Influence du traitement alcalin sur les propriétés physicochimiques et thermiques des fibres de feuilles d’ananas (Ananas comosus L. Merr.) produites au Sud-Bénin pour des applications dans les matériaux composites durables

Abstract

Les feuilles d’ananas constituent un sous-produit agricole abondant au Bénin et sont généralement abandonnées dans les champs après la récolte des fruits. La valorisation de ces déchets lignocellulosiques représente une opportunité pour le développement de matériaux durables. Cette étude vise à évaluer l’influence d’un traitement alcalin sur les propriétés physico-chimiques et thermiques des fibres extraites des feuilles d’ananas (Ananas comosus L. Merr.) cultivées dans la région de l’Atlantique au Sud-Bénin. Les fibres ont été extraites manuellement à partir de feuilles fraîches puis soumises à un traitement à l’hydroxyde de sodium (NaOH) à 10 % pendant deux heures. Leur caractérisation a été réalisée par diffraction des rayons X (DRX), spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (FTIR), spectroscopie à dispersion d’énergie des rayons X(EDX) et analyse thermogravimétrique couplée à la calorimétrie différentielle à balayage (ATG/DSC). Les résultats obtenus montrent que le traitement alcalin augmente significativement l’indice de cristallinité des fibres, passant de 59,71 % pour les fibres brutes à 79,63 % pour les fibres traitées. Les analyses FTIR révèlent une réduction des bandes caractéristiques de l’hémicellulose et de la lignine, traduisant l’élimination partielle des constituants amorphes. L’analyse EDX met en évidence une modification importante de la composition élémentaire avec la disparition du potassium et du chlore ainsi qu’un enrichissement en calcium, magnésium et phosphore après traitement. Les analyses thermiques montrent une amélioration de la stabilité thermique des fibres traitées ainsi qu’une diminution des résidus de dégradation liée à une plus grande pureté cellulosique. Ces résultats démontrent que le traitement alcalin améliore considérablement les caractéristiques des fibres de feuilles d’ananas en augmentant leur cristallinité, leur pureté et leur stabilité thermique. Les fibres de feuilles d’ananas présentent par conséquent, un fort potentiel pour le renforcement, des matériaux de construction durables et les applications textiles à haute valeur ajoutée.

Pineapple leaves constitute an abundant agricultural by-product in Benin and are generally left in the fields after fruit harvesting. The valorization of this lignocellulosic waste represents a promising opportunity for the development of sustainable materials. This study aimed to evaluate the influence of an alkaline treatment on the physicochemical and thermal properties of fibers extracted from pineapple leaves (Ananas comosus L. Merr.) cultivated in the Atlantic region of southern Benin. The fibers were manually extracted from fresh leaves and subsequently treated with a 10% sodium hydroxide (NaOH) solution for two hours. Characterization was carried out using X-ray diffraction (XRD), Fourier Transform Infrared Spectroscopy (FTIR), Energy-Dispersive X-ray Spectroscopy (EDX), and Thermogravimetric Analysis coupled with Differential Scanning Calorimetry (TGA/DSC). The results showed that the alkaline treatment significantly increased the crystallinity index of the fibers, from 59.71% for untreated fibers to 79.63% for treated fibers. FTIR analyses revealed a reduction in the characteristic bands of hemicellulose and lignin, indicating the partial removal of amorphous constituents. EDX analysis highlighted significant changes in the elemental composition, including the disappearance of potassium and chlorine and an enrichment in calcium, magnesium, and phosphorus after treatment. Thermal analyses demonstrated improved thermal stability of the treated fibers, along with a reduction in degradation residues due to increased cellulose purity. These findings demonstrate that alkaline treatment considerably enhances the properties of pineapple leaf fibers by increasing their crystallinity, purity, and thermal stability. The resulting fibers exhibit strong potential as reinforcement materials for bio-based composites, sustainable construction materials, and high-value textile applications.