Biocomposites à haute durabilité produit par procédé TP-RTM // High durability biocomposites produces by TP-RTM process

A l'heure actuelle la majeure partie des matières premières servant à la fabrication des matériaux polymères est issue de la pétrochimie. Le remplacement progressif des matériaux pétrosourcés par ceux issus de ressources renouvelables s'inscrit dans les préoccupations majeures de la société. Parmi les différents matériaux biosourcés disponibles sur le marché, l'acide polylactique, communément appelé polylactide, est un bioplastique biosourcé, biocompatible, compostable en conditions industrielles et dégradable in vivo impliqué dans de nombreuses applications et en particulier pour le biomédical et l'emballage. Le PLA devient de plus en plus compétitif et sa production est en pleine croissance, l'industrie ayant réalisé de nombreux investissements dans ce secteur, entrainant une diminution de ses coûts de production et de mise en œuvre. En particulier, le poly(L-Lactide) (PLLA) un bioplastique semi-cristallin isotactique, présentant de bonnes propriétés mécaniques, se présente comme une alternative à certaines polyoléfines de grande diffusion. Cependant, le PLLA est assez fragile ce qui empêche son utilisation dans une large gamme d'applications, en particulier pour les objets à longue durée de vie tels que les équipements de transport ou de sport, entre autres. Afin de lever ce verrou, le PLLA est souvent utilisé dans des mélanges avec d'autres polymères ou dans des matériaux composites Notre équipe de recherche à l'UMET travaille depuis plusieurs années sur l'élaboration de composites par procédé TP-RTM, en particulier à matrice PLLA et a réussi à produire des biocomposites à matrices copolymères inédits renforcés avec des fibres de verre et qui présentent des propriétés de mémoire de forme. Des biocomposites à matrice PLLA renforcés avec des fibres de lin ont ensuite été élaborés, conduisant à des matériaux entièrement biosourcés et compostables en conditions industrielles.
Les composites obtenus dans le cadre de ces travaux subissent de fortes variations de leurs propriétés à l'issue de tests de vieillissement à température et humidité contrôlées. En effet, la présence du catalyseur de polymérisation piégé dans la matrice à l'issue de la réaction dans le moule du procédé TP-RTM, va favoriser les réactions d'hydrolyse de la matrice PLLA. Contrairement aux réactions de polymérisation conduites en réacteurs ou même en extrudeuses, il n'est pas possible en procédé RTM de rajouter en fin de réaction une molécule qui va permettre la désactivation de l'espèce active et communément appelée « cat-killer ». Ceci constitue un verrou majeur relativement à des applications durables de ces composites.
L'objectif du présent projet est de produire des renforts fonctionnalisés permettant la libération contrôlée d'une molécule désactivante (« cat-killer ») du catalyseur de polymérisation dans la matrice polymère lors de la production du composite en procédé TP-RTM.
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Currently, most of the raw materials used in the manufacture of polymer materials come from petrochemicals. The gradual replacement of petroleum-based materials with those derived from renewable resources is one of society's major concerns. Among the various bio-based materials available on the market, polylactic acid, commonly known as polylactide, is a bio-based, biocompatible bioplastic that is compostable under industrial conditions. Among the various bio-based materials available on the market, polylactic acid, commonly known as polylactide, is a bio-based, biocompatible, industrially compostable, and in vivo degradable bioplastic used in numerous applications, particularly in the biomedical and packaging sectors.However, PLLA is quite fragile, which prevents its use in a wide range of applications, particularly for long-life objects such as transportation or sports equipment, among others. In order to overcome this obstacle, PLLA is often used in blends with other polymers or in composite materials Our research team at UMET has been working for several years on the development of composites using the TP-RTM process, particularly with a PLLA matrix, and has succeeded in producing novel copolymer matrix biocomposites reinforced with glass fibers that exhibit shape memory properties. PLLA matrix biocomposites reinforced with flax fibers were then developed, resulting in materials that are entirely bio-based and compostable under industrial conditions. The composites obtained in this work undergo significant variations in their properties following aging tests at controlled temperatures and humidity levels. This is because the presence of the polymerization catalyst trapped in the matrix following the reaction in the TP-RTM process mold promotes hydrolysis reactions in the PLLA matrix. Unlike polymerization reactions carried out in reactors or even extruders, it is not possible in the RTM process to add a molecule at the end of the reaction that will deactivate the active species, commonly known as a “cat-killer.” This constitutes a major obstacle to the sustainable use of these composites.
The objective of this project is to produce functionalized reinforcements that enable the controlled release of a deactivating molecule (“cat-killer”) from the polymerization catalyst into the polymer matrix during the production of the composite using the TP-RTM process.
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Début de la thèse : 01/10/2026

Financement d'un établissement public Français

Université de Lille

104 Sciences de la Matière du Rayonnement et de l'Environnement

Chimie des polymères ; Science des matériaux polymères
Polymer chemistry; Polymer material science