Valorisation de structures composites biosourcées à base de fibres de lin et d'huiles de lin époxydes

Introduction / contexte :
L'étude portera sur une pale d'éolienne à axe vertical (VAWT) en composite biosourcé, fabriqué à partir de fibres de lin et d’huile de lin époxyde. Ces deux matériaux ont été choisis pour les nombreux avantages qu'ils offrent en matière d'objectifs de développement durable, de circularité et de principes de conception durable, en particulier dans le domaine de la transition énergétique : une structure à impact environnemental réduit, des matières premières locales pour les applications en Europe, et des matériaux réparables, réutilisables et recyclables. L’huile de lin époxyde présente en effet des liaisons covalentes dynamiques qui offrent des propriétés mécaniques structurelles tout en permettant la réparation, la réutilisation et le recyclage [1, 2]. Ce choix de matériaux s’aligne également avec le besoin d'optimiser le coût de l’énergie des VAWT, et donc de réduire leurs coûts de fabrication [3]. Le projet proposé visera non seulement à déterminer la durée de vie d’une telle pale VAWT, mais également à modéliser, en particulier, les capacités de réparation, réutilisation, recyclage et de dégradation de ces matériaux et structures dans le cadre d'études d’Analyse de Cycle de Vie (ACV) et de Coûts du Cycle de Vie (CCV). L'objectif final est d'estimer dans quelles conditions mécaniques et environnementales cette version en composite biosourcé de la pale VAWT entraîne moins d’impacts environnementaux et est plus rentable que ses équivalents synthétiques, permettant d’explorer un aspect manquant dans la littérature sur les composites biosourcés [4].
Ces travaux s’inscrivent dans la continuité de travaux déjà réalisés par des étudiants en Master et en doctorats. Une thèse de doctorat est par ailleurs actuellement en cours sur un sujet similaire (ACV d’une pale d’éolienne en lin-polypropylène sujette à différentes conditions climatiques). Pour l’équipe de recherche, le sujet proposé ici établit un lien fort entre les thèmatiques de recherche actuelles et un nouvel axe stratégique en cours de développement.

Travaux envisagés :
• Dans un premier temps, une analyse approfondie des propriétés thermiques et mécaniques des composites biosourcées en question sera effectuée pour évaluer leur compatibilité avec les stratégies de réparation et de réemploi.
• Ensuite, des procédés de recyclage (mécaniques et chimiques) seront étudiés pour envisager la valorisation des composites et étudier leurs pertes de performances après un nombre de cycles de recyclage donné.
• Enfin, l'option de retour à la terre sera examinée, avec une attention particulière aux performances de biodégradation des matériaux après leur usage.
• L’ensemble de ces stratégies sera analysé à travers le prisme de l’ACV et de l'analyse en Coût du Cycle de Vie (CCV), afin de quantifier les gains et pertes en termes d’impacts environnementaux et économiques.
→ Les résultats de ce projet contribueront à l'optimisation de la conception et de la gestion des matériaux composites biosourcés, en vue de soutenir la transition vers des industries circulaires et durables.

Références bibliographiques :
[1] Cadu, T., Van Schoors, L., Sicot, O., Moscardelli, S., Divet, L., & Fontaine, S. (2019). Cyclic hygrothermal ageing of flax fibers’ bundles and unidirectional flax/epoxy composite. Are bio-based reinforced composites so sensitive?. Ind Crops Prod, 141, 111730. https://doi.org/10.1016/j.indcrop.2019.111730
[2] Srubar III, W. V., Miller, S. A., Lepech, M. D., & Billington, S. L. (2014). Incorporating spatiotemporal effects and moisture diffusivity into a multi-criteria materials selection methodology for wood–polymer composites. Constr Build Mater., 71, 589-601. https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2014.08.049
[3] Hui, I., Cain, B. E., & Dabiri, J. O. (2018). Public receptiveness of vertical axis wind turbines. Energy Policy, 112, 258-271. https://doi.org/10.1016/j.enpol.2017.10.028
[4] Fitzgerald, A., Proud, W., Kandemir, A., Murphy, R. J., Jesson, D. A., Trask, R. S., ... & Longana, M. L. (2021). A life cycle engineering perspective on biocomposites as a solution for a sustainable recovery. Sustainability, 13(3), 1160. https://doi.org/10.3390/su13031160 

Composé d’une soixantaine de membres dont une trentaine d’enseignants-chercheurs et une vingtaine de doctorants, il possède des équipements de pointe et développe une recherche à la fois appliquée et fondamentale de haut niveau dans deux grands domaines cadres : les systèmes intelligents et l’optimisation énergétique ainsi que la mécanique des matériaux et des structures.

Compétence Durabilité et Structures Composites

Les travaux menés par la compétence s’articulent autour de la notion de structure composite considérée tout au long de son cycle de vie, du matériau de base jusqu’au recyclage, en passant par l’assemblage et le vieillissement. Les objectifs visés sont la réduction des masses et des coûts, l’accroîssement de la sécurité, de la fiabilité et des performances globales des systèmes composites pour des applications dans le domaine de la mobilité, qu’elles concernent les moyens de transport ou les structures de type mobilier urbain. Ces travaux s’attachent plus particulièrement à caractériser la durée de vie de ces structures composites en les soumettant à des sollicitations mécaniques normales ou accidentelles et à des conditions hygrothermiques représentatives de leur environnement.

Profil demandé :
• De formation Master 2 recherche ou école d’ingénieurs à dominante mécanique ou science des matériaux, le candidat possède des compétences en caractérisation mécanique expérimentale des matériaux.
• Il possède aussi des connaissances en matériaux et structures composites (stratifiées).
• Des connaissances en écoconception et en analyse de cycle de vie sont appréciées.
• Autonome, le candidat sait aussi faire preuve de bonnes capacités relationnelles et rédactionnelles en français et anglais.