Résines biosourcées innovantes et multifonctionnelles pour la durabilité du bois et de ses composites.

Innovative and multifunctional bio-based resins for the durability of wood and wood-based composites.

• Auteur / Autrice : Elsa Duret
• Direction : Fatima Charrier - el bouhtoury, Eduardo Robles
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Chimie
• Date : Soutenance le 30/11/2023
• Etablissement(s) : Pau
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale sciences exactes et leurs applications (Pau, Pyrénées Atlantiques ; 1995-)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Institut des sciences analytiques et de physico-chimie pour l'environnement et les matériaux (Pau)
• Jury : Président / Présidente : Jalel Labidi
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Fatima Charrier - el bouhtoury, Eduardo Robles, Anna Sandak, Maria González alriols, Marie-France Thévenon
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Anna Sandak, Maria González alriols

Mots clés

Mots clés contrôlés

Lignine

Argile

Mots clés libres

Nanoargiles

Bois

Lignine

Revêtements biosourcés

Nanoclay

Wood

Lignin

Biobased coatings

Résumé

Le bois est un matériau de construction largement employé en raison de son caractère renouvelable, mais également de ses qualités mécaniques et structurelles. Cependant, il est vulnérable aux effets néfastes de divers facteurs environnementaux. Ainsi, l'exposition à l'eau, aux rayons UV, aux variations de température tout comme l'action des micro-organismes peuvent altérer ses qualités. Actuellement, les systèmes de protection existants sont efficaces, mais posent souvent des problèmes environnementaux, car la plupart d'entre eux sont élaborés à partir de matières issues de l'industrie pétrochimique. Aujourd'hui, la lutte contre le changement climatique et le respect de l'environnement sont des facteurs de plus en plus pris en compte. De nouvelles réglementations voient le jour encourageant le développement de produits de préservation du bois écoresponsables afin de remplacer les méthodes et produits actuels. Dans ce contexte, un produit de préservation qui serait non seulement biosourcé mais également polyfonctionnel serait un atout car, en plus de répondre aux exigences environnementales, il permettrait de limiter le nombre de produits et de traitements. Dans le cadre de cette étude, une résine biosourcée a été développée en utilisant de la lignine, un sous-produit industriel issus de l'extraction de tanins, ainsi qu'un additif inorganique. Les produits employés étant locaux et biosourcés, ce travail s'inscrit dans un modèle d'économie circulaire dans le Sud-Ouest de la France. Le résidu industriel se compose principalement de subérine, permettant d'apporter un caractère hydrophobe à la résine. La lignine utilisée a été précipitée à partir de la liqueur noire puis a été silanisée. Ce type de modification chimique a permis une amélioration de la résistance thermique et une hydrophobicité de la lignine grâce à l'incorporation de groupes silanes et amines. Enfin, l'additif inorganique employé est un minéral argileux qui a permis de conférer à la résine une meilleure résistance thermique.Les résines synthétisées, en faisant varier différents paramètres de réaction, ont été appliquées par immersion des échantillons de bois dans les solutions de résines. Les performances de ces échantillons ont par la suite été évaluées. Les résultats obtenus ont montré une importante hydrophobicité de la résine ainsi qu'une résistance au feu non négligeable. Cependant, une grande sensibilité de cette résine aux rayonnements UV a été observée. La résine développée dans ce travail en vue de protéger le bois nécessite des recherches plus approfondies afin d'obtenir une résine optimisée. Cependant, ce travail permet de fournir des bases solides quant au développement de cette résine multifonctionnelle.

Wood is a widely used building material, not only because of its renewable nature, but also because of its mechanical and structural qualities. However, it is vulnerable to the negative effects of various environmental factors, including exposure to water, UV radiation, temperature fluctuations, and the action of micro-organisms. Currently, protective systems are effective, but they often pose environmental problems, as most of them are produced from materials derived from the petrochemical industry. Today, the struggle against climate change and environmental concerns are increasingly considered. New regulations encourage the development of eco-responsible wood preservatives to replace current products and methods. In this context, a preservation product that would not only be biosourced but also polyfunctional would be an asset because, in addition to meeting environmental requirements, limiting the number of products and treatments is possible.This study developed a biosourced resin using lignin, an industrial by-product from tannin extraction, and an inorganic additive. As the raw materials used are local and biosourced, this work fits into a circular economy model in the southwest of France. The industrial residue is mainly composed of suberin, which provides a hydrophobic character. The lignin was precipitated from black liquor using oxalic acid and chemically modified by silanization. This type of modification improved the thermal resistance and hydrophobicity of the lignin by incorporating silane and amine groups into its structure. Finally, the inorganic additive used is a clay mineral, which improved the thermal resistance of the resin.The synthesized resins, with different reaction parameters, were applied by immersing the wood samples in the resin solutions. The performances of these samples were then evaluated. The results showed that the resins were highly hydrophobic and their fire resistance was not negligible. However, the resin was found to be highly sensitive to UV radiation.The resin developed in this work protect wood requires further investigation to obtain an optimized resin. However, this work provides a strong foundation for the development of this multifunctional resin.