Influence d’un traitement plasma à pression atmosphérique sur les propriétés physico chimique de surface de fibre naturelles lignocellulosiques.

L’Institut de Chimie de Clermont-Ferrand (ICCF) est une Unité Mixte de Recherche (UMR6296) placée sous la tutelle du Centre National de la Recherche – CNRS Chimie, l’Université Clermont Auvergne et le Centre Hospitalier Universitaire de Clermont-Ferrand.

L’ICCF développe des recherches fondamentales et appliquées dans des domaines tels que la Thermodynamique, la chimie des Matériaux Inorganiques, la Biocatalyse et Métabolisme, la Chimie Organique et Médicinale, la Photochimie, ainsi que la chimie des Matériaux Pour la Santé.

À travers ses trois axes principaux : Chimie et Environnement, Chimie et Matériaux, Chimie pour le Vivant, l’ICCF étudie aussi bien les polluants de l’eau, des sols, que la conception de matériaux innovants ou l’étude du potentiel biologique de molécules ou matériaux.

L’institut met à disposition ses compétences techniques et ses savoirs-faire, au service des besoins actuels de la société et de l'industrie.

Ces dernières années, l’utilisation de matériaux biosourcées s’est fortement intensifiée. Les fibres naturelles, grâce à leur abondance, leur durabilité, leur coût, leurs propriétés et leur biodégradabilité, sont une de ces ressources. Les applications les plus prometteuses se portent sur l’élaboration de matériaux composites. Bien que les fibres classiquement utilisées (fibres de carbone, fibres de verre) apportent leur lot d’avantages non négligeables comme de meilleures propriétés mécaniques et/ou une bonne compatibilité avec les résines les plus communes, elles restent néanmoins assez polluantes. L’enjeu est de se tourner vers des éco-composites plus respectueux de l’environnement pouvant être une alternative compétitive en termes de propriétés spécifiques vis-à-vis des fibres de verre.

Outre les propriétés mécaniques plus faibles par rapport aux fibres de verre, les fibres naturelles souffrent de freins majeurs dans la conception de composites performants. Le premier est leur caractère hygroscopique. L’absorption d’eau va engendrer des gonflements des fibres, fragilisant le composite en initiant des microfissures en son sein. Le second point, qui est le plus important, est l’hydrophilie des fibres naturelles. Les résines les plus communes et performantes sont, en grande majorité, hydrophobes. Cette différence de chimies entraîne une mauvaise compatibilité entre le liant et la charge. L’interface fibre-résine est un paramètre très important pour obtenir un composite performant.

Le projet a pour but d’explorer des traitements de surface sur des fibres naturelles via le greffage d’espèces chimiques par torche plasma à pression atmosphérique. Le but est de développer un traitement sans solvant pour modifier chimiquement et morphologiquement la surface des fibres sans toucher au « bulk » de celles-ci.

Le stage comprendra :

•     une étude bibliographique sur les traitements plasma des fibres naturelles ;

•     la réalisation et l’optimisation de traitements par plasma d’air et d’argon en faisant varier différents paramètres opératoires ;

•     une étude comparative entre torche plasma et PECVD, notamment sur l’intérêt d’un prétraitement à l’argon ;

•     la caractérisation des surfaces traitées par angle de contact, IR-ATR, MEB, AFM et XPS.

L’objectif final sera d’identifier les conditions de traitement permettant une modification contrôlée de la surface des fibres et d’orienter les futurs travaux de fonctionnalisation par plasma avec des gaz réactifs.

Profil recherché : M2 ou dernière année d’école d’ingénieur en matériaux, chimie, physico-chimie ou domaine proche. Un intérêt pour les matériaux lignocellulosiques et composites, les traitements de surface et la caractérisation des matériaux est recherché.