Développement de Traitements à Faible Impact Environnemental Destinés à La Protection du Bois Issus de Pratiques Sylvicoles à Courtes Rotations

Development of low environmental impact treatments intended to protect wood from short rotation silvicultural practices

• Auteur / Autrice : Resa Martha
• Direction : Philippe Gérardin, Wayan Darmawan
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du bois et des fibres
• Date : Soutenance le 04/10/2024
• Etablissement(s) : Université de Lorraine en cotutelle avec Institut Pertanian Bogor
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine ; 2018-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LERMAB - Laboratoire d'Études et de Recherche sur le MAtériau Bois (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Joris Van Acker
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Gérardin, Wayan Darmawan, Marko Petrič, Holger Militz, Fatima Charrier El Bouhtoury
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Marko Petrič, Holger Militz

Mots clés

Mots clés contrôlés

Assolement

Éco-produits

Traitement thermique

Bois

Bois -- Chimie

Mots clés libres

Modification du bois

Traitement respectueux de l'environnement

Bois à courte rotation

Wood modification

Environmental friendly

Short rotation wood

Résumé

Le teck à rotation courte peut être considéré comme une ressource renouvelable pour la future économie verte. Le teck à rotation courte présente certains avantages, comme un cycle de coupe court, mais sa qualité est médiocre, notamment en ce qui concerne la stabilité dimensionnelle et la durabilité, en raison de la forte proportion de bois juvénile. Le bois de cœur présente une durabilité naturelle suffisante et une imprégnabilité médiocre ; par ailleurs, la plupart des aubiers nécessitent un traitement spécial pour accroître leur durabilité. Un traitement de modification du bois respectueux de l'environnement est nécessaire pour améliorer la qualité du bois de teck à rotation courte. La modification thermique et la modification chimique ont été largement développées dans les applications industrielles. Une méthode non-biocide basée sur la combinaison d'une modification chimique et thermique légère devrait être une alternative prometteuse et attrayante pour être mise à l'échelle. La combinaison d'un produit chimique à base de glycérol et d'anhydride maléique (GMA) à faible concentration et d'un traitement thermique est une méthode prometteuse pour améliorer le bois de teck à courte rotation. Dans la publication I, l'objectif de cette étude était d'évaluer l'effet des différences entre l'aubier et le duramen sur les propriétés technologiques du teck à courte rotation. Les résultats ont montré que la teneur en matière extractive pouvait contribuer aux propriétés technologiques du bois de teck à courte rotation, en particulier en ce qui concerne l'amélioration de la stabilité dimensionnelle, la réduction de l'absorption d'humidité, l'augmentation de la résistance à la pourriture et aux termites et l'amélioration de la photostabilité. Compte tenu de la durabilité naturelle et de la stabilité dimensionnelle plus faibles de l'aubier par rapport au duramen, il serait intéressant d'évaluer l'homogénéité des traitements sur l'aubier et le duramen afin d'améliorer la qualité du teck à courte rotation. Dans la publication II-IV, l'objectif de cette étude était d'étudier l'effet des traitements chimiques et thermiques sur l'homogénéisation des propriétés technologiques de l'aubier, du bois de cœur de teck à courte rotation et de sa transition. La furfurylation (FA), le traitement thermique à 150 et 220°C (HT150 et HT220), et une combinaison de traitements chimiques utilisant le GMA et de traitements thermiques à 150 et 220°C (GMA150 et GMA220) ont été effectués sur l'aubier, le duramen et sa transition (50:50 aubier-duramen). FA et GMA220 ont montré une meilleure résistance aux termites après des tests sur le terrain basés sur la perte de masse. Le taux de survie élevé des termites dans le test de choix confirme que les traitements de modification chimique et thermique ne sont pas biocides pour les termites. Le traitement FA a augmenté la densité du teck à courte rotation, tandis que les traitements thermiques et GMA ont entraîné une diminution de la densité. Les traitements FA et GMA220 peuvent contribuer à optimiser l'utilisation du bois de teck à courte rotation en fournissant des planches modifiées plus uniformes pour l'application commerciale. Dans la publication V-VI, l'objectif de cette étude était de déterminer les caractéristiques de surface du bois de teck à rotation courte modifié chimiquement et thermiquement avec des matériaux de revêtement à base d'eau et d'huile. Les résultats ont montré que les traitements de modification chimique et thermique avaient tendance à diminuer l'énergie libre totale de la surface (ESF), la dureté de Persoz, la mouillabilité et la qualité d'adhérence. Les revêtements à base d'eau n'ont pas protégé de manière adéquate le teck à rotation courte modifié chimiquement et thermiquement. L'application de revêtements à base d'huile sur le teck à courte rotation modifié chimiquement et thermiquement est envisagée pour le développement en raison d'un meilleur système de protection du bois.

Short-rotation teak which can be considered as a renewable resource for the future green economy. Short-rotation teak has some advantages, such as a short cutting cycle, but short-rotation teak has low quality, especially in dimensional stability and durability, due to the high proportion of juvenile wood. Heartwood presents sufficient natural durability and poor impregnability; meanwhile, most sapwood requires special treatment to increase their durability. An environmentally friendly wood modification treatment is needed to improve the quality of short rotation teak wood. Thermal modification and chemical modification have been widely developed in industrial applications. A non-biocide method based on combination of light chemical and thermal modification should be a promising and an attractive alternative to be scaled up. The combination of glycerol-maleic anhydride (GMA) chemical at low concentration and thermal treatment is a promising method to improve short rotation teak wood. In Publication I, the objective of this study was to evaluate the effect of sapwood and heartwood differences on the technological properties of short rotation teak. The results showed that the extractive content could contribute to the technological properties of short-rotation teak wood, especially for improved dimensional stability, reduced moisture absorption, increased decay and termite resistance, and better photostability. Considering the lower natural durability and dimensional stability of sapwood compared to heartwood, it would be interesting to evaluate the homogeneity of treatments on sapwood and heartwood to improve the quality of short rotation teak. In Publication II-IV, the objective of this study was to investigate the effect of chemical and thermal treatments on homogenization of technological properties in sapwood, short rotation teak heartwood and its transition. Furfurylation (FA), thermal treatment at 150 and 220°C (HT150 and HT220), and a combination of chemical using GMA and thermal treatments at 150 and 220°C (GMA150 and GMA220) were performed on sapwood, heartwood, and its transition (50:50 sapwood-heartwood). FA and GMA220 showed better resistance to termites after field tests based on mass loss. The high survival rate of termites in the choice test confirms that chemical and thermal modification treatments are non-biocidal to termites. FA treatment increased the density of short rotation teak, while there was a decrease in density due to thermal and GMA treatments. FA and GMA220 treatments may contribute to optimize the use of short rotation teak wood by providing more uniform modified board for the market application. In Publication V-VI, the objective of this study was to determine the surface characteristics of short rotation teak wood chemically and thermally modified with water-based and oil-based coating materials. The results showed that the chemical and thermal modification treatments tended to decrease total surface free energy (SFE), Persoz hardness, wettability, and bond quality. Water-based coating materials did not adequately protect the chemically and thermally modified short rotation teak. Application of oil-based coatings on chemically and thermally modified short rotation teak is being considered for development due to better wood protection system. In conclusion, chemical and thermal modification successfully improve the quality of short rotation teak wood, especially in dimensional stability and durability. In addition, different parts of the wood sample can be modified and achieve homogeneity between different parts of the short-rotation teak board. Water-based coatings are not sufficient to protect the chemically and thermally modified short-rotation teak boards. In contrast, oil-based coatings are able to protect the surface of chemically and thermally modified short rotation teak against weathering factors.