Memoire 249_Namory_MEITE_2014

ANNEE ACADEMIQUE
N° d’ordre 249 2013-2014
MASTER SCIENCES PHYSIQUES DES STRUCTURES
OPTION : CHIMIE DES MATERIAUX INORGANIQUES
Présenté par :
MEITE NAMORY
Maitre ès-sciences
Soutenu publiquement le 17/06/2015
Devant le jury composé de :
Président : M. OYETOLA Samuel Professeur titulaire, Université F H B Abidjan
Examinateurs : M. BAMBA Drissa Maître Assistant, Ecole Normale Supérieure
M. KPANGNI Emolo Bernard Maître Assistant, Université F H B Abidjan
Directeur : M. KONAN Koffi Léon Maître de Conférences, Université F H B Abidjan
MINISTERE DE L'ENSEIGNEMENT SUPERIEUR
ET DE LA RECHERCHE SCIENTIFIQUE
RÉPUBLIQUE DE CÔTE D'IVOIRE
UNION - DISCIPLINE - TRAVAIL
_______
UNIVERSITE FELIX HOUPHOUET-BOIGNY
UNITE DE FORMATION ET DE RECHERCHE
SCIENCES DES STRUCTURES DE LA MATIERE ET DE TECHNOLOGIE
ELABORATION DE MATERIAUX
BIOPLASTIQUES A BASE D’AMIDON DE
MANIOC RENFORCES AU KAOLIN
d’Abidjan

DEDICACE
A mon père MEITE INZA
à ma mère TRAORE MAWA
à Mon grand frère MEITE NAMORY
à Mes frères et sœurs
à Mlle TRAORE LOKAFIEMA
à Tous mes amis de l’UFR SSMT
Ce travail est aussi le leur
i

ELABORATION DE MATERIAUX BIOPLASTIQUES A BASE D’AMIDON DE MANIOC RENFORCES AU KAOLIN
LABORATOIRE DE CHIMIE DES MATERIAUX INORGANIQUES (LCMI) Page ii
REMERCIEMENTS
Ce travail a été réalisé au sein du Laboratoire de Chimie des Matériaux Inorganiques
(LMCI) de l’UFR de l’Université Félix Houphouët Boigny.
Je remercie tout particulièrement le directeur, Monsieur OYETOLA Samuel, Professeur
titulaire, de m’avoir accepté au sein du laboratoire. Je lui exprime ma profonde
reconnaissance pour avoir accepté de présider ce jury.
Je dis un grand merci à Monsieur KONAN Koffi Léon, Maître de Conférences, mon
directeur de mémoire, pour la confiance qu’il m’a accordée, son soutien et ses conseils tout
au long de ce travail. Les mots me manquent pour vous remercier. Vous êtes tout simplement
un faiseur de rois.
Je remercie également Monsieur KPANGNI Emolo Bernard, Maître Assistant,
d’avoir accepté de juger ce travail. Qu’il trouve ici l’expression de ma sincère gratitude.
Je suis très reconnaissant à Monsieur BAMBA Drissa, Maître Assistant, de participer
au jury de ce mémoire. Qu’il trouve ici l’expression de mes sincères remerciements.
Je tiens à remercier Messieurs ANDJI Yapi Jonas, N’DRI Kouame, LEH
Mathurin, ESSI Marc et COULIBALY Vamoussa tous Maîtres de Conférences et
enseignants au laboratoire de chimie des matériaux inorganiques ce fut plus agréable grâce à
leur gentillesse, leur grande disponibilité et leurs encouragements.
Merci à Docteur Bi Irie Goure Doubi Herve pour le soutien et les conseils avisés.
Je remercie Docteur COULIBALY Mariam, Maître Assistant, pour sa gentillesse et
ses conseils.
J’aimerais remercier en particulier Monsieur DIOMANDE Bato et Monsieur BLEDE
Martial de m’avoir permis de manipuler au sein du laboratoire d’analyse des produits
pétroliers, des eaux et des lubrifiants de PETROCI. Merci aussi à Monsieur ROGER N’dri
pour ses conseils et sa disponibilité.
Je remercie l’ensemble des étudiants du laboratoire de chimie des matériaux
inorganiques pour la bonne ambiance et le soutien matériel. Merci à mes amis de l’AESP
(Association des Etudiants de Sciences Physiques). Je n’oublie pas de remercier Monsieur
CISSE Moussa pour les soutiens moraux et matériels. Un grand remerciement à la famille
MEITE et à La famille TRAORE, sans oublier Mlle OUATTARA Fatoumata.
Je dis un grand merci à tous ceux qui m’ont permis d’arriver au bout de ce mémoire
qu’ils trouvent ici l’expression de ma profonde gratitude.

LABORATOIRE DE CHIMIE DES MATERIAUX INORGANIQUES (LCMI) Page iii
SIGLES
BioPE Polyéthylène Biosourcé
BP Bioplastiques non renforcé
BPKFnt Bioplastique renforcé au Kaolin KF non traité
BPKFt Bioplastique renforcé au Kaolin KF traité à 700°C pendant 5 heures
EDS Energie Dispersive Spectrometer
LDPE Polyéthylène à basse densité
PCL Polycaprolactone
PEA Polyesteramides
PHBV Polyhydroxybutyrate Valerate
PP PolyPropylène
PLA Polylactique
TPS Thermoplastic Starch
TPV Thermoplastique par Vulcanisation

LABORATOIRE DE CHIMIE DES MATERIAUX INORGANIQUES (LCMI) Page iv
TABLE DES MATIERES

LABORATOIRE DE CHIMIE DES MATERIAUX INORGANIQUES (LCMI) Page v
TABLE DES MATIERES
DEDICACE...........................................................................................................................................ii
REMERCIEMENTS...........................................................................................................................ii
SIGLES ..................................................................................................................................................iii
TABLE DES MATIERES ...................................................................................................................iv
LISTE DES FIGURES.........................................................................................................................vii
LISTE DES TABLEAUX ...................................................................................................................viii
RESUME..............................................................................................................................................ix
INTRODUCTION GENERALE..................................................................................................... 1
CHAPITRE I:...................................................................................................................................... 3
GENERALITES ................................................................................................................................. 3
I/ GENERALITES ................................................................................................................................ 4
I.1/ LES BIOPLASTIQUES ............................................................................................................. 4
1.1/Définition.................................................................................................................................. 4
1.2/ Les différents bioplastiques.................................................................................................. 4
1.3/ Matière première : amidon.................................................................................................... 7
1.4/ Les additifs.............................................................................................................................. 8
1.4.1/ Les plastifiants................................................................................................................. 8
1.4.2/ Les renforçants ................................................................................................................ 9
I.2/ INTERACTION ARGILE-AMIDON..................................................................................... 14
CHAPITRE II: .................................................................................................................................. 18
MATERIAUX ETUDIES ET METHODES EXPERIMENTALES.................................... 18
II/ MATERIAUX ETUDIES ET METHODES EXPERIMENTALES ......................................... 19
II.1/ MATERIAUX ETUDIES ....................................................................................................... 19
II.2/ CARACTÉRISATIONS MINÉRALOGIQUES ET CHIMIQUES DE L’ARGILE
UTILISÉE........................................................................................................................................ 19
2.1/ Techniques expérimentales.................................................................................................. 19
2.1.1/ Analyse granulométrique.............................................................................................. 19
2.1.2/ Analyse chimique........................................................................................................... 20
2.1.3/ Diffraction des Rayons X (DRX).................................................................................. 20
2.1.4/ Spectroscopie infrarouge .............................................................................................. 21

LABORATOIRE DE CHIMIE DES MATERIAUX INORGANIQUES (LCMI) Page vi
2.1.5/ Analyse thermique différentielle et thermogravimétrique (ATD/ATG) .................. 21
2.1.6/ Mesure de la surface spécifique.................................................................................... 21
2.1.7/ Microscopie électronique à balayage (MEB) .............................................................. 22
II.3/ELABORATION DE BIOPLASTIQUES.............................................................................. 22
3.1/Protocole opératoire.............................................................................................................. 22
3.1.1/Matériels.......................................................................................................................... 22
3.1.2/Protocole d’élaboration des bioplastiques à base d’amidon de manioc renforcé au
kaolin ........................................................................................................................................ 23
3.2/Organigramme d’élaboration des bioplastiques................................................................. 24
La figure II.2 présente l’organigramme de préparation des bioplastiques renforcés au kaolin traité
ou non............................................................................................................................................ 24
CHAPITRE III:................................................................................................................................. 25
RESULTATS ET DISCUSSION................................................................................................ 25
III/ RESULTATS ET DISCUSSION................................................................................................. 26
III.1/RESULTATS DE LA CARACTERISATION DES RENFORÇANTS................................. 26
III.1.1/Composition chimique......................................................................................................... 26
III.1.2/Composition minéralogique................................................................................................ 26
1.4/ Spectroscopie infrarouge ......................................................................................................... 29
1.6/ Mesure de la surface spécifique et de la masse volumique................................................... 32
1.7/Microscopie électronique à balayage (MEB) .......................................................................... 32
III.2/ PROPRIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES BIOPLASTIQUES ELABORES .......... 33
2.1/ Description des prototypes de matériaux bioplastiques.................................................... 33
2.2/Propriété des matériaux bioplastiques élaborés................................................................. 34
2.2.1/ Résistance thermique des prototypes élaborés .......................................................... 34
2.2.2/ Hydrophilie des bioplastiques ...................................................................................... 34
2.2.2/ Biodégradabilité des prototypes................................................................................... 35
CONCLUSION GENERALE ....................................................................................................... 38
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES................................................................................... 40

LABORATOIRE DE CHIMIE DES MATERIAUX INORGANIQUES (LCMI) Page vii
LISTE DES FIGURES
Figure I.1 : Classification des bioplastiques ….……………………………..……………...…………P5
Figure I.2 : Composition chimique de l’amidon………..……………………………………………...P8
Figure I.3 : Granules d’amidon de manioc vus au microscope électronique à balayage …..………..P8
Figure I.4 : la réorganisation des chaines de l’amidon………..…………………………………..…...P9
Figure I.5 : Structure de la kaolinite : minéral de type 1 :1……………………………………...…...P12
Figure I.6 a : Structure de l’Illite : minéral de type 2 :1…………………………………..………….P13
Figure I.6 b : Structure de la montmorillonite : minéral de type 2 :1……………………..…………P.13
Figure I.7: Intercalation de polymère en solution………………………………………………...…..P15
Figure I.8: Intercalation avec polymérisation in situ……………………………………………...….P16
Figure I.9: Intercalation en voie fondue……………………………………………………...……....P16
Figure II.1 : Schéma du dispositif de préparation des bioplastiques ………………………………...P22
Figure II.2 : Organigramme de préparation des bioplastiques renforcés …………………………....P24
Figure III.1 : Spectre de diffractions de rayons X (DRX) du kaolin KF et du kaolin KF 705……….P27
Figure III.2: Spectre infrarouge du kaolin KF et du kaolin KF traité à 700 °C pdt 5 heures………...P28
Figure III.3: Diagrammes ATD/ATG du kaolin KF brut………………………………………........P30
Figure III.4 : Diagrammes ATD/ATG du kaolin KF traité à 700°C pdt 5 heures…………………....P30
Figure III.5: Microstructure du kaolin KF…...………………………….…………………..………P32
Figure III. 6: Photographies des prototypes élaborés...............................................................……..P33
Figure III.7: Aspect des bioplastiques lors du traitement thermique.............................................…...P34
Figure III.8: L’hydrophilie des bioplastiques…………………………...……………………………P35
Figure III.9: La biodégradabilité des bioplastiques dans le sol……………………………………....P35
Figure III.10: La biodégradabilité à la surface du sol …………………………………………......... P36

LABORATOIRE DE CHIMIE DES MATERIAUX INORGANIQUES (LCMI) Page ix
RESUME
Les matériaux bioplastiques ont été élaborés à base d’amidon de manioc puis le kaolin
et le métakaolin ont été utilisés comme additifs. L’objectif visé dans ce mémoire est de mener
une investigation physico-chimique (résistance thermique, hydrophilie et biodégradabilité) sur
ces nanocomposites.
Les résultats obtenus montrent que le kaolin et le métakaolin améliorent sensiblement
la résistance thermique. Le métakaolin issu de la deshydroxylation du kaolin traité à 700°C
pendant 5 heures contribue à améliorer l’hydrophilie des bioplastiques. Les bioplastiques
élaborés à base d’amidon de manioc sont tous biodégradables dans le sol comme à la surface
du sol. Cette biodégradabilité est accélérée lorsqu’on ajoute le kaolin ou le métakaolin.
Mots-clés : bioplastique, métakaolin, biodégradabilité.

INTRODUCTION GENERALE Page 1
INTRODUCTION GENERALE

INTRODUCTION GENERALE Page 2
INTRODUCTION GENERALE
Les plastiques traditionnels d’origine fossile sont des matériaux dont l’intérêt dans
divers domaines est indéniable et sont souvent critiqués surtout pour leur caractère non
biodégradable. Le développement de la production mondiale des plastiques s’accompagne
nécessairement de répercussions environnementales.
Les bioplastiques connaissent un engouement depuis quelques années et ils sont
souvent présentés comme des solutions de rechange plus respectueuses de
l’environnement. 1
L’élaboration et le renforcement de bioplastiques restent des préoccupations majeures
qui intéressent la communauté scientifique car les propriétés physico-chimiques de ces
matériaux peuvent être encore améliorées.
Les argiles, de par leurs propriétés plastiques, biodégradables et abondances dans les
pays en voie de développement peuvent être utilisées comme des renforçants.
Dans le but de valoriser les argiles de Cote d’Ivoire, le Laboratoire de Chimie des
Matériaux Inorganiques (LCMI) de l’Université Félix Houphouët Boigny mène des
recherches sur des matériaux bioplastiques renforcés aux argiles.
Le présent travail consiste à élaborer des matériaux bioplastiques à base d’amidon de
manioc renforcés au kaolin.
L’ensemble des résultats de cette étude est présenté dans ce mémoire subdivisé en
trois chapitres.
Le premier chapitre aborde une synthèse bibliographique essentiellement sur l’amidon, le
kaolin et les bioplastiques.
Les matériaux étudiés, les techniques expérimentales utilisées pour la caractérisation du
kaolin et l’élaboration des bioplastiques sont présentés dans le deuxième chapitre.
Le troisième chapitre est consacré à la présentation des résultats et leur discussion.
Enfin le mémoire se termine par une conclusion et les perspectives qui en découlent.

CHAPITRE I : GENERALITES Page 3
CHAPITRE I:
GENERALITES

I/ GENERALITES
La connaissance des propriétés des matériaux étudiés à savoir les matériaux
bioplastiques, le kaolin, le métakaolin et l’amidon de manioc est importante. Ce chapitre
présente une généralité sur ces matériaux et une synthèse bibliographique.
I.1/ LES BIOPLASTIQUES
1.1/Définition
Les bioplastiques sont des polymères plastiques fabriqués à partir de matières
premières naturelles et renouvelables.
1.2/ Les différents bioplastiques
Les bioplastiques peuvent être classés selon leurs compositions chimiques, leurs
méthodes de synthèse, leurs procédés de fabrication, leurs importances économiques ou leurs
applications 2 . Nous optons pour la classification par procédé de fabrication afin de
présenter et expliquer les différents types de bioplastiques. Les différents groupes de
bioplastiques sont donnés dans le tableau I.1 et schématisés sur la figure I.1.
Tableau I.1 : les différents groupes de bioplastiques
Catégorie Nature
Groupe 1 Les bioplastiques issus directement de la biomasse
Groupe 2 Les bioplastiques issus des microorganismes par fermentation microbienne
Groupe 3 Les bioplastiques obtenus par synthèse à partir de monomères renouvelables
Groupe 4 Les bioplastiques pétrochimiques biodégradables

Figure I.1 : Classification des bioplastiques
Les bioplastiques issus directement de la biomasse
Les bioplastiques de cette catégorie sont directement extraits de la matière organique
d’origine végétale ou animale. La nature nous donne une très grande gamme de polymères qui
peuvent être utilisés pour plusieurs applications. Ils peuvent par exemple être employés
comme fibres, adhésifs, couchages, gels, mousses, films ou comme résines thermoplastiques
et thermodurcissables 4 .
L’amidon, bioplastique issu directement de la biomasse, est le plus présent au niveau de
l’emballage avec un marché de 22,2 % 5 .
C’est un matériau hydrophile (affinité avec l’eau) et l’emballage de produits humides est
problématique. Les propriétés barrières aux gaz sont par contre excellentes. Les sources
d’amidon sont très abondantes et diversifiées.
Comme matériau d’emballage, les propriétés mécaniques des films formés avec l’amidon seul
ne sont pas adéquates. L’amidon doit préalablement être plastifié, mélangé avec d’autres
matériaux ou modifié chimiquement. L’amidon thermoplastique ou ThermoPlastic starch
(TPS) est un bioplastique ainsi plastifié avec des agents tels que l’eau, la glycérine ou le
sorbitol. En présence de ces plastifiants, à des températures élevées et avec des forces de
cisaillement, l’amidon fond et se fluidifie. Son usage est donc compatible avec les
équipements d’injection ou de soufflage utilisés pour les plastiques synthétiques 5 .

Ses principales limites demeurent son affinité avec l’eau, ses faibles propriétés mécaniques et
une variation importante de ses propriétés après fabrication.
Les bioplastiques issus des microorganismes par fermentation microbienne
Ce groupe de bioplastiques est constitué de la famille des polyhydroxyalcanoates (PHA),
dont le polyhydroxybutyrate (PHB) et le polyhydroxybutyrate-valerate (PHBV) qui sont les
plus communs 6 . Ces polyesters proviennent du mécanisme de survie de certains
microorganismes qui les conservent et les accumulent comme source d’énergie et de carbone
5 .Une des propriétés intéressantes en lien avec les emballages alimentaires est le taux de
transmission de la vapeur d’eau qui est bas et similaire au polyéthylène à basse densité
(LDPE). Des recherches ont aussi démontré que les propriétés des PHBV sont parfois
similaires à celles du polypropylène (PP) 5 . Ses bonnes propriétés barrières aux gaz
peuvent entre autres mener à des applications pour les emballages alimentaires.
Bioplastiques obtenus par synthèse à partir de monomères renouvelables
Les bioplastiques obtenus par synthèse à partir de monomères renouvelables peuvent être
regroupés en deux sous-groupes. Les bioplastiques biodégradables comme l’acide
polylactique (PLA) et les bioplastiques non biodégradables qui comprennent par exemple le
polyéthylène biosourcé (BioPE).
Le PLA qui fait partie du premier sous-groupe est le bioplastique le plus utilisé pour
l’emballage. Il représente 42,5 % du marché 6 . Le PLA est fabriqué à partir d’acide lactique
qui provient de la fermentation du maïs, de la canne à sucre ou de la betterave 5 . Bien que
plusieurs sources de biomasse puissent être utilisées, le maïs a l’avantage de procurer le haut
niveau de pureté d’acide lactique requis. Le PLA est donc un bioplastique biosourcé et il est
biodégradable dans des installations industrielles ou municipales 7 .
Bioplastiques pétrochimiques biodégradables
Les bioplastiques de cette catégorie sont fabriqués à partir de monomères non
renouvelable (d’origine fossile). Ils ne proviennent donc pas de ressources renouvelables mais
sont biodégradables. Les bioplastiques peuvent être classés en trois sous groupes : les
polycaprolactones (PCL), les polyesteramides (PEA) et différents copolyesters aromatiques
ou aliphatiques 8 .

Dans ce travail, nous étudierons les bioplastiques obtenus par synthèse à partir de
monomères renouvelables.
1.3/ Matière première : amidon
L’amidon est un polysaccharide d’origine végétale qui constitue la principale réserve
glucidique des plantes supérieures. Il représente une fraction pondérale importante dans un
grand nombre de matières premières agricoles telles que les céréales (30 à 70 %), les
tubercules (60 à 90 %) et les légumineuses (25 à 50 %). L’amidon est la principale source
d’énergie dans l’alimentation animale et humaine. La moitié de la production industrielle
mondiale de l’amidon est destinée à l’alimentation humaine 9 .
L’amidon est utilisé dans divers secteurs industriels non alimentaires, notamment dans
l’industrie du papier, l'industrie pharmaceutique, cosmétique et textile. Ces dernières années,
il apparaît être un matériau d’intérêt dans la production de plastiques renouvelables et
biodégradables 10 et est également utilisé pour la fabrication des biocarburants 11 .
L’amidon présente plusieurs atouts : biodisponibilité, coût faible, biodégradabilité totale.
L’amidon natif peut être converti en un matériau pseudo plastique appelé amidon
thermoplastique (TPS acronyme anglais de thermoplastic starch). Cette conversion se fait en
présence de plastifiant (glycérol, éthylène glycol, sorbitol) et à une température de 80 °C à
180 °C et sous l’action d’une force mécanique (agitation). L’amidon fond alors et s’écoule
comme un polymère thermoplastique conventionnel. Ce qui rend possible son utilisation dans
des procédés incluant l’injection, l’extrusion, le soufflage ou le moulage.
Cependant l’amidon thermoplastique reste un matériau de peu d’intérêt du à son
caractère hydrophile et à ses propriétés mécaniques médiocres. Les produits commerciaux
associant l’amidon à d’autres polymères existent sur le marché. C’est le cas des plastiques
Mater-Bi ® de la société Novamont8 qui associent l’amidon thermoplastique à des produits
tels que l’acétate de cellulose, les copolymères d'éthylène-alcool vinylique, les polyesters, le
polycaprolactone (PCL) et d’autres polymères thermoplastiques 12 . La formulation de
nanocomposites à base d’amidon est une voie prometteuse pour l’amélioration des propriétés
des produits à base d’amidon sans interférer sur la biodégradabilité du matériau 13 . Nous
utiliserons dans notre travail l’amidon de manioc en raison de son accessibilité et du faible
cout de sa production. Cela peut permettre la valorisation des produits locaux.

CHAPITRE I : GENERALITES
chaînes de polymères pour en diminuer les interactions et ainsi favoriser le mouvement de
l'une par rapport à l'autre. La présence de ce plastifiant permet de diminuer
chauffage car le plastifiant a déjà introduit du volume libre entre les chaînes. On passe donc
d'un matériau rigide à un plastique. Le film fabriqué sera ainsi plus résistant à la tension
la flexion. De plus, l’ajout de glycérol rend le film plastique transparent, ce qui est bien
pratique au niveau d’applications, notamment dans le domaine de l’emballage
ou glycérine, est un composé chimique
Le glycérol est donc un polyalcool. C'
sucré et faiblement toxique, utilisé dans de nombreuses
Sa molécule possède trois hydroxydes
sa solubilité dans l' eau et de sa nature
l'articulation centrale de tous les
phosphoglycérides.
La figure I.2 présente la réorganisation des chaines d’amidon de manioc par le
glycérol.
Figure I.4 : La réorganisation
1.4.2/ Les renforçants
De nombreux renforçant
d’amidon. A titre d’exemples, l’on rencontre les fibres de coton
19 , des fibres cellulosiques
(montmorillonites (modifiées ou naturelles) et hectori
contre les kaolinites font l’objet de peu d’étude
. La présence de ce plastifiant permet de diminuer
d'un matériau rigide à un plastique. Le film fabriqué sera ainsi plus résistant à la tension
pratique au niveau d’applications, notamment dans le domaine de l’emballage
composé chimique de formule HOH2C–CHOH–CH2OH.
Le glycérol est donc un polyalcool. C'est un liquide, visqueux
que, utilisé dans de nombreuses compositions
hydroxydes correspondant à trois fonctions alcool
et de sa nature hygroscopique. Un résidu
l'articulation centrale de tous les lipides de la classe des triglycérides
présente la réorganisation des chaines d’amidon de manioc par le
Granulés d’amidon
Molécule
a réorganisation des chaines de l’amidon par le glycérol
/ Les renforçants
De nombreux renforçants sont utilisés dans l’élaboration des composites à base
d’amidon. A titre d’exemples, l’on rencontre les fibres de coton 18 , du nano oxyde de zinc
20 . En ce qui concerne des argiles, les smectites
(montmorillonites (modifiées ou naturelles) et hectorite) sont largement utilisées
contre les kaolinites font l’objet de peu d’étude 22 . De Carvalho et al.
Page 9
. La présence de ce plastifiant permet de diminuer la température de
d'un matériau rigide à un plastique. Le film fabriqué sera ainsi plus résistant à la tension et à
pratique au niveau d’applications, notamment dans le domaine de l’emballage. Le glycérol,
OH.
visqueux et inodore au goût
compositions pharmaceutiques.
alcool responsables de
glycérol constitue
triglycérides et des
présente la réorganisation des chaines d’amidon de manioc par le
Granulés d’amidon
Molécules de glycérol
par le glycérol
sont utilisés dans l’élaboration des composites à base
, du nano oxyde de zinc
. En ce qui concerne des argiles, les smectites (minéral 2 :1)
te) sont largement utilisées 21 . Par
sont les premiers à

faire une préparation et une caractérisation d’un composite thermoplastique d’amidon et de
kaolin via une dispersion en milieu fondu. Ils utilisent l’amidon de maïs à 28 % d’amylose en
mélange avec 30 % de glycérol par rapport à la masse d’amidon en présence de diverses doses
d’argile (0, 10, 20, 30, 40, 50 et 60 parts de kaolin pour cent parts d’amidon) 21 . Par
microscopie électronique à balayage, ils montrent que la dispersion du kaolin est appréciable.
Ils observent une augmentation du module d’Young et de la tension à la rupture jusqu’à une
dose de 50 parts de kaolin. Une diminution monotone de l’élongation à la rupture est
enregistrée parallèlement.
La température de transition vitreuse des composites était légèrement inférieure à celle
du film ne contenant pas de kaolin et proportionnelle à la dose de kaolin. Nous utiliserons
dans cette étude l’amidon de manioc en lieu et place de l’amidon de maïs.
Par extrusion, on élabore des films d'amylose plastifiée incorporant de la
kaolinite 22 . Le module d’Young des films est augmenté tandis que l’allongement à la
rupture diminue. La dose de 20 % en kaolinite donne les meilleures performances
mécaniques. La présence d’argile diminue la cristallinité dans les films ainsi que la prise
d’eau 23 . La préparation des bioplastiques amidon/kaolinite est possible par
thermopressage de mélange amidon/glycérol/argile. Dans ces matériaux composites, la
kaolinite induit des effets de barrières à la prise d’eau et à la diffusion de la chaleur ainsi
qu’un effet retardateur de la rétrogradation. La tension maximale des films obtenus est de 1,19
MPa à la dose de 10% en kaolinite. L’allongement à la rupture diminue avec la présence de
kaolinite dans les films.
L’exfoliation de la kaolinite n’est pas obtenue dans ce cas. En effet, le pic d001 de la
kaolinite reste bien observable sur le diaffractogramme des composites 22 .
Il y’a un accroissement de l’élongation à la rupture et de la tension de rupture de 20% et 25%
respectivement 23 ; et une diminution de la vitesse de diffusion des vapeurs d’eau de 35%
pour l’amidon de pomme de terre incorporé avec de la montmorillonite à un taux de 5%. Ils
notent également que la stabilité thermique est améliorée (augmentation de la température de
décomposition). Lorsqu’on ajoute l’hectorite à un taux de 50% dans de l’amidon des racines
de Cára, on enregistre un accroissement de 70% de la résistance en compression 22 .
Cependant, le pourcentage d’élongation diminue de 50%.

Les films amidon-montmorillonite sont élaborés avec pour visée d’application
l’emballage alimentaire 24 . Les tests mécaniques montrent un accroissement du module de
Young et de la tension de rupture. Les tests de migration, par contact des films avec des
légumes et d’autres stimulants, ont permis de vérifier la conformité du matériau avec la
régulation en matière d’emballage alimentaire ayant cours en Europe à ce moment. Il est
possible d’utiliser la fusion et l’extrusion pour préparer une composite triple d’amidon
/polyester biodégradable/montmorillonite organophile 25 . La diffraction des rayons X
(DRX) a permis d’établir que les meilleurs résultats (module d’Young, tension maximale et
allongement) sont obtenus pour une teneur de 30% en masse d’amidon. Une teneur en argile
de 5% permet une amélioration de la tension de rupture et du module de Young par rapport à
la préparation sans argile. Dean et al. , 47 étudient l’influence du type d’argile (une cloisite-
Na de la Southern Clay Products et une fluoromica synthetique (Somasif ME100 fournit par
Uni-Coop Japan)) de la teneur en plastifiant et de la méthode de mélange sur le type de
nanocomposite d’amidon élaboré. Ils établissent l’existence d’un optimum de teneur en
plastifiant et en argile favorable à la production de film d’amidon gélifié avec le plus haut
niveau d’exfoliation. Ils montrent également que l’usage d’ultrasons n’est avantageux que
pour la dispersion de l’argile. En effet, par mélange standard, le nanocomposite obtenu
présente des propriétés mécaniques comparables à celles du nanocomposite obtenu avec une
dispersion aux ultrasons. Cette étude, nous montre l’influence des facteurs tels que la dose et
le type d’argile, la dose de plastifiant, la méthode de dispersion et les conditions d’élaboration
sur la formation des nanocomposites d’amidon et sur la relation structure-propriété.
Une étude des propriétés mécaniques de nanocomposites d’amidon de pomme de terre
à différentes teneurs en montmorillonite révèle que pour une teneur de 5 %, le module de
Young est amélioré à 500 % 27 .
En outre, les films d’amidon de maïs incorporant de la montmorillonite modifiée avec du
chitosane présente un accroissement du module d’Young est obtenu sans diminution de
l’élongation à la rupture. Le module d’Young est maximal pour la dose de 5 % d’argile 26 .
De tous les travaux évoqués, il apparaît que la kaolinite est peu attractive malgré sa
disponibilité. Le défi majeur associé à son utilisation réside dans son exfoliation et sa
dispersion.
Les argiles sont regroupées en deux grands groupes

-Les minéraux argileux de type 1:1
Ils sont constitués de feuillets comprenant une couche tétraédrique, dont les sites sont
occupés par du silicium, accolée à une couche octaédrique dont les sites sont occupés par de
l’aluminium ou du magnésium. Les tétraèdres et les octaèdres se développent selon les axes a
et b, l’empilement des feuillets se fait selon l’axe c. La distance basale est de l’ordre de 7Å.
Dans la couche tétraédrique, chaque tétraèdre SiO4
4-
est relié à trois tétraèdres voisins
par trois de ses sommets. Le quatrième oxygène dit « apical » assure la liaison avec le cation
de la couche octaédrique 28 . La figure I.5 présente la structure d'un minéral de type 1/1 :
cas de la kaolinite.
Figure I.5 : Structure d'un minéral de type 1/1: cas de la kaolinite 28
Le renforçant utilisé dans le cadre de cette étude est le kaolin dont le minéral constitutif est la
kaolinite. Le rôle du Kaolin dans les plastiques est de fournir des surfaces souples, une
stabilité dimensionnelle et une résistance aux attaques chimiques. En plus, il allie le
renforcement des fibres à la réduction des fissures et de rétrécissement au cours de la
composition polymère et du façonnage de la forme. Par ailleurs, il est utilisé comme un
modificateur de rhéologie et comme charge fonctionnelle dans le but d’améliorer les
propriétés mécaniques, électriques et thermiques. L’une des principales applications du kaolin
est: les câbles PVC (où il est utilisé pour améliorer les propriétés électriques).
Le kaolin ajoute force, résistances à l’abrasion et rigidité au caoutchouc. Il trouve
d’autres applications d’élastomères thermoplastiques à haute valeur ajoutée comme
l’isolation en caoutchouc et les lignes à haute tension 30 . Le kaolin se prête également aux

films auxquels il donne les propriétés d’antiblocage et d’absorption infrarouge. Le kaolin à
très haute finesse est l’un des principaux additifs utilisés dans la fabrication de pièces
automobiles (à base de thermoplastiques technologiques).
Malgré ces usages multiples, le kaolin est très peu utilisé dans le renforcement des
matériaux bioplastiques. En effet, la présence des groupements hydroxyles rend les matériaux
très hydrophiles. Jean A. MBEY a utilisé la méthode de traitement chimique (exfoliation
dans le Diméthyle sufoxyde (DMSO)) pour détruire les liaisons hydrogènes 14 . Nous
optons pour un traitement thermique du kaolin pour détruire les groupements hydroxyles.
-Les minéraux argileux de type 2 /1
Les minéraux de type 2 /1 sont constitués de deux couches tétraédriques contenant du
silicium encadrant une couche octaédrique contenant de l’aluminium ou du magnésium. Les
Figure I.6.a et Figure I.6.b présente les structures des minéraux argileux de type 2/1 : Cas de
l’illite et de montmorillonite.
a) b)
Figure I.6.a. Cas de l’illite 29 . Figure I.6.b. Cas de la montmorillonite 29 .
Dans ces minéraux, des substitutions cationiques sont souvent observées. Elles
correspondent au remplacement de Si4+
par Al3+
et/ou Fe3+
dans les tétraèdres ou à celui de
Al3+
par Fe2+
, Mg2+
ou Mn2+
dans les octaèdres. Il peut éventuellement s’agir de la
substitution de Li+
à Fe2+
ou Mg2+
dans ces derniers sites. Ces substitutions cationiques créent
un déficit de charge qui est compensé par la présence de cations (K+
, Na+
, Ca2+
, Mg2+
)
éventuellement hydratés, dans l’espace interfoliaire. Selon l’importance de cette substitution,
il est possible de distinguer différentes familles des phyllosilicates de types 2 :1. Ainsi, une
illite diffère de la muscovite idéale par une substitution plus faible dans les sites tétraédriques,

par une présence plus importante de Mg et H2O, et par une teneur plus faible en cations K+
interfoliaires. En l’absence de substitution cationique, le déficit de charge est nul et il n’y a
pas de cations dans l’espace interfoliaire. Dans les minéraux de type 2 :1, Il existe des argiles
non gonflantes (cas de l’illite) et gonflantes (cas de la montmorillonite).
I.2/ INTERACTION ARGILE-AMIDON
Généralement, l’incorporation de nanocharges ou argiles dans un polymère conduit à
des propriétés mécaniques élevées, une résistance à l’humidité et au feu accrue par rapport au
bioplastiques non renforcés. On peut donc supposer qu’en alliant l’amidon à un nanorenfort
qui est le kaolin, les propriétés apportées par les renforts se combineront dans le matériau et
créeront éventuellement une synergie. Des chercheurs ont testé des composites réalisés avec
différents additifs plus ou moins amphiphiles tandis que d’autres ont étudié l’influence du
taux d’argile sur les différentes propriétés du matériau 31 − 32 . Dans les deux cas, quelque
soit les taux d’argile et l’additif utilisé, le module de traction augmente lorsque de l’argile est
ajoutée dans le système composite. Dans le cas des composites PLA/lin, le module est
multiplié par un facteur compris entre 1,4 et 14 selon l’additif ajouté 31 . Pour les composites
époxy/sisal l’augmentation du module est significative pour 1 et 3% d’argile mais ralentit
pour 5% 32 . D’après des auteurs, l’accroissement du module est dû à une restriction de la
mobilité des macromolécules du fait de l’intercalation/exfoliation de l’argile. Pour des teneurs
de 5%, toute l’argile n’est pas intercalée et donc le module augmente moins rapidement.
La déformation à rupture, quant à elle, diminue lorsqu’on ajoute de l’argile et
particulièrement pour des taux supérieurs à 3%. Cela s’explique par l’agglomération de
l’argile pour les taux les plus élevés. Il y a également une diminution de la déformation à
rupture variable selon l’additif ajouté 31 . L’ajout d’argile conduit à une Tg qui augmente
continuellement avec le taux de nanorenforts. Une même évolution est observée, toutefois de
façon beaucoup plus modérée dans des composites renforcés par de l’argile non intercalée.
Les deux auteurs mettent également en évidence une diminution considérable de la reprise
d’eau des composites en présence d’argile et donc une meilleure résistance à l’humidité. Par
exemple, l’incorporation de 5% d’argile dans les composites époxyde/sisal divise par trois
l’absorption d’eau 32 . De ce fait, les propriétés mécaniques des nanocomposites après
exposition à l’humidité sont bien meilleures que celles des composites renforcés uniquement
aux fibres. Il en est de même pour la résistance à l’usure, elle est augmentée par l’ajout
d’argile et sa diminution après exposition à l’eau reste bien inférieure à celle observée pour le

CHAPITRE II : MATERIAUX ETUDIES ET METHODES EXPERIMENTALES Page 18
CHAPITRE II:
MATERIAUX ETUDIES ET
METHODES
EXPERIMENTALES

II/ MATERIAUX ETUDIES ET METHODES EXPERIMENTALES
Dans ce chapitre, nous présenterons les techniques expérimentales ainsi que les matières
premières.
Le procédé d’élaboration des matériaux bioplastiques est aussi presenté.
II.1/ MATERIAUX ETUDIES
Les matières premières utilisées pendant ce travail sont :
Un amidon de manioc (Côte d’Ivoire) obtenu dans le commerce. Il est de couleur
blanche et a été séché pendant 4 jours au soleil afin de diminuer son taux d’humidité.
Nous avons utilisé une plaque métallique sur laquelle nous avons étalé la poudre
d’amidon en faible épaisseur.
Un kaolin référencé kaolin KF commercialisé par la société Damrec (France).
Les réactifs acides et bases ainsi que les additifs utilisés sont : acide chlorhydrique (HCl
0,1M) fourni par le laboratoire de Sciences physiques fondamentales et Appliquées de
l’Ecole Normale Supérieure d’Abidjan, ainsi que l’hydroxyde de sodium (NaOH 0,1M), le
glycérol (50 % en volume) commercialisé par la Société Ivoirienne de Parfumerie.
II.2/ CARACTÉRISATIONS MINÉRALOGIQUES ET CHIMIQUES DE
L’ARGILE UTILISÉE
2.1/ Techniques expérimentales
Toutes les caractérisations ont été réalisées sur un échantillon de kaolin broyé et
tamisé à 100 µm.
2.1.1/ Analyse granulométrique
La distribution granulométrique de l’argile a été effectuée à l’aide d’un granulomètre
laser Mastersizer 2000 de la marque Malvern. Le principe de cette technique est basé sur
l’interaction entre un ensemble de particules et un rayonnement incident. En effet, lorsqu’une
particule sphérique est éclairée par un faisceau parallèle de lumière cohérente et
monochromatique, il apparaît un motif de diffraction sous forme de franges (ou couronnes)
concentriques alternativement claires et sombres. L’intensité du rayonnement diffracté,
mesurée en un point donné sur un détecteur, est fonction du diamètre de la particule. Dans le
cadre de cette étude, environ 2 g de l’argile sont mis en solution dans 30 mL d’eau distillée

contenant un défloculant. Il s’agit de l’hexamétaphosphate de sodium (HMP) à raison de 1
gramme par litre d’eau osmosée. La suspension obtenue est préalablement soumise pendant 5
minutes aux ultrasons pour désagglomération.
2.1.2/ Analyse chimique
L'analyse chimique qualitative et quantitative a été réalisée par la méthode ICP-AES
(Inductive Coupled Plasma – Atomic Emission Spectrometry, Iris instrument from Thermo Jarrell).
Cette technique consiste à doser sous forme d’oxydes les différents éléments chimiques
constituant le matériau. Elle se distingue des autres méthodes spectroscopiques par la nature
de la source de rayonnement utilisée, qui est ici un plasma d’argon partiellement ionisé à une
température élevée (4500 à 6000K). L’échantillon à doser est transformé en vapeurs
atomiques, et éventuellement ioniques afin d’exciter les éléments qui le constituent. Chaque
atome ou ion excité émet une radiation caractéristique lors de son retour à l’état fondamental.
L’intensité de chacune des longueurs d’onde émise est directement proportionnelle à la
quantité d’atomes de l’espèce impliquée. Un photomultiplicateur, placé dans le champ,
convertit l’intensité lumineuse observée pour chaque longueur d’onde en un courant
électrique d’intensité proportionnelle à la concentration en élément dosé.
Préalablement à la mesure, l’échantillon à analyser est mis en solution par voie chimique
assistée par micro-ondes. La procédure consiste à introduire, dans un tube en téflon, 30 mg de
chaque échantillon à analyser, préalablement séché à 110°C pendant 24 heures, 4 mL d’HF
(28 % en vol) et 1 mL de HNO3 (68% en vol). L’ensemble est introduit dans un dispositif
micro-ondes (CEM, MARS 5) et soumis à un cycle de 45 minutes. La dissolution a été
réalisée au cours d’une montée (en 20 min) en température (Tmax = 180°C) et sous pression
(pression atteinte = 3 MPa), suivie d’un palier de 20 minutes à 180°C. La descente a été faite
jusqu’à la température ambiante. La mise en solution est une étape capitale pour l’obtention
de résultats fiables et reproductibles.
2.1.3/ Diffraction des Rayons X (DRX)
Le diaffractogramme de l’argile a été obtenu à l’aide d’un appareil de type Siemens
D5000 équipé d’une anti cathode en cuivre (λ = 1,54 Å). Cette technique permet de
déterminer la nature et la structure des phases cristallines présentes dans un matériau. Le
volume d’échantillon irradié est constant tandis que la profondeur de pénétration varie avec
l’angle de diffraction, d’où l’intérêt d’avoir des échantillons les plus homogènes possible. Les
mesures ont été réalisées sur des préparations non orientées sous forme de poudre de

granulométrie inférieure ou égale à 100 µm dans la gamme 5°<2θ<60° avec un pas de 0,02 et
un temps de comptage de 10,1 second par pas. L’identification des phases a été réalisée en
comparant les diagrammes de diffraction des rayons X avec la base de données internationales
ICDD (International Center for Diffraction Data).
2.1.4/ Spectroscopie infrarouge
Les spectres Infrarouge ont été réalisés en réflexion diffuse, à l’aide d’un Spectromètre
Infrarouge à Transformée de Fourier (Brucker Equinox IFS 55) ; la résolution spectrale était
de 4,0 cm-1
. L’argile (1mg) est broyé dans un mortier avec du bromure de potassium (180
mg) puis pastillé avant analyse.
2.1.5/ Analyse thermique différentielle et thermogravimétrique
(ATD/ATG)
L’analyse thermique différentielle (ATD) repose sur l’étude de la chaleur dégagée ou
absorbée par la matière pendant les transformations physiques ou chimiques qu’elle subit. Le
principe consiste à enregistrer la différence entre la température de l’échantillon et celle d’un
témoin qui, placé dans le même environnement, subit le même traitement thermique et ne
présente aucune transformation ou réaction dans le domaine de température exploré 36 .
Alors que l’analyse thermogravimétrique consiste à enregistrer les variations de masse au
cours d’un cycle thermique, liées à des réactions chimiques ou à des départs de constituants
volatils adsorbés ou combinés dans un matériau. Les deux analyses sont souvent effectuées
simultanément dans le même appareil. Dans le cadre de notre étude, les mesures (ATD/ATG)
ont été effectuées simultanément entre 30 et 1200°C sous balayage d’air sec avec une montée
en température de 5°C/min à l’aide de l’appareil SETSYS Evolution de la société SETERAM.
L’alumine calcinée à 1500°C a été utilisée comme référence. L’échantillon et la référence
sont placés dans deux creusets identiques en platine.
2.1.6/ Mesure de la surface spécifique
La méthode Brunauer Emmett et Teller (BET) 37 a été utilisé pour déterminer la
surface spécifique de l’argile. Cette méthode nécessite un prétraitement des échantillons
(dégazage et déshydratation entre 150 et 300°C) afin d’enlever tous les gaz préalablement
adsorbés. Dans le cas de notre travail, les échantillons ont été dégazés à 200°C pendant 16
heures à l’aide de l’appareil Micromeritics TriStar II.

2.1.7/ Microscopie électronique à balayage (MEB)
Le microscope électronique à balayage (MEB) type « Cambridge Stereoscan 260
Instruments » a été utilisé pour observer la morphologie des particules de l’argile. Ce MEB
est couplé à un dispositif EDS (Energy Dispersive Spectrometer) qui permet d’effectuer
l’analyse élémentaire qualitative aussi bien globale que ponctuelle. Avant observation, la
poudre d’argile a été dispersée dans l’éthanol, une goutte de la suspension a été déposée sur
un porte échantillon puis séché. L’échantillon a été métallisé à l’aide d’une couche
nanométrique d’or.
II.3/ELABORATION DE BIOPLASTIQUES
3.1/Protocole opératoire
3.1.1/Matériels
Les matériels utilisés pour élaborer les
matériaux bioplastiques sont :
1. Un erlenmeyer de 100 ml
2. Une baguette de verre
3. Une plaque chauffante
4. Boites à pétries
5. Une balance
6. Fioles et pipettes
7. Béchers et éprouvettes
8. Etuve
Figure II.1 : Dispositif de préparation
des échantillons

3.1.2/Protocole d’élaboration des bioplastiques à base d’amidon de manioc
renforcé au kaolin
Le protocole d’élaboration de ces matériaux résumé sur la Figure II.2, se décrit
comme suit : 2,5 g d’amidon, 2 mL de glycérol (50% en volume), 0 ,5 g de kaolin (20% de la
masse d’amidon) traité ou non traité, 3 mL d’acide chlorhydrique (HCl 0,1 M) sont
homogénéisés et chauffés sur une plaque chauffante à 100°C pendant 15 minutes. L’acide
chlorhydrique. L’acide chlorhydrique (HCl ) favorise la déstructuration des grains d'amidon
par un phénomène d'hydrolyse ménagée. Ce qui favorise la séparation amylose/amylopectine
et le passage de l'amylose en solution. Un amidon déstructuré est tout simplement un amidon
qui ne se trouve plus sous sa forme originelle de grain. Les polymères le constituant (amylose
et amylopectine) sont dispersés. Chimiquement, il n'y a aucune différence (les chaînes de
glucose sont juste un peu plus courtes à cause de l'acide) 38 . La suspension obtenue est
ensuite neutralisée par l’ajout de 2 mL de solution d’hydroxyde de sodium (NaOH 0,1 M).
Ceci a pour but de diminuer la viscosité du mélange.
En fin, la suspension visqueuse obtenue est étalée sur un support plastique (boite à
pétrie) puis séchée à l’air libre pendant 72 heures.

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION Page 26
III/ RESULTATS ET DISCUSSION
Dans ce chapitre, les résultats de la caractérisation du kaolin et du kaolin traité à 700°C
pendant 5 heures sont exposés ainsi que les tests sur les propriétés physico-chimiques des
matériaux bioplastiques élaborés. Ces résultats sont accompagnés d’une discussion.
III.1/RESULTATS DE LA CARACTERISATION DES RENFORÇANTS
1.1/Composition chimique
La composition chimique du kaolin KF déterminée par ICP-AES après une mise en
solution par voie chimique assistée par micro-onde est consignée dans le tableau III. 1.
Tableau III.1 : Composition chimique du Kaolin KF
SiO2 Al2O3 Fe2O3 K2O TiO2 Na2O CaO MgO
P.F à
1000°C
Kaolin
KF
51,65 34,7 0,68 0,34 0,12 0,08 0,03 0,08 12,6
L’analyse des résultats montre que le kaolin KF est composé majoritairement de silice et
d’alumine. La teneur en oxyde de fer par rapport à la teneur en oxyde silicium (51,65 %) et
d’aluminium (34,7 %), relativement faible dans le kaolin KF. La présence de ces oxydes est
à l’origine du caractère réfractaire de la kaolinite. La kaolinite ne subit pratiquement pas de
transformation thermique lors de l’élaboration de bioplastique. La température d’élaboration
des bioplastiques (100°C) est largement inférieure à la température de fusion des oxydes de
silicium et d’aluminium.
1.2/Composition minéralogique
La figure III. 1 présente les diagrammes de diffraction des rayons X du kaolin KF (1)
et celui du kaolin KF 705 (KF traité à 700°C pendant 5 heures) (2).

CHAPITRE III : RESULTATS ET DISCUSSION
Figure III.1 : Spectres de diffraction de
Le diagramme du kaolin KF
la kaolinite, de l’illite et du quartz. En revanche, sur le
700°C pendant 5 heures. Les pics
les pics du quartz sont encore présents. La disparition des pics caractéristiques de la kaolinite
est liée à la transformation de cette dernière en métakaolinite au cours du traitement
thermique 39 . En effet, la métakaolinite, produit du traitement thermique
est caractérisée par une absence d’ordre à grande distance dans l’arrangement des éléments
constituants le solide [45].
Des calculs réalisés en prenant en compte les résultats de l’analyse chimique et la
composition chimique idéale des phases décelées par diffraction des rayons, ont permis
d’estimer la composition minéralogiques du kaolin KF
résultats montre que la kaolinite est la phase majoritaire (83%) dans le kaolin KF. L’illite et
le quartz sont présents en quantité beaucoup plus faible.
trace 39 .
de diffraction des rayons X (DRX) du kaolin KF et du mé
Le diagramme du kaolin KF non traité révèle la présence des raies caractéristiques de
la kaolinite, de l’illite et du quartz. En revanche, sur le diaffractogramme du kaolin KF traité à
es pics caractéristiques de la kaolinite ne sont plus observés
encore présents. La disparition des pics caractéristiques de la kaolinite
. En effet, la métakaolinite, produit du traitement thermique
en prenant en compte les résultats de l’analyse chimique et la
d’estimer la composition minéralogiques du kaolin KF (tableau III. 2
e la kaolinite est la phase majoritaire (83%) dans le kaolin KF. L’illite et
le quartz sont présents en quantité beaucoup plus faible. L’anatase est présent sous de
Page 27
X (DRX) du kaolin KF et du métakaolin
révèle la présence des raies caractéristiques de
du kaolin KF traité à
ne sont plus observés. Seuls
encore présents. La disparition des pics caractéristiques de la kaolinite
à 700°C du kaolin,
en prenant en compte les résultats de l’analyse chimique et la
tableau III. 2). L’analyse des
e la kaolinite est la phase majoritaire (83%) dans le kaolin KF. L’illite et
L’anatase est présent sous de

Tableau III. 2 : Composition minéralogique (% massique) du kaolin KF
1.3/Paramètre physique
Les paramètres physiques tels que : la surface spécifique, l’indice de cristallinité
(indice de Hinckley) ainsi que le diamètre D50 (diamètre des particules) du kaolin KF ont été
déterminés et sont consignés dans le tableau III.3.
Tableau III.3 : Paramètres physiques du Kaolin KF
Le kaolin KF a une surface spécifique de 11 m2
/g, cette valeur proche de celle
généralement observée (10 à 30,2) pour les argiles de types kaolinitique. L’indice de Hinckley
est un indicateur de l’état de cristallinité de la kaolinite contenue dans une argile. L’indice de
Hinckley la kaolinite (HI = 1,16) du kaolin KF montre une bonne cristallinité de cette
kaolinite comparé à un kaolin de référence tel que le kaolin KG-2 de Clay mineralogy society
en Georgia (USA) 40 − 41 . Les valeurs trouvées sont en accord avec celles trouvées dans
la littérature (10 à 30,2 m2
/g).
Minéraux Kaolinite Illite Quartz Anatase
Kaolin KF 83 6 10 Trace
Indice de Hinckley
Surface spécifique
(cm2
.g-1
)
D50 (µm)
Kaolin KF 1,16 11 6,3

1.4/ Spectroscopie infrarouge
La figure III.2 présente
kaolin traité à 700°C pendant 5 heures
Figure III.2: Spectres infrarouge
Dans le domaine 3000
bandes à 3696 cm-1
, 3668 cm
hydroxyles. Ces bandes ont fait l'objet de plusieurs études
attribuée aux hydroxyles des bords du feuillet. Celles situées
attribuées aux hydroxyles de surfac
oxygènes de base de la couche tétraédrique adjacente. La bande à 3620 cm
hydroxyles internes. Aucune de ces bandes caractéristiques des groupements hydroxyles n'est
observée sur le spectre du métakaolin
kaolin à 700°C pendant 5 heures est
Dans le domaine 600 –
d'absorption à 1111 cm-1
, 1019 cm
attribuée aux vibrations d’élongation des liaisons Si
caractéristique des vibrations d'élongation des liaisons Si
attribuée aux vibrations de déformation des hydroxyles de la surface alumineuse Al
bandes observées à 797 cm-1
, 754 cm
aux hydroxyles perpendiculairement à la surface (OH translationnel)
De profonds changements sont observés sur l’intensité, la forme et la position des
bandes d’absorption dans le cas du
une profonde modification de
traitement thermique. Le pic relativement intense et aigu à 797 cm
pectroscopie infrarouge
présente les spectres infrarouges obtenus avec le kaolin brut et le
kaolin traité à 700°C pendant 5 heures.
infrarouges du kaolin KF et du kaolin KF traité à 700 °C/5 heures
Dans le domaine 3000 – 4000 cm-1
, le spectre du kaolin brut est caractérisé par les
, 3668 cm-1
, 3653 cm-1
et 3620 cm-1
dues aux vibrations d'élongation des
hydroxyles. Ces bandes ont fait l'objet de plusieurs études 42 . La bande à 3696 cm
es bords du feuillet. Celles situées à 3668 cm-1
attribuées aux hydroxyles de surface de la couche octaédrique en interaction avec les
oxygènes de base de la couche tétraédrique adjacente. La bande à 3620 cm
tre du métakaolin. Cela dénote que le kaolin obtenu après calcination du
pendant 5 heures est déshydroxylé.
– 1800 cm-1
, le spectre du kaolin brut met en évidence les bandes
, 1019 cm-1
, 797 cm-1
, 754 cm-1
et 698 cm-1
. La bande à 1111 cm
attribuée aux vibrations d’élongation des liaisons Si–O apicales alors que celle à 1019 cm
caractéristique des vibrations d'élongation des liaisons Si–O–Si. La bande à 926 cm
attribuée aux vibrations de déformation des hydroxyles de la surface alumineuse Al
, 754 cm-1
et 698 cm-1
sont attribuées aux vibrations Si
aux hydroxyles perpendiculairement à la surface (OH translationnel) 43 .
d’absorption dans le cas du kaolin KF705. Cela traduit en plus de la
une profonde modification de la structure alumino-silicatée de la kaoli
. Le pic relativement intense et aigu à 797 cm-1
observé dans le cas du
Page 29
les spectres infrarouges obtenus avec le kaolin brut et le
du kaolin KF et du kaolin KF traité à 700 °C/5 heures
, le spectre du kaolin brut est caractérisé par les
dues aux vibrations d'élongation des
. La bande à 3696 cm-1
a été
1
et 3653 cm-1
sont
e de la couche octaédrique en interaction avec les
oxygènes de base de la couche tétraédrique adjacente. La bande à 3620 cm-1
est attribuée aux
kaolin obtenu après calcination du
, le spectre du kaolin brut met en évidence les bandes
. La bande à 1111 cm-1
est
O apicales alors que celle à 1019 cm-1
est
Si. La bande à 926 cm-1
est
attribuée aux vibrations de déformation des hydroxyles de la surface alumineuse Al-O-H. Les
sont attribuées aux vibrations Si-O-Al et
. Cela traduit en plus de la deshydroxylation,
silicatée de la kaolinite pendant le
observé dans le cas du

- la formation d'une phase de structure spinelle et/ou nucléation de mullite 46 .
- l'évolution de l'aluminium vers la coordinence VI la plus stable 45 .
- l'extraction de silice amorphe du métakaolin et la nucléation de mullite 40 .
Les travaux de Soro indiquent qu'il pourrait s'agir d'une démixtion en deux
domaines, l'un riche en alumine et l'autre en silice 43 .
1.6/ Mesure de la surface spécifique et de la masse volumique
Les valeurs de surface spécifique obtenues pour chacun des échantillons sont indiquées dans
le tableau III.4.
Tableau III.4 : Mesure de la surface spécifique
Kaolin non traité Kaolin traité à 700° C pdt 5 heures
Surface spécifique (m2
/g) 11,1± 1 11,0± 1
Le kaolin brut présente une surface spécifique de 11 m2
/g. Cette valeur est proche de
celle généralement observée (10 à 30,2 m2
/g) pour les argiles de type kaolinitique 47 . Cette
surface spécifique correspond à la surface externe des plaquettes, la surface interne n’étant
pas accessible aux molécules d’azote.
1.7/ Microstructure du kaolin KF
La figure III.5 présente la microstructure du kaolin KF.
Figure III.5: Microstructure du kaolin KF
Kaolin KF

La microstructure du kaolin non traité, observée par Microscopie Electronique à
Balayage (MEB) montre d’une part une structure presque homogène. A travers cette
structure, nous observons des plaquettes de forme hexagonale que nous pouvons attribuer à
des plaquettes de kaolinite. D’autre part, nous observons des particules de forme sphérique
attribuées à des grains de quartz. La microstructure du Kaolin KF est bien en accord avec la
composition minéralogique. Elle montre aussi que notre échantillon est bien riche en kaolinite
et contient du quartz en faible proportion.
Les plaquettes de métakaolin résultant du traitement thermique du kaolin présentent
une morphologie similaire. Ainsi, les ré
électronique suggèrent que la
de kaolinite, mais conduit à une désorganisation de la structure cristalline du matériau.
III.2/ PROPRIETES
ELABORES
Dans ce chapitre, il est question de mettre en évidence les différentes méthodes de
caractérisations et connaitre les propriétés physico
2.1/ Description des prototypes
La figure III.6 présente les photographies d
Figure III.6 : Photographies des prototypes
Les bioplastique non renforcé
et bioplastique renforcé au kaolin traité à 700°C pendant 5 heures
surface presque homogène et prennen
après le coulage. Cependant,
des plaquettes de forme hexagonale que nous pouvons attribuer à
tion minéralogique. Elle montre aussi que notre échantillon est bien riche en kaolinite
et contient du quartz en faible proportion.
. Ainsi, les résultats de DRX et les observations par microscopie
électronique suggèrent que la deshydroxylation n’influence pas la morphologie des plaquettes
RIETES PHYSICO-CHIMIQUES DES BIOPLASTIQUES
caractérisations et connaitre les propriétés physico-chimique des matériaux élaborés.
escription des prototypes de matériaux bioplastiques
présente les photographies des prototypes de matériaux bioplastiques
hotographies des prototypes élaborés
bioplastique non renforcé (BP), bioplastique renforcé au kaolin non traité
bioplastique renforcé au kaolin traité à 700°C pendant 5 heures BPKFt présentent
et prennent la forme du moule. Ils se vitrifient quelque
les matériaux renforcés ont une épaisseur
Page 33
des plaquettes de forme hexagonale que nous pouvons attribuer à
tion minéralogique. Elle montre aussi que notre échantillon est bien riche en kaolinite
sultats de DRX et les observations par microscopie
n’influence pas la morphologie des plaquettes
BIOPLASTIQUES
chimique des matériaux élaborés.
iaux bioplastiques
de matériaux bioplastiques élaborés.
bioplastique renforcé au kaolin non traité (BPKFnt)
BPKFt présentent une
. Ils se vitrifient quelques minutes
ur plus petite que le

prototype non renforcé après le séchage
du réseau cristallin de l’amidon.
masse du BP est 4 ,5 g, celui du BPKFnt est 5,3g, alors que le BPKFt pèse 5,
L’augmentation de la masse est du
2.2/Propriété des matériaux bioplastiques élaborés
2.2.1/ R
La figure III.7 présente les photographies de
pendant cinq (05) heures. La température
Avant 90°C Après 90°C
Figure III.7: Aspect des bioplastiques
Nous avons observé une st
Cependant, pour une température comprise entre
(BP) se dégrade (2). Lorsque la température est stabilisée à 120°C pendant 2 heures
dégrade totalement. Alors que les matériaux renforcés
pratiquement stables (3). Nous avons
stabilisé pendant deux 2 heures. Nous
dégradables à partir 150°C (4)
Le kaolin ou le métakaolin améliorent sensiblement les propriétés thermiques des
bioplastiques (150°C).
2.2.2/ H
Les bioplastiques non renforcé
renforcés au kaolin traité à 700°C pendant 5 heures (
distillée pendant deux semaine
lors du test d’hydrophilie.
après le séchage. L’incorporation de l’argile induit une modification
du réseau cristallin de l’amidon. Après démoulage, nous avons pesé les bioplastiques
,5 g, celui du BPKFnt est 5,3g, alors que le BPKFt pèse 5,
L’augmentation de la masse est due à l’ajout du kaolin dans les deux dernier
2.2/Propriété des matériaux bioplastiques élaborés
2.2.1/ Résistance thermique des prototypes élaborés
présente les photographies des prototypes qui ont été déposés
La température de l’étuve est montée par saut de 30°C/heure.
°C Traités à 120°C
es bioplastiques lors du traitement thermique
Nous avons observé une stabilité de tous les matériaux bioplastiques
Cependant, pour une température comprise entre 90°C et 120°C, le bioplastique non renforcé
Lorsque la température est stabilisée à 120°C pendant 2 heures
Alors que les matériaux renforcés (BPKFnt et BPKFt)
. Nous avons ensuite augmenté la température jusqu’à 150°C puis
2 heures. Nous avons constaté que les bioplastiques
).
takaolin améliorent sensiblement les propriétés thermiques des
Hydrophilie des bioplastiques
non renforcés (BP), renforcés au du kaolin non traité (
à 700°C pendant 5 heures (BPKFt) ont été immergé
semaines. La figure III.8 présente les photographies des bioplastiques
Page 34
l’argile induit une modification
esé les bioplastiques. La
,5 g, celui du BPKFnt est 5,3g, alors que le BPKFt pèse 5,1g.
à l’ajout du kaolin dans les deux derniers cas.
élaborés
déposés dans une étuve
est montée par saut de 30°C/heure.
Traités à 150°C
abilité de tous les matériaux bioplastiques jusqu’à 90°C (1).
le bioplastique non renforcé
Lorsque la température est stabilisée à 120°C pendant 2 heures, le BP se
(BPKFnt et BPKFt) restent
ture jusqu’à 150°C puis
que les bioplastiques sont tous
takaolin améliorent sensiblement les propriétés thermiques des
du kaolin non traité (BPKFnt) et
ont été immergés dans de l’eau
s photographies des bioplastiques

Figure III.8: L’hydrophilie
Le matériau bioplastique non renforcé
constat est que les prototypes
après). En outre, après deux jours,
restent intactes. Le BPKFnt une semaine après
Le BPKFt reste stable pendant deux semain
BPKFt certainement par l’absence
métakaolin réduit considérablement le caractère hydrophile des
2.2.2/ Biodégradabilité des prototypes
Prototypes mis en terre
Les prototypes BP, BPKF
semaines. Ils ont été photographiés
mise sous terre. La Figure III.9
Figure III.9: La biodégradabilité
Les bioplastiques sont intactes au début du test
BPKFt se fissurent deux jours après
BPKFt est très avancée par rapport au
’hydrophilie des prototypes elaborés
tériau bioplastique non renforcé (BP) présente une forte affinité avec l’eau.
onstat est que les prototypes BPKFnt et BPKFt ne gonflent pas alors le BP gonfle
deux jours, le prototype BP se désintègre totalement
une semaine après se dissocie contrairement au BPKF
Le BPKFt reste stable pendant deux semaines. Nous pouvons expliquer la
absence de groupements hydroxyles dans le kaolin KF 705.
métakaolin réduit considérablement le caractère hydrophile des bioplastiques.
odégradabilité des prototypes
mis en terre
BP, BPKFnt et BPKFt ont été mis en terre et suivi
photographiés chaque deux jours et cela pendant deux
Figure III.9 montre les différents aspects des bioplastiques.
biodégradabilité des prototypes élaborés dans le sol
Les bioplastiques sont intactes au début du test (1). Les prototypes BP, BPKFnt et
deux jours après (2). Après une semaine, la décomposition des BPKFnt et
par rapport au BP (3).
Page 35
une forte affinité avec l’eau. Le
BPKFnt et BPKFt ne gonflent pas alors le BP gonfle (un jour
totalement et les deux autres
nt au BPKFt.
es. Nous pouvons expliquer la stabilité du
hydroxyles dans le kaolin KF 705. Le
bioplastiques.
re et suivis pendant deux
nt deux semaines après la
rents aspects des bioplastiques.
prototypes BP, BPKFnt et
écomposition des BPKFnt et

Nous avons constaté
semaines. Il ne reste qu’une faible proportion du BP
traité n’empêche pas la biodégradation des
kaolin permet de renforcer et dans le même temps améliore les propriétés de biodégrada
ce qui nous réconforte dans le choix de ce matériau comme renforçant
Le test suivant a pour but de vérifier si les matériaux sont biodégradables sans être mis
en terre. Pour cela, les prototypes
photographiés chaque semaine et
différentes étapes de dégradation des bioplastiques.
Figure III.10: La biodégradabilité
Les BP, BPKFnt et BPKFt
bioplastique renforcé au kaolin traité (BPKFt) et le
(BPKFnt) présentent des fissures
rigides(2). Au bout de trois semaines,
BPKFnt alors que le BP se replie sur lui
changent de couleur (deviennent noir) puis
BPKFnt et le BPKFt disparaissent quas
la surface du sol. La fragmentation est rapide
métakaolin.
Toutefois, il faut noter que les conditions cl
biodégradation des matériaux bioplastiques.
2015 qui sont des mois pendant le
que les BPKFt et BPKFnt disparaissent
qu’une faible proportion du BP (4). L’utilisation de l’argile non traité
empêche pas la biodégradation des bioplastiques mieux, il accélère le processus. Le
kaolin permet de renforcer et dans le même temps améliore les propriétés de biodégrada
ce qui nous réconforte dans le choix de ce matériau comme renforçant.
prototypes BP, BPKFnt et BPKFt ont été déposés à la
photographiés chaque semaine et cela pendant deux mois. La figure III.10
différentes étapes de dégradation des bioplastiques.
biodégradabilité des prototypes élaborés à la surface du sol
es BP, BPKFnt et BPKFt sont toutes intactes au début de l’expérience
renforcé au kaolin traité (BPKFt) et le bioplastique renforcé
des fissures une semaine après. Les bioplastiques deviennent très
. Au bout de trois semaines, nous avons constaté une fragmentation des BPKFt et
replie sur lui-même (3). Après deux mois
(deviennent noir) puis disparaissent presque totalement
nt et le BPKFt disparaissent quasiment au bout de deux mois lorsqu’ils sont déposés à
a fragmentation est rapide pour les bioplastiques renforcés
Toutefois, il faut noter que les conditions climatiques, influences la vitesse de
biodégradation des matériaux bioplastiques. Nous avons mené cette étude en
pendant lesquels il fait très chaud. Nous avons constaté que la
Page 36
au bout des deux
de l’argile non traité ou
bioplastiques mieux, il accélère le processus. Le
kaolin permet de renforcer et dans le même temps améliore les propriétés de biodégradation
té déposés à la surface du sol et
figure III.10 présente les
à la surface du sol
au début de l’expérience (1). Le
au kaolin non traité
Les bioplastiques deviennent très
e fragmentation des BPKFt et
Après deux mois, les bioplastiques
presque totalement (4). Le BP, le
lorsqu’ils sont déposés à
renforcés au kaolin et au
influences la vitesse de
Nous avons mené cette étude en Février et Mars
Nous avons constaté que la

dégradation est plus lente (deux mois) que lorsque les bioplastiques sont mis en terre (trois
semaines) mais plus rapide à l’échelle des plastiques ordinaires (plusieurs siècles).
Les matériaux renforcés au kaolin et au métakaolin sont biodégradables dans le sol
comme à la surface du sol.

ELABORATION DES MATERIAUX BIOPLASTIQUES A BASE D’AMIDON DE MANIOC RENFORCES AU KAOLIN
CONCLUSION GENERALE Page 38
CONCLUSION GENERALE

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