Étude de composites à base de farine de bois et PLA pour la fabrication additive de mobilier

Le Centre des matériaux des mines d’Alès (C2MA) est l’un des 3 centres de recherche et d’enseignement d’IMT Mines Alès. Il est spécialisé dans le domaine des matériaux et de la construction à faible impact environnemental. Il assure dans ce domaine le lien stratégique entre les activités de formation, recherche et de développement économique.

Les travaux de recherche portent sur la conception d’éco-matériaux, de matériaux fabriqués avec des matières bio-sourcées (issues de matières lignocellulosiques végétales ou d’algues marines) ou de matières recyclées, et cherchent à améliorer les propriétés de ces matériaux (mécaniques, thermiques, réaction au feu, absorption…) afin qu’ils puissent remplacer les matériaux classiques souvent issus du pétrole et ainsi réduire l’empreinte environnementale. Des travaux sont également menés sur l’amélioration de la durabilité des (éco)-matériaux et le traitement des déchets plastiques et composites en fin de vie par différentes voies parmi lesquelles la réutilisation en tant que matières premières secondaires, le compostage et la biodégradation. Ces actions de recherche se positionnent dans un modèle bio-économique global mettant en relation des acteurs allant de producteurs de biomasse, filières de recyclage, transformateurs et fabricants de matériaux. Les champs d’application des matériaux étudiés sont multiples : bâtiment, transport, énergie, santé, environnement, mode…

Contexte et enjeux scientifiques

Le Centre des matériaux des mines d’Alès (C2MA) est l’un des 3 centres de recherche et d’enseignement d’IMT Mines Alès. Il est spécialisé dans le domaine des matériaux et de la construction à faible impact environnemental. Il assure dans ce domaine le lien stratégique entre les activités de formation, recherche et de développement économique.

Les travaux de recherche portent sur la conception d’éco-matériaux, de matériaux fabriqués avec des matières bio-sourcées (issues de matières lignocellulosiques végétales ou d’algues marines) ou de matières recyclées, et cherchent à améliorer les propriétés de ces matériaux (mécaniques, thermiques, réaction au feu, absorption…) afin qu’ils puissent remplacer les matériaux classiques souvent issus du pétrole et ainsi réduire l’empreinte environnementale. Des travaux sont également menés sur l’amélioration de la durabilité des (éco)-matériaux et le traitement des déchets plastiques et composites en fin de vie par différentes voies parmi lesquelles la réutilisation en tant que matières premières secondaires, le compostage et la biodégradation. Ces actions de recherche se positionnent dans un modèle bio-économique global mettant en relation des acteurs allant de producteurs de biomasse, filières de recyclage, transformateurs et fabricants de matériaux. Les champs d’application des matériaux étudiés sont multiples : bâtiment, transport, énergie, santé, environnement, mode…

Dans un contexte de transition vers des matériaux durables, les polymères biosourcés et compostables tels que le poly(acide lactique) (PLA) suscitent un intérêt croissant en raison de leur origine renouvelable et de leur aptitude à l’impression 3D. Toutefois, le PLA présente certaines limitations, notamment des propriétés mécaniques et de comportement au feu qui ne sont pas adaptées à toutes applications.

L’incorporation de charges lignocellulosiques sous forme de farine de bois apparaît comme une stratégie pertinente pour améliorer l’empreinte environnementale, l’esthétique et, potentiellement, certaines propriétés fonctionnelles des matériaux imprimables. Ces biocomposites PLA/bois constituent une alternative aux polymères vierges pour la réalisation d’objets à haute valeur ajoutée, notamment dans le mobilier intérieur.

Cependant, les propriétés finales de ces composites dépendent fortement de l’essence de bois utilisée (composition chimique, teneur en lignine et en extraits), du taux massique d’incorporation, et de la compatibilité interfaciale entre la farine de bois et la matrice polymérique. Ces paramètres influencent la rhéologie à l’état fondu, la qualité de l’extrusion, la cohésion inter-couche lors de l’impression, ainsi que les propriétés mécaniques et thermiques du matériau final.

Par ailleurs, la présence de composants volatils et de fractions à haute teneur en lignine peut modifier les processus de dégradation thermique et de formation de char, affectant ainsi le comportement au feu. L’étude de l’influence de l’essence et de la composition sur l’inflammabilité, la propagation de flamme et la stabilité thermique constitue donc un enjeu scientifique majeur pour l’emploi de ces biocomposites dans le mobilier, où la sécurité incendie est un critère déterminant.

Cette étude s’inscrit ainsi dans une démarche globale d’éco-conception de matériaux biosourcés pour la fabrication additive, visant à relier les propriétés physico-chimiques du bois aux performances fonctionnelles du composite imprimé.

Objectifs de l’étude

L’étude a pour objectif d’évaluer l’influence de différentes essences de bois et de plusieurs taux massiques d’incorporation de farine de bois dans le PLA sur :

• Leur aptitude à la mise en œuvre par fabrication additive (extrusion de filament de biocomposites PLA/bois et impression 3D d’éprouvettes pour leur caractérisation).
• Les propriétés mécaniques et thermiques des biocomposites,
• Leur comportement au feu,

L’approche reposera sur une corrélation entre la structure et la composition des farines de bois, la morphologie des composites, et leurs propriétés macroscopiques mesurées.

Master 2 ou ingénieur en Génie des procédés ou Science et Génie des matériaux avec des compétences dans le domaine de la plasturgie et la caractérisation des matériaux polymères et composites.