Développement et caractérisation de polymères recyclés destinés à la fabrication de structures portantes appliquées à des serres agricoles

Ohmer, Lucas (2024). Développement et caractérisation de polymères recyclés destinés à la fabrication de structures portantes appliquées à des serres agricoles. Mémoire de maîtrise électronique, Montréal, École de technologie supérieure.

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Résumé

Les polymères sont présents dans le monde agricole, sous forme de contenants, réservoirs ou de bâches et fréquemment à base de PE. Cependant, la revalorisation de ces déchets pour de nouvelles applications n’est pas encore approfondie. Cela s’explique par différents facteurs comme l’expertise de recyclage, les coûts… mais surtout par le manque de fiabilité et de connaissance envers les propriétés mécaniques de polymères recyclés. Dans cette partie du projet, l’étude porte alors sur la caractérisation des matériaux polymères et l’étude de leur capacité à remplacer des matériaux tels que l’acier galvanisé, utilisé jusqu’à présent dans l’élaboration des structures de serres agricoles. C’est après avoir développé des connaissances sur les polymères, l’impact du recyclage sur les propriétés et anticipé les défauts survenant lors de la fabrication, que les axes de recherche sont établis.

Le premier axe vise à établir le cadre. Huit polymères sont collectés grâce aux entreprises de recyclages Agri-Récup et Ced-Lo afin d’approfondir le potentiel de ces matériaux à répondre aux contraintes de ce type d’application. Une fois les matériaux identifiés, des critères d’acceptations visuels, logistiques, chimiques et mécaniques sont établis. À la suite de ces tests, le PEBD, PEBD-L, PEBD-m et PEMD composent alors les matériaux bruts recyclés, identifiés A, B, C et D tout au long de l’étude. De plus, à l’aide d’un polymère renforcé de PP-FV30%, produit par CEAD pour des utilisations sur leur machine de fabrication additive grand format disponible à l’ÉTS, des matériaux renforcés sont formulés à 50% de PE et 50% du renfort PPFV30%. Une fois toutes les formulations effectuées, l’objectif du second axe est de connaître l’ensemble des propriétés thermiques, chimiques, physiques et mécaniques des matériaux. Les polymères bruts seront sujets à cinq essais : DSC, IRTF, ATG, rhéologie par rhéomètre capillaire et densité par la méthode d’Archimède. Quant aux polymères renforcés, ils subissent quant à eux les tests de densité par pycnomètre, de conductivité ainsi que d’effusivité thermique, de rhéologie par rhéomètre capillaire, d’impact IZOD, de traction et de flexion. Enfin, un suivi de l’impact du vieillissement accéléré des matériaux sur les propriétés mécaniques, notamment en traction, et chimiques, par IRTF, après 56 jours en condition, reproduite en laboratoire, est mis en place.

L’ensemble de ces résultats permettent de voir les caractéristiques de ces 4 matériaux renforcés par rapport aux exigences des structures de serre et dresse un premier avis sur leur utilisation : malgré leurs capacités mécaniques, jusqu’à 10 fois moins performante que l’acier galvanisé, leur utilisation reste possible, mais limitée.

Titre traduit

Development and characterization of recycled polymers for the manufacture of loadbearing structures applied to agricultural greenhouses

Résumé traduit

Polymers are widely used in the agricultural sector, in the form of containers, tanks or tarpaulins, and are frequently PE-based. However, the recycling of these wastes for new applications has not yet been fully explored. This is due to various factors, such as recycling expertise, costs, etc., but above all to the lack of reliability and knowledge of the mechanical properties of recycled polymers. In this part of the project, the focus is on characterizing polymeric materials and investigating their suitability for replacing materials such as galvanized steel, used until now in the construction of agricultural greenhouse structures. Once we have developed our knowledge of polymers, the impact of recycling on their properties and anticipated the defects that can occur during manufacture, we have set out our research priorities.

The first axis aims to establish the framework. Eight polymers are collected through the Agri- Récup and Ced-Lo recycling companies, to investigate the potential of these materials to meet the constraints of this type of application. Once the materials had been identified, visual, logistical, chemical, and mechanical acceptance criteria were established. Following these tests, LDPE, LLDPE, mLDPE and MDPE then made up the recycled raw materials, identified as A, B, C and D throughout the study. In addition, using a PP-FV30% reinforced polymer, produced by CEAD for use on their large-format additive manufacturing machine available at ÉTS, reinforced materials are formulated with 50% PE and 50% of PP-GF-30%. Once all the formulations have been carried out, the aim of the second axis is to determine all the thermal, chemical, physical, and mechanical properties of the materials. Raw polymers will be subjected to five tests: DSC, FTIR, TGA, rheology by capillary rheometer and density by Archimedes’s method. Reinforced polymers undergo pycnometer density, conductivity and thermal effusivity tests, capillary rheology, IZOD impact, tensile and flexural tests. Finally, the impact of accelerated material ageing on mechanical properties, particularly in traction, and chemical properties, by FTIR, after 56 days in conditions reproduced in the laboratory, is being monitored.

All these results show the characteristics of these 4 reinforced materials in relation to the requirements of greenhouse structures and give an initial opinion on their use: despite their mechanical capacities, which are up to 10 times less effective than galvanized steel, their use remains possible but limited.

Type de document:	Mémoire ou thèse (Mémoire de maîtrise électronique)
Renseignements supplémentaires:	"Mémoire présenté à l’École de technologie supérieure comme exigence partielle à l’obtention de la maîtrise avec mémoire en génie de la construction". Comprend des références bibliographiques (pages 162-143).
Mots-clés libres:	polymères recyclés, déchets agricoles, caractérisation, propriétés matériaux, vieillissement accéléré, traction, performance, structure
Directeur de mémoire/thèse:	Directeur de mémoire/thèse Ouellet-Plamondon, Claudiane
Codirecteur:	Codirecteur Joncas, Simon
Programme:	Maîtrise en ingénierie > Génie de la construction
Date de dépôt:	06 janv. 2025 16:43
Dernière modification:	06 janv. 2025 16:43
URI:	https://espace.etsmtl.ca/id/eprint/3530

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