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Aujourd’hui, la revalorisation des déchets et leur fin de vie sont particulièrement étudiées face au défi écologique que la population mondiale rencontre pour d’une part limiter les déchets générés par les activités agricoles et agro-industrielles mais surtout pour tirer le meilleur parti de la biomasse. De nombreux déchets ne sont pas recyclés ou réutilisés par manque de valeur ajoutée ou de méthode de revalorisation. La plupart des applications existantes sont focalisées sur les fibres lignocellulosiques pour des applications de très grands volumes comme l’emballage et la construction ou pour la revalorisation de certaines molécules comme la lignine. La démarche de cette thèse consiste à proposer des voies de valorisation de co-produits de matière protéiques d’origine animale notamment le cuir la corne, la soie et la laine, dans des applications matériaux. Ces protéines animales, le collagène, la kératine et la fibroïne, sont des protéines fibreuses, appelées scléroprotéines, capables de s'organiser en une structure semi-cristalline hautement hiérarchisée pour induire des propriétés spécifiques. Ces macromolécules ne peuvent donc pas être traitées par extrusion thermoplastique. Ainsi, la voie actuelle de valorisation consiste principalement à formuler des composites en mélangeant la matière première avec des polymères thermoplastiques. Néanmoins, la transformation des scléroprotéines en un matériau solide grâce à la thermocompression uniaxiale à haute pression pourrait être une alternative forte aux matériaux thermoplastiques synthétiques en utilisant les propriétés thermoplastiques intrinsèques de ces protéines. Pour avoir un spectre complet du comportement des scléroprotéines pour la formation d’un matériau à haute valeur ajoutée, dense et cohésif, l’étude porte sur 5 déchets différents issus de corne de vache, de cuir tanné chrome et de cuir tanné végétal, de soie et de laine. Une première étape a consisté à développer une méthode de broyage par extrusion bi-vis, adaptée aux matières souples (cuir, laine, soie) pour obtenir des poudres pour la formation d’un matériau. Puis, des analyses thermiques (DSC, DMA) et FTIR (ATR) ont été réalisées pour étudier de comportement thermique des scléroprotéines contenues dans ces déchets et comprendre les changements de structures secondaires pendant le processus. Les résultats dépendent de l'humidité relative en raison du rôle plastifiant des molécules d'eau adsorbées sur les fibres protéiques. Ces études ont permis de déterminer des plages de travail pour les paramètres de mises en œuvre de nouveaux matériaux par thermocompression uniaxiale. Plusieurs paramètres de transformation sont étudiés : la température, la pression, le temps de cycle et la méthode de refroidissement. Le refroidissement est un paramètre capital au même titre que l’eau à la fois sur la cohésion du matériau mais aussi ses performances mécaniques. La mise au point d’une méthode de mise en forme d’un matériau compact et uniforme et la compréhension des phénomènes de formation du matériau suivant la scléroprotéine qui le constitue est le résultat de ce travail. Différentes techniques de mise en œuvre sur la même base de cuisson/compression (frittage flash et induction, refroidissement pulsé) ont été étudiées pour mesurer l’impact du procédé de mise en œuvre sur la formation d’un matériau et ses performances. Les différents déchets ont pu mener à la formation de matériau 100% naturel dont les propriétés mécaniques rivalisent avec celles d’autres polymères biosourcés et/ou biodégradables comme le PLA et l’acétate de cellulose. |
