Effet de la variabilité naturelle du bois sur son comportement lors du traitement thermique en vue d’optimiser l’utilisation de la ressource
Responsable scientifique : Philippe Gérardin (EA 4370 Laboratoire d’Etudes et de Recherche sur le Matériau Bois — LERMAB)
Partenaire Labex : Laboratoire d’Etudes des Resources Forêt Bois (LERFOB), UMR INRA-AgroParis Tech 1092
Collaboration: Anélie Petrissans, Mathieu Petrissans, Frédéric Mothe, Joël Hamada
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Contexte — Le traitement thermique constitue une alternative d’intérêt pour améliorer la résistance des essences peu durables aux agents de pourriture. Même si il est aujourd’hui bien admis que les propriétés conférées au matériau dépendent du niveau de dégradation thermique du bois résultant de l’intensité du traitement fonction de différents paramètres liés au procédé, aucune étude n’existe à notre connaissance sur l’effet des propriétés initiales du matériau sur son comportement durant le traitement.
Objectifs — Les objectifs de l’étude sont d’étudier l’effet de la variabilité des propriétés initiales du matériau telles que sa densité ou sa composition chimique sur sa stabilité thermique pour des conditions de cuisson similaire et l’effet sur les propriétés finales du matériau. De telles donnés devraient permettre à termes d’améliorer la conduite des traitements thermiques réalisés au niveau industriel.
Démarche — Les travaux de l’année 2015 ont consisté à étudier l’effet de la variabilité naturelle du bois sur sa stabilité thermique et les conséquences des réactions de thermo-dégradation sur les propriétés du matériau. L’effet de la variabilité naturelle a été étudié à deux niveaux:
– à un niveau macroscopique, l’utilisation de planches a permis de caractériser l’effet de la variabilité naturelle sur le procédé, les propriétés et les performances du matériau. Les planches ont été sélectionnées à différent endroits du tronc d’un même arbre ou provenant d’arbres différents résultant de conditions sylvicoles différentes et caractérisées par tomographie à rayons X. L’influence de l’hétérogénéité intra et interspécifique sur la perte de masse a été étudié.
– à un niveau plus fin, l’étude a été réalisée sur une échelle de l’ordre de quelques mg de sciures prélevés au niveau des cernes annuels d’une même section transversale de tronc pour évalué l’effet de la variabilité intra-cerne sur les réactions de dégradation thermique. L’échantillonnage a été réalisé pour différentes zones de bois: aubier versus duramen, bois initial versus bois final, différentes positions dans le duramen. Le traitement thermique a été réalisé sur de petits échantillons de sciure à l’aide d’un équipement d’analyse thermogravimétrique pour évaluer le comportement des différentes zones de bois. Les résultats obtenus permettent de formuler des recommandations pour améliorer l’efficacité des procédés de traitement thermique et améliorer la qualité et l’homogénéité du matériau.
Résultats marquants — Les études au niveau des cernes mettent en évidence pour les deux essences étudiées, le chêne (Quercus petraea L.) et le sapin (Abies alba), que le bois initial est plus sensible à la dégradation thermique que le bois final suggérant que la largeur de cerne peut être un paramètre important lors des procédés de traitement thermique du bois. . Dans les deux cas, la plus grande stabilité du bois final comparativement au bois initial a été attribuée à sa plus forte teneur en cellulose. De plus, le duramen du chêne est également plus sensible aux réactions de thermodégradation que son aubier. Ce comportement est attribué à la plus forte teneur en extractibles du bois de cœur, qui s’est montré plus thermosensibles par analyse thermogravimétrique en présence de ces derniers qu’en leur absence.
Principales conclusions— Différents facteurs intra spécifiques affectent directement la stabilité thermique du bois.La variabilité intra-spécifique comme le rapport bois initial / bois final ou duramen / aubier influence directement la stabilité du matériau du fait de la plus grande susceptibilité à la thermodégradation du bois initial par rapport au bois final ou du duramen par rapport à l’aubier.
Perspectives — A partir des données obtenues par analyse thermogravimétrique, il est envisagé de modéliser la thermo dégradation globale au niveau de planches dont les rapports bois initial / bois final auront été déterminés par tomographie aux rayons X. La validité du modèle sera validée suite à la confrontation des résultats obtenus expérimentalement.
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Publications et communications
J. Hamada, A. Pétrissans, F. Mothe, M. Fournier, M. Pétrissans, P. Gérardin. Effect of the natural density variability of the european oak on the quality of thermally treated wood material, Woodchem, September 26-27, 2013 Nancy, France.
J. Hamada, A. Pétrissans, F. Mothe, M. Pétrissans, P. Gérardin, Analysis of the effects of the European oak natural variability on the modification of the density distribution and chemical composition during the heat treatment, COST Actions FP0904 and FP1006 „Characterization of modified wood in relation to wood bonding and coating performance“, October 16-18, 2013, Rogla, Slovenia.
A. Pétrissans, J. Hamada, M. Chaouch, M. Pétrissans, P. Gérardin Modeling and numerical simulation of wood torrefaction, vith international scientific and Technical Conference Innovations in Forest Industry and Engineering Design, INNO_2012, November 14-16, 2013, Yundola, Bulgaria.
J. Hamada, A. Pétrissans, F. Mothe, M. Pétrissans, P. Gérardin, Effects of the intra ring density and chemical composition variability of oak wood on the thermo-degradation kinetic’s behavior. 7th European Conference on Wood Modification, March 10 – 12, 2014, Lisbon, Portugal
