Des chercheurs et des équipes de l'Université de Portsmouth du monde entier sont à l'avant-garde d'un effort visant à développer des matériaux composites plus écologiques à partir de déchets agricoles destinés à être utilisés dans l'automobile, industries maritimes et aérospatiales.

Une équipe de l'École d'ingénierie de l'Université conçoit et développe des matériaux légers à partir de ressources renouvelables, y compris la biomasse agricole – un processus qui pourrait offrir des avantages environnementaux importants dans le secteur des transports.

Le groupe de recherche Advanced Materials and Manufacturing (AMM), École d'ingénieurs, travaille à développer des composites durables légers et à relever les principaux défis liés à l'utilisation de composites renforcés de fibres naturelles pour des applications structurelles et semi-structurelles.

Dr Hom Nath Dhakal, qui dirige le groupe de recherche, a déclaré :« Les matériaux composites durables sont fabriqués à partir de lin, chanvre, le jute et les déchets de fibres de palmier dattier de la biomasse pour développer des pièces telles que des pare-chocs de voiture et des garnitures de porte, principalement pour des composants non structurels. L'équipe travaille également à les rendre adaptés aux applications structurelles et semi-structurelles en utilisant des techniques hybrides."

Il a ajouté :« L'utilisation de fibres végétales naturelles telles que la biomasse de palmier dattier pour la fabrication de composites a le potentiel de fournir aux agriculteurs des produits à haute valeur ajoutée avec un revenu supplémentaire et de réduire les émissions de C02 dues à la combustion des déchets en même temps, un exemple de valorisation des matériaux.

« Ces alternatives légères pourraient contribuer à réduire le poids des véhicules, contribuant à réduire la consommation de carburant et les émissions de CO2. Les matériaux durables peuvent être produits en utilisant moins d'énergie que les fibres de verre et de carbone, et sont biodégradables, donc plus facile à recycler."

Malgré leurs nombreux attributs attrayants tels que la résistance et la rigidité spécifiques élevées, ayant un coût de production inférieur à celui des fibres synthétiques, réduction de l'usure des machines utilisées pour traiter ces fibres et réduction des problèmes de santé et de sécurité pendant le traitement, les fibres naturelles ont leurs inconvénients inhérents. Ils sont moins compatibles avec les matrices polymères, de nature hydrophile (absorbant l'humidité) et leurs propriétés mécaniques sont parfois difficiles à atteindre pour les exigences de propriétés structurelles.

Le Dr Dhakal et son équipe ont travaillé en étroite collaboration avec l'industrie pour résoudre ces problèmes et tester la résistance et la viabilité des pièces fabriquées à partir de matériaux durables. Ces résultats d'essais sont comparés à ceux d'hybrides de matériaux naturels avec des fibres de verre et de carbone plus traditionnelles. Le groupe de recherche AMM travaille en collaboration avec des chercheurs de diverses institutions du monde entier.

Le Dr Dhakal a déclaré :« Au cours des 12 derniers mois, le groupe de recherche AMM a été impliqué dans cet effort de recherche en cours et a publié de nombreux articles sur le facteur d'impact élevé dans des revues prestigieuses, notamment Composites Science and Technology, Composites Partie A et Composites Partie B."

Une récente étude collaborative, publié dans la revue Composite Partie A :Sciences appliquées et fabrication ont exploré le potentiel des déchets de fibres de palmier dattier et les résultats de cette publication peuvent être bénéfiques pour les industries basées sur les composites.

Le palmier dattier est largement cultivé en Afrique du Nord et au Moyen-Orient et les biodéchets de fibres végétales accumulés sont de l'ordre de millions de tonnes par an. Bien qu'il existe un certain nombre d'utilisations traditionnelles de ces biodéchets (notamment des cordes et des paniers), une grande partie des résidus est brûlée ou enfouie.

L'étude a examiné la structure, propriétés physico-chimiques et mécaniques des fibres de palmier dattier afin d'évaluer si elles avaient un potentiel de renfort pour les matériaux composites. Évidemment, les composites renforcés de fibres de palmier dattier sont des renforts économiques et respectueux de l'environnement pour une absorption d'énergie élevée et des fonctions acoustiques améliorées. Cette enquête a fourni des relations de propriété de structure. Afin d'obtenir des propriétés optimales des composites de fibres naturelles, les propriétés des fibres elles-mêmes sont importantes. Composants tels que les garnitures de porte, les pare-chocs avant et arrière et les tablettes arrière peuvent être fabriqués à l'aide de ces renforts.

L'un des problèmes avec les matériaux créés à partir de fibres naturelles est la résistance inférieure par rapport aux composites de fibres de carbone et de verre, car ils sont susceptibles d'augmenter l'absorption d'humidité. Une étude publiée dans Science et technologie des composites (Almansour et al., 2018) ont testé l'effet de l'absorption d'eau sur les propriétés mécaniques des composites hybrides de fibres de lin et de basalte et testé leurs comportements de ténacité en modes I et II.

Développer des matériaux composites durables avec des propriétés améliorées qui peuvent résister à des exigences de haute performance et de légèreté, en plus de devoir résister à des conditions environnementales difficiles, sont des entreprises difficiles. Hybridation de deux ou plusieurs fibres (association de fibres naturelles avec du verre, basalte et fibres de carbone par exemple) est une technique dans laquelle les avantages de chaque matériau de renfort peuvent être combinés pour obtenir des composites qui présentent à la fois des performances mécaniques améliorées et un impact environnemental, menant à la durabilité.

Issu des études du groupe AMM, il a été révélé qu'une résistance mécanique élevée ainsi qu'une ténacité étaient obtenues en utilisant des fibres de basalte hybridées avec des fibres de lin. Le Dr Dhakal a déclaré :« La voie à suivre pour que les composites de fibres naturelles soient utilisés dans des applications structurelles serait une combinaison des deux matériaux (fibres naturelles et fibres synthétiques) avec une approche hybride. Relever ces défis nécessite davantage de recherche et d'innovation entre les institutions universitaires et industrie."