# Design and mechanical characterization of composite materials: the case of cocoa pods and polylactic acid

Audrey M Tchamen Ngoule, Cédric Delattre, Loic Chrislin Nguedjio, A.

Duveau, Blaise Mtopi Fotso, Rostand Moutou Pitti, Nicolas Sauvat

► To cite this version:

Audrey M Tchamen Ngoule, Cédric Delattre, Loic Chrislin Nguedjio, A. Duveau, Blaise Mtopi Fotso, et al.. Design and mechanical characterization of composite materials: the case of cocoa pods and polylactic acid. GDRBOIS-2025: 14èmes journées du GDR sciences du bois, Oct 2025, Mont Marsan, France. hal-05345409

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Submitted on 4 Nov 2025

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<figure><img src="image_1.png" /></figure>

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# Conception et caractérisation mécanique de matériaux composites : cas des cabosses de cacao et d'acide polylactique

TCHAMEN NGOULE M. Audrey <fnref n="1" />,<fnref n="2" />, DELATTRE C. <fnref n="2" />, NGUEDJIO LC. <fnref n="1" />,<fnref n="2" />, DUVEAU A. <fnref n="4" />, MTOPI FOTSO B. <fnref n="1" />, SAUVAT N. <fnref n="2" />, MOUTOU PITTI R. <fnref n="2" />,<fnref n="3" />

## Contexte et Objectifs

Le cacao est l'une des cultures tropicales les plus importantes au monde, notamment dans les systèmes agropastoraux d'Afrique. Pour chaque tonne de fèves de cacao sèches, environ 10 tonnes de cabosses humides sont générées, ce qui contribue à la pollution environnementale.

<figure><img src="image_2.png" /><figcaption>Theobroma cacao</figcaption></figure>

<figure><img src="image_3.png" /><figcaption>Déchets de cacao</figcaption></figure>

Le plastique représente 10 % des déchets ménagers, et la majeure partie est jetée dans des décharges. Une mauvaise gestion des décharges entraîne donc la fuite de déchets plastiques contenant des produits chimiques ce qui est néfaste pour la santé.

<figure><img src="image_4.png" /><figcaption>Acide polylactique</figcaption></figure>

L'objectif est donc d'analyser le potentiel de valorisation des déchets de cabosses de cacao et de PLA en tant que matériaux de construction durables, et évaluer leur viabilité technique, environnementale et économique dans le secteur du bâtiment.

## Méthode Expérimentale

Formulations de composites en variant les proportions massiques de poudre de coque de cacao et de PLA.

<figure><img src="image_5.png" /><figcaption>Matériaux PCC+PLA 4043D</figcaption></figure>

<figure><img src="image_6.png" /><figcaption>Extrudeuse</figcaption></figure>

<figure><img src="image_7.png" /><figcaption>Extrudats</figcaption></figure>

Les essais de flexion ont permis de déterminer le module de flexion ainsi que la résistance à la flexion.

<figure><img src="image_8.png" /><figcaption>Eprouvettes de flexion</figcaption></figure>

<figure><img src="image_9.png" /><figcaption>Machine de flexion (Presse
Zwick Roell Z020)</figcaption></figure>

Contrainte :

$$ \sigma = \frac{3FL}{2bh^2} $$

Module d'élasticité :

$$ E = \frac{L^3}{2bh^2} \left( \frac{\Delta F}{\Delta S} \right) $$

## Méthode expérimentale

La fabrication des films avec les extrudats de 0,5g et 1g a été réalisée par compression thermique à l'aide d'une presse marque Fontijne ICCF0647.

<figure><img src="image_10.png" /><figcaption>Film PLA+PCC</figcaption></figure>

<figure><img src="image_11.png" /><figcaption>Film PLA pur</figcaption></figure>

<figure><img src="image_12.png" /><figcaption>Essai de traction du film</figcaption></figure>

## Résultats et Discussion

<figure><img src="image_13.png" /><figcaption>Contrainte en flexion</figcaption></figure>

<caption>Module en flexion</caption>

L'ensemble des résultats démontre clairement que l'incorporation de la poudre de coque de cacao modifie les propriétés mécaniques du PLA. L'ajout de PCC entraîne un compromis entre une rigidité accrue et une diminution de la résistance mécanique.

<table><thead><tr><td></td><td>Force (N)</td><td>Contrainte(MPa)</td><td>Déformation(%)</td></tr></thead><tbody><tr><td>PLA pur 4043D</td><td>22,99</td><td>66,98</td><td>5,88</td></tr><tr><td>PLA 4043D+PCC</td><td>2,50</td><td>2,74</td><td>3,00</td></tr></tbody></table>

Les résultats des essais de traction de film montrent que l'incorporation de PCC diminue considérablement la résistance du film.

## Conclusion et Perspectives

La faisabilité technique de la fabrication de composite et de films a été démontrée, ouvrant ainsi des perspectives concrètes pour leur intégration dans des applications industrielles à vocation écologique. Les perspectives aborderont l'optimisation du procédé de fabrication afin de réduire les défauts et d'améliorer l'homogénéité du composite.

## Remerciements

Les auteurs remercient l'UR-ISIE de l'Université de Dschang pour leur accompagnement durant les essais. Les auteurs remercient également Polytech Clermont et l'Institut Pascal pour le soutien et l'accompagnement à ce travail.

## Bibliographie

Agustinet al. (2014) Bioplastic based on starch and cellulose nanocrystals from rice straw. J

Bălțatu et al. (2025) Biocomposites: Materials, Properties, and Applications

<footnote n="1">¹Université de Dschang, Unité de recherche d'ingénierie des systèmes industrielle et de l'environnement (UR-ISIE) ; Département de Physiques, Faculté des Sciences, BP 67, Dschang, Cameroun</footnote>

<footnote n="2">²Université Clermont Auvergne, Clermont Auvergne INP, CNRS, Institut Pascal, F-63000, Clermont-Ferrand, France</footnote>

<footnote n="3">³CENAREST, IRT, BP 14070, Libreville, Gabon</footnote>

<footnote n="4">⁴ Université de Lorraine, ENSTIB, 88000, Epinal, France</footnote>