Cette thèse s'inscrit dans le contexte de l'exploitation des matériaux bio-sourcés dans des applications à haute valeur ajoutée et vise à valoriser un produit de transformation d'une plante herbacée appelée Alfa ou « Stipa tenacissima », très abondante en Tunisie. L'idée principale de ce travail est d'étudier et d'exploiter les pâtes d'Alfa produites à l'échelle industrielle, dans l'objectif de rechercher de nouvelles voies de valorisation. L'application potentielle envisagée concerne l'utilisation des fibres d'Alfa comme éléments de renfort dans des bio-composites à base de matrices polymères. Après une synthèse bibliographique, la première partie de ce travail a été consacrée à l'étude des tiges et des pâtes d'Alfa (caractérisations chimiques, analyses morphologiques, mesure des charges électriques, cinétiques de raffinage des pâtes, etc.). En outre, l'effet du raffinage sur les propriétés physiques des papiers produits à partir des fibres d'Alfa a été étudié. Dans un second temps, nous nous sommes intéressés à la valorisation des fibres d'Alfa, transformées en papier, comme renfort dans des composites à matrices polymères biodégradables. Nous avons choisi une technique d'imprégnation des papiers préparés dans des solutions de polymères biodégradables pour l'élaboration de ces composites et nous avons étudié deux polymères : la polycaprolactone (PCL) et l'acide L-polylactique (PLLA). Les propriétés structurales, morphologiques, thermiques et mécaniques de ces nouveaux composites ont été analysées et discutées. Par ailleurs, nous avons proposé une méthode originale de modification de surface des fibres d'Alfa selon un protocole simple à trois séquences, combinant un traitement par micro-ondes et un traitement chimique des papiers préparés. Enfin, l'effet de cette modification de surface du renfort sur les propriétés des composites a été évalué et analysé. / This thesis aims at valorizing herbaceous plant called Alfa or "Stipa tenacissima" in added value application. This raw material is very abundant in Tunisia. Thus, the main idea of this work is to use Alfa fibers as reinforcing elements in polymer matrices-based bio-composites The literature review revealed that this plant has not been extensively studied, which motivated undertaking a comprehensive study of these fibers. Thus, a systematic and deep study of the chemical composition, the morphological properties, the electrical charges, the kinetics of pulp refining as well as the physical properties of the paper produced from these fibers was performed and gave several rational insights on Alfa fibers in the context of papermaking. The second part was devoted to the use of Alfa fibers, as reinforcing fiber mat in composite materials based on biodegradable polymer matrices. In this context, we have chosen an impregnation technique of the prepared paper films in solutions of two biodegradable polymers: polycaprolactone (PCL) and poly-L-lactide (PLLA). The structural, morphological, thermal and mechanical properties of these new composites were analyzed and discussed. In addition, we have proposed an original microwave-assisted grafting of surface chemical modification of Alfa fibers. In this context, stearic acid was used as a coupling agent. Finally, the effect of the surface modification of the reinforcement on composites properties was assessed and analyzed.

Cette étude constitue une contribution à la recherche de nouveau matériau composite originaire des ressources naturelles végétales. Elle vise alors à l’exploitation des fibres naturelles extraites de la plante d’Alfa avec une matrice biopolymère thermoplastique de type Mater-Bi® afin d’élaborer des biocomposites. Trois types de fibres courtes extraites de la plante d’Alfa sont préparés ; non traitées et traitées par un traitement alcalin à 1 et 5%. Les diverses techniques utilisées pour la caractérisation des fibres ont révélé une augmentation de la rugosité, du taux de cellulose, de l’indice de cristallinité ainsi de la stabilité thermique après le traitement alcalin. Les matériaux composites sont préparés par extrusion bivis suivi d’une opération d’injection en faisant varier le pourcentage des fibres de 0 à 25%. Les analyses thermiques des biocomposites ont montré un accroissement significatif de la vitesse de cristallisation suite à l'incorporation des fibres d’Alfa ainsi une amélioration de la stabilité thermique pour les matériaux à base de fibres traitées. La résistance à la traction et le module de Young des biocomposites ont augmenté alors que la ténacité et l’allongement à la rupture ont diminué avec l'augmentation du taux de fibres. Les micrographies MEB des surfaces fracturées indiquent une bonne adhésion entre la matrice et les fibres d’Alfa traitées ou non. L’étude de la cinétique de cristallisation des différents biocomposites a prouvé le fort effet nucléant des fibres d’Alfa traitées ou non / This study is a contribution to the search for new composite material from vegetable natural resources. It aims at the exploitation of natural fibers extracted from the Alfa plant with a bioplastic of the Mater-Bi® type in order to develop biocomposites. Three kinds of short fibers extracted from Alfa plant were prepared; untreated, 1% and 5% alkali treated. The various techniques used for fibers characterization showed an increase in the roughness, cellulose level, crystallinity index and thermal stability after the alkali treatment. The composite materials were prepared by twin screw extrusion flowed by an injection operation by varying the fiber contents of 0 to 25%. Thermal analysis showed significant increase of the crystallization rate with the incorporation of Alfa fibers and enhancement of thermal stability by alkali treatment. Modulus and tensile strength of biocomposites also improved whereas toughness and elongation at break decreased upon increasing the fibers fraction. Scanning electron microscopy (SEM) on fractured surfaces indicated good adhesion between the matrix and the treated or untreated Alfa fibers. The study of crystallization kinetics of biocomposites showed strong nucleating effect of treated or untreated Alfa fibers.