Elaboration de biocomposites pour la fabrication additive avec comportement au feu et état de surface contrôlés

En France, le risque incendie n’est malheureusement pas nul. Pour cela des solutions telle que l’ignifugation des matériaux ont permis de réduire le nombre de feux d’habitations et le nombre de décès liés à ces feux. Malgré une importante efficacité, la plupart des retardateurs de flamme sont toxiques et dangereux pour l’environnement. Pour éviter de les utiliser, de nombreux retardateurs de flammes non-halogénés sont développés. En parallèle, l’usage de polymères biosourcés et biocompostables ou biodégradables élaborés via de nouveaux procédés telles que la fabrication additive devient intéressant afin de limiter l’impact environnemental de ces matériaux et technologies.Ces travaux de thèse contribuent à la compréhension et l’utilisation de systèmes retardateurs de flamme principalement biosourcés pour l’ignifugation de biopolymères utilisés en fabrication additive comme l’acide polylactique (PLA). Dans un premier temps un état de l’art permet de comprendre les différents enjeux et verrous technologiques liés à l’ignifugation du PLA, le potentiel de la lignine comme renfort ignifugeant et l’élaboration de biocomposites ignifugés par fabrication additive par dépôt de fil fondu (FFF). Dans un deuxième temps la lignine, en tant qu‘agent de charbonnement utilisé pour ignifuger le PLA, est étudiée et fonctionnalisée. Les effets des fonctionnalisations sur la stabilité thermique et l’énergie de surface de la lignine sont étudiés. Une caractérisation de l’interface lignine/PLA suite aux différentes fonctionnalisations a également été menée. Dans un troisième temps, différents biocomposites sont étudiés afin d’évaluer une possible synergie entre différents constituants tels que l’ammonium polyphosphate (APP), la sépiolite et la lignine. Un ratio optimal APP/lignine montre des résultats prometteurs pour l’ignifugation du PLA. Ce système retardateur de flammes a fait l’objet d’une étude particulière visant à améliorer son efficacité pour l’ignifugation du PLA. Différentes stratégies ont été utilisées comme la substitution de certains constituants ou l’ajout de nanoparticules. Des plaques biocomposites ont été élaborées en FFF et ont fait l’objet de tests de réaction au feu. Enfin, la formulation la plus prometteuse a été utilisée en FFF afin d’étudier l’influence des différents paramètres d’impression.Ces travaux ont permis de mettre en évidence l’efficacité combinée de l’APP et de la lignine ainsi que celle du McAPP avec la lignine pour l’ignifugation du PLA. La phosphorylation de la lignine permet d’améliorer le comportement au feu si celle-ci est incorporée en grande quantité. Les nanoparticules participent à la formation et au renforcement du char lors de la rédaction au feu en combinaison avec les constituants précédents. Enfin, il a été montré que les biocomposites ignifugés peuvent être utilisés en fabrication additive, qu’il est possible d’optimiser l’état de surface et de conserver le caractère ignifugé de ces biocomposites.