Caractérisation des transformations physico-chimiques intervenant lors de la thermodégradation du bois. Influence de l'intensité de traitement, de l'essence et de l'atmosphère

Characterization of physical and chemical changes occurring during wood thermal degradation. Influence of treatment intensity, wood species and inert atmosphere

• Auteur / Autrice : Kévin Candelier
• Direction : Mathieu Pétrissans, Stéphane Dumarcay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du bois et des fibres
• Date : Soutenance le 06/12/2013
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : RP2E - Ecole Doctorale Sciences et Ingénierie des Ressources, Procédés, Produits, Environnement
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LERMAB - Laboratoire d'Études et de Recherche sur le MAtériau Bois (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Philippe Gérardin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Ottaviano Allegretti, Robert Collet
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Stéphane Grelier, Holger Militz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Vide (technologie)

Thermodynamique

Traitement thermique

Bois

Mots clés libres

Cinétiques de thermodégradation

Intensité de traitement

Modifications physico-chimiques

Produits de dégradation

Traitement thermique du bois

Heat treatment of wood

Physical and chemical changes

Products of thermal degradation

Thermal degradation kinetics

Treatment intensity

Résumé

Le traitement thermique est basé sur la modification chimique des biopolymères par thermodégradation, en évitant l'ajout de produits chimiques. Ce traitement améliore la stabilité dimensionnelle et la durabilité fongique du bois. Ces améliorations se font au détriment des propriétés mécaniques qui ont tendance à s'affaiblir. Aujourd'hui, plusieurs types de procédés sont utilisés. Ils se distinguent entre autre par la nature du milieu dans lequelle se déroule le traitement. La durabilité de ce nouveau matériau bois est liée au degré de thermodégradation, dépendant des conditions et de l'intensité du traitement. Un pilote de traitement par conduction, travaillant sous vide ou sous azote, mesurant la masse en dynamique est utilisé afin de mieux comprendre l'influence de l'atmosphère. Les résultats obtenus montrent que l'utilisation du vide permet d'éliminer, de l'enceinte de traitement, les produits volatils formées au cours du traitement conduisant à des taux de lignine de Klason plus faibles du fait de la non recondensation des produits de dégradation. Cette limitation de recondensation des produits volatiles engendre des pertes de masse, pour une même intensité de traitement plus faibles, confirmés par des taux de polysaccharides plus élevés pour un traitement sous vide. Des études de cinétiques des réactions de thermodégradation ont confirmé la plus grande sensibilité des feuillus vis-à-vis de la thermodégradation (comparé aux résineux). De plus, ces analyses ont permis d'identifier les principaux produits de thermodégradation du bois qui varient en fonction de l'intensité du traitement et a permis de montrer une thermosensibilité plus importante de la lignine que de l'holocelluloses pour la gamme de températures utilisée. Le fruit de ces travaux est donc une progression significative des connaissances de bases sur les mécanismes de thermodégradation et leurs relations avec les paramètres de traitement

Thermal treatment is based on biopolymer chemical degradation by heat transfer, without additional chemical products impregnation. This process improves the dimensional stability and the decay resistance of wood. These improvements come at the expense of wood mechanical properties of wood which weak. Several types of heating processes exist currently differing mainly by the nature of the inert atmosphere used during treatment. The durability of this new wood material is correlated to the degree of polymers thermal degradation depending on the conditions and the treatment intensity. A conducting heat treatment pilot using nitrogen or vacuum and allowing dynamic record of mass loss is used to understand better the atmosphere influence. The results show that utilization of vacuum permit the elimination of volatile products formed during heat treatment and accumulated in oven, leading to lower extractives and Klason lignin contents due to the non recondensation of thermal degradation products. Limitation of the formation of recondensation products generates a lower mass loss for same treatment intensity and explains the lower polysaccharides degradation during a vacuum process. Fine chemical analyses and the study about thermal degradation reaction kinetics have allowed confirming the higher sensibility of hardwood than softwood to thermal degradation. In addition, these analyses have permitted the volatile thermal degradation products identification related to the treatment intensity. Subsequently, results have shown a higher thermal sensibility of lignin than holocelluloses for temperatures below 230°C. This work is a significant increase in basic knowledge about the mechanisms of wood thermal degradation and their relations with the processing parameters