Thème de recherche 1

PRODUCTION DE NANOFIBRES DE CELLULOSE A PARTIR DE RESSOURCES VEGETALES BIORENOUVELABLES D’ORIGINE LOCALE

Objectifs du thème de recherche

La nanocellulose constitue une des percées récentes les plus spectaculaires de la cellulose durant ces vingt dernières années. La nanocellulose, plus spécifiquement les nanofibrils de cellulose, englobe deux familles de nanoparticules; les nanocristaux (CNC) ou nanowhiskers et la cellulose nanofibrillée (NFC). Les premiers présentent une forme de bâtonnet, et sont composés de cristallites élémentaires de longueur allant de 50 à 400 nm et de largeur s’étalant de 5 à 20 nm selon l’origine des fibres. En revanche, les NFC se présentent sous forme de nanofibres extrêmement minces dont la largeur se situe entre 10 à 50 nm et la longueur pouvant dépasser quelques µm.

Les dimensions nanométriques des CNC et NFC, leur rigidité exceptionnelle pouvant atteindre 150 GPa, proche des fibres de kevlar ou d’acier, font que l’incorporation des CNC ou des NFC dans une matrice polymère organique procure un effet de renforcement exceptionnel à des taux qui ne dépassent pas 10%. C’est les nanocomposite à base de nanorenfort de cellulose.  Néanmoins, d’autre domaines d’application de la nanocellulose peuvent être envisagés, parmi les quels on peut citer à titre non exhaustif ; Additifs pour aliment et produits cosmétiques, additif de renforcement pour le papier, additifs pour enduits, laques, vernis et adhésifs, Films iridescents et protecteurs.

Dans ce projet, nous allons continuer nos travaux concernant l’extraction, la caractérisation et l’utilisation de nanofibres de cellulose à partir de différentes ressources locales, comme les paille agricole, les déchets de palmier et les déchets des oliviers.

Contexte du thème de recherche

 

Les nanofibres sont à l’origine d’une activité scientifique importante, aussi bien sur le plan fondamental que pour leurs perspectives d’application. En particulier, l’incorporation de ces nanorenforts au sein des polymères, conduit à une classe de matériaux appelés : nanocomposites, dont les performances dépassent de loin ceux des composites conventionnels. En effet, même s’il est connu que l’incorporation de fibres longues dans les matériaux permet de renforcer les propriétés des polymères, c’est au prix d’une diminution de la résistance aux chocs, d’une altération des propriétés optiques et d’une augmentation de la densité. Par ailleurs, il est nécessaire d’incorporer un taux relativement élevé (souvent au-delà de 40% en volume) pour espérer accroître les propriétés de façon significative, ce qui limite les procédés de mise en œuvre.

Quels seraient les objectifs attendus du projet de recherche ?


Thème de recherche 2

Développement de plastiques biodégradables pour la fabrication de sacs respectueux de l’environnement

Objectifs du thème de recherche

Face aux nouvelles restrictions concernant l’utilisation des sacs plastiques à base de plastiques conventionnels, et face aux effets dévastateurs pour l’environnement de ses sacs à travers leur accumulation dans les décharges publiques, les villes, les plages et les champs agricoles, le remplacement des plastiques d’origine fossiles par des plastiques biodégradables respectueux de l’environnement devient une nécessité et une priorité sur lequel il faut travail. C’est dans ce contexte que s’inscrit le présent projet. L’objectif est de développer et de formuler des plastiques biodégradable issu d’un mélange amidon, plastifiant naturel et d’un polymère synthétique. Le biodégradable ainsi développé pourrait se substituer aux polymères issus de la filière pétrochimique, pour la fabrication de produit de courte durée de vie, tels que les emballages alimentaires ou les sacs en plastique, des emballages pour la restauration rapide, des films pour paillage agricole, etc. Les plastiques biodégradable à base d’amidon doit ainsi pouvoir être employé pour fabriquer des sacs en plastiques, ayant les mêmes performances mécaniques que les sacs à base de polyéthylène, tout en utilisant les mêmes machines et équipement que ceux utilisés pour la fabrication des sacs conventionnels.

Contexte du thème de recherche

De nos jours, le plastique est utilisé de plus en plus et partout dans le monde. Il occupe même une place prépondérante dans la vie quotidienne avec des utilisations de plus en plus étendues, allant du téléphone portable, aux bouteilles d’eau et de boisson et surtout dans les emballages.

Selon un rapport de la Fondation Ellen MacArthur publié à l’occasion du Forum économique mondial de Davos, l’utilisation des plastiques a été multipliée par 20 durant le demi-siècle dernier. On est ainsi passé de 15 millions de tonnes produites en 1964 à 311 millions en 2014. Cette quantité pourrait doubler d’ici 20 ans et faire de sorte qu’en 2050 « il y aura plus de plastique que de poissons dans les océans », alerte la fondation. En Tunisie, la consommation des plastiques est estimée à 350 000 Milles tonnes en 2015 avec une croissance annuelle de l’ordre de 4% et dont 38% sont dessinés au marché de l’emballage.

-Méthodologie de réalisation du projet

Le projet comporte différentes étapes :

1- mise au point des conditions optimales de mélange par extrusion de l’amidon, de la glycérine et d’un polyester permettant d’obtenir un matériau thermoplastique homogène tout en minimisant les effets de dégradation par scission et dépolymérisation de l’amidon. Même si ce procédé est utilisé industriellement, il n’est pas cependant dévoilé et les conditions doivent être ajustées en fonction de l’origine de l’amidon et des caractéristiques de l’extrudeuse.

2- mise au point des conditions optimales permettant l’extrusion réactive de l’amidon plastifié avec la glycérine et le polyester, ainsi que des additifs appropriés pour faciliter la transformation. Dans cette étape, nous allons ajuster les conditions de mélange ; température, durée de séjour, vitesse de rotation pour obtenir un mélange homogène qui peut être extrudé et soufflé pour produire des sacs.

3- Evolution des propriétés mécaniques, thermiques et d’absorption d’eau en fonction du taux et de la composition du mélange. Dans cette étude, nous allons établir sous forme de diagrammes ou de courbes les évolutions des propriétés en fonction du taux des additifs réactifs ;

– propriétés mécaniques ; module de Young, résistance et allongement à la rupture,

– propriétés thermique et thermomécanique ; température de dégradation, température de transition vitreuse,

– taux de cristallinité par diffraction de rayons-X sur poudre,

– absorption d’eau en fonction du temps sous atmosphère humide contrôlée (taux d’humidité à 50% et 90%),

– dégradation biologique ; évolution du cycle et de la durée de dégradation biologique de l’amidon après modification avec la glycérine et les additifs de modification.

 A partir des diagrammes, une composition assurant un compromis entre, une bonne tenue mécanique et moindre absorption d’eau sera sélectionnée pour réaliser des mélanges en quantité suffisante pour mener des essais de transformation au niveau de machine industriel.

Thème de recherche 3

UTILISATION DU PAPIER ET NANOPAPIER POUR LA  MICROFILTRATION : CONCEPT ET APPLICATION A LA FILTRATION D’EAU CHARGEE PAR DES MICROORGANISMES.

Contexte du thème de recherche

Au cours du dernier siècle, la demande mondiale d’eau a été multipliée. Le défi deviendra plus grand à mesure que la population et les économies se développent au cours des prochaines années. On s’attend donc que la Demande d’agriculture, d’industrie et d’énergie sur les ressources en eau Continueront de croître. En plus de manque global d’eau, la pauvre qualité de l’eau est une situation critique dans de nombreuses régions du monde. Selon l’Organisation mondiale de la santé, 1,1 milliard de personnes n’ont pas accès l’eau potable et 2,6 milliards n’ont pas accès à l’assainissement. Environ 2,2 millions de personnes meurent de maladies diarrhéiques. La maladie chaque année est le plus souvent causée par des infections à base d’eau, et la majorité de ces cas sont des enfants de moins de 5 ans.

Les membranes sont favorisées par rapport aux autres technologies pour l’eau traitement, comme la désinfection, la distillation ou la filtration Parce qu’en principe, ils ne nécessitent aucun additif chimique, thermique ou nécessitent une régénération des supports utilisés.

Actuellement, la technologie des membranes disponible dans le commerce est pour les solides en suspension, les protozoaires et l’élimination des bactéries (microfiltration, MF), pour l’élimination des virus et des colloïdes (ultrafiltration, UF), pour la dureté, les métaux lourds et la matière organique dissoute élimination (nanofiltration, NF), et pour le dessalement, la réutilisation de l’eau, et la production d’eau ultra pure (osmose inverse, RO).

Les membranes utilisées à cet effet sont généralement produites à partir de Polymères dérivés de ressources fossiles ou de céramiques. De plus, Les processus de production de la membrane nécessitent d’énormes quantités de solvants, de produits chimiques et l’énergie. Alternativement, des matériaux recyclables et biodégradables sont utilisés dans la fabrication de membranes sauf que ces matériaux doivent subir un traitement préalable pour être modifiés ou dissous à l’avance (par exemple l’acétate de cellulose ou la cellulose régénérée) et cela nécessite également des quantités importantes de solvants et d’énergie. Et surtout ces membranes sont très coûteuses vu la haute technologie utilisée pour leur fabrication.

Objectifs du thème de recherche

L’objectif de ce travail est le développement de membrane à base de papier (soit commercial soit nanopapier) pour le traitement des eaux. Ce matériau qui est biodégradable (à base de cellulose), peux coûteux et disponibles commercialement présente une structure poreuse et une résistance mécanique et chimique adéquates pour permettre de l’utiliser comme membrane de filtration. En effet, lorsque testé durant ce travail pour la microfiltration de solutions aqueuses d’acide humique, ce papier avait montré des performances très compétitives en matière de microfiltration de ce type de solutions que ce soit en flux de perméation ou en taux de rétention de l’acide humique « HA ».