Développement de nouveaux traitements non-biocides de protection du bois basés sur la formation in situ de polyesters bio-sourcés

Development of new non-biocide wood protection treatments based on the in situ formation of bio-based polyesters

• Auteur / Autrice : Clément L'hostis
• Direction : Philippe Gérardin, Marie-France Thévenon
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du bois et des fibres
• Date : Soutenance le 20/12/2017
• 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 : Rachida Zerrouki
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Joris Van Acker, Emmanuel Fredon, Marie-Pierre Laborie
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Rachida Zerrouki, Joris Van Acker

Mots clés

Mots clés contrôlés

Acides carboxyliques

Polyesters

Glycérine

Bois -- Chimie

Bois -- Conservation

Mots clés libres

Bois

Protection

Stabilisation

Glycérol

Polyesters

Traitement thermique

Wood

Protection

Stabilization

Glycerol

Polyesters

Heat treatement

Résumé

Afin de garantir la pérennité des ouvrages en bois, ce matériau naturellement dégradable par de nombreux organismes biologiques, doit généralement subir des traitements de protection. L'usage de produits biocides est actuellement la solution la plus employée pour conférer au bois une durabilité supplémentaire. Cependant, devant la problématique environnementale qu'ils soulèvent, l'utilisation de substances biocides est de plus en plus limitée par la réglementation. Des alternatives à l'emploi de biocides ont été développées pour augmenter la durabilité du bois : le traitement thermique et la modification chimique. Le traitement thermique consiste en la dégradation contrôlée des macromolécules du bois, pour le rendre plus hydrophobe, plus stable dimensionnellement et plus résistant à l'attaque des champignons de dégradation. Cependant ce type de traitement affaiblit les propriétés mécaniques du matériau. La modification chimique consiste en l'imprégnation de molécules au sein du matériau, lesquelles vont ensuite réagir avec les constituants du bois pour modifier sa structure chimique. Au cours de cette thèse, des traitements à base de molécules bio-sourcées ont été développés. Ainsi, les traitements opérés sur du hêtre, essence particulièrement sensible à la biodégradation et dimensionnellement instable, ont permis d'améliorer sensiblement ces propriétés. La formation in situ de polyesters de glycérol et de différents acides carboxyliques engendre un matériau plus résistant mécaniquement que les bois traités thermiquement, tout en apportant également une stabilité dimensionnelle et une durabilité renforcées. Les différents acides carboxyliques employés ont, de plus, induit des comportements différents au regard des différentes propriétés étudiées, mettant en lumière l'importance de la structure chimique des réactifs employés. Le traitement le plus prometteur a fait l'objet d'une étude économique montrant la viabilité de l'industrialisation du procédé, qui permettrait alors l'obtention d'un bois modifié utilisable en classe d'emploi 3, tout en valorisant une ressource abondante et sous-exploitée

In order to guarantee the sustainability of structure made of wood, this material, which is naturally degradable by many biological organisms, must generally undergo protection treatments. The use of biocidal products is currently the most employed solution to confer the wood additional durability. However, facing of the environmental problem they raise, their use tends to be increasingly limited by regulation. Alternatives to the use of biocides have been developed to increase the durability of wood: heat treatment and chemical modification. Heat treatment consists of the controlled degradation of wood macromolecules to make it more hydrophobic and therefore more dimensionally stable and more resistant to the attack of the fungi of degradation, but weakens its mechanical properties. Chemical modification involves the impregnation of molecules within the material, which then react with the constituents of the wood to modify its chemical structure. During this thesis, treatments based on bio-based molecules have been developed. Thus, the treatments carried out on beech, a species which is particularly sensitive to biodegradation and dimensionally unstable, have made possible to improve substantially these properties. The in situ formation of polyesters of glycerol and various carboxylic acids produces a material more resistant mechanically than thermally treated wood, while also providing enhanced dimensional stability and durability. The various carboxylic acids employed have also induced different behavior with regard to the various properties studied, highlighting the importance of the chemical structure of the reagents employed. The most promising treatment was the subject of an economic study showing the viability of the industrialization of the process, which would then make it possible to produce a modified wood that can be used in use class 3, while enhancing an abundant under-exploited resource