer une feuille de biocomposite pour la ramollir, puis à la mouler afin de lui donner une nouvelle forme. Par ce procédé, on y fabrique notamment des contenants alimentaires, des pièces intérieures d’automobiles, des boîtiers d’appareils électroniques, des emballages transparents, etc. 

Les résultats démontrent que le fait d’ajouter des fibres de bois améliore globalement le comportement thermique et mécanique des biocomposites. De plus, la combinaison 15 % de fibres d’une longueur de 75 µm semble être celle qui permet d’obtenir le meilleur équilibre entre performance, stabilité et uniformité de chauffage. Ces travaux indiquent que la morphologie des fibres est un paramètre clé pour concevoir des biocomposites performants, notamment adaptés aux procédés de thermoformage. 

Farshid Basiji a soutenu sa thèse le 28 novembre dernier en présence de son directeur de recherche, Fouad Erchiqui professeur à l’École de génie ainsi que son codirecteur, Ahmed Koubaa professeur à l’Institut de recherche sur les forêts. Son projet de recherche avait pour titre « Effet de la concentration massique et de la longueur des fibres de bois d’érable sur les propriétés mécanique, thermique et diélectrique des bio-composites à base d’une résine de polypropylène ». Soulignons que le programme de doctorat en ingénierie de l’UQAC est offert en extension par l’UQAT en vertu d'une entente. 

*Les biocomposites sont des matériaux fabriqués en mélangeant des fibres ou résidus d’origine végétale avec un plastique, ce qui leur permet d’être solides, légers et plus écologiques. 

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