Caractérisation de la composition chimique du bois par pyrolyse flash couplée à la GC/MS : application à l'étude de la variabilité naturelle et aux modifications résultant de différents traitements

Résumé

La pyrolyse analytique est une méthode innovante qui permet l’analyse en chromatographie en phase gazeuse de polymères complexes en les réduisant en monomères volatils. La méthode ne nécessite que peu de matière, de l’ordre du mg, et s’effectue en quelques secondes

Le bois est un matériau renouvelable abondant qui est valorisé sous de nombreuses formes notamment dans la construction, dans les panneaux de fibres et par les extractibles qu’il contient

De nombreuses techniques de modifications chimiques et thermochimiques permettent d’améliorer les propriétés du bois, notamment l’acétylation, la furfurylation, le traitement thermique. La pyrolyse se place comme technique nouvelle pour caractériser les bois traités pour comprendre les modifications chimiques qui été engendrées. Les méthodes classiques employées tel que la RMN, l’IRTF ne permettent pas d’obtenir image complète du bois, plus spécifiquement sur des éléments tels que la régiosélectivité des modifications.

Le but de nos travaux est de répondre à des questions fondamentales sur la variabilité naturelle du bois ainsi que sur les modifications chimiques engendrées par différentes méthodes.

La polymérisation de l’alcool furfurylique dans le bois a pu être mis en évidence ainsi que la formation d’une liaison covalente avec la lignine. Le bois acylé avec différents anhydrides linéaires a révélé des nouvelles structures qui permettent d’identifier les sites réactionnels et d’estimer la réactivité des macromolécules. La méthode est capable de quantifier l’importance de la modification des différents biopolymères qui constituent le bois.

À l’aide d’analyses en composantes principales (ACP), les variations naturelles du bois en fonction de la hauteur, des tissus et entre différents spécimens de la même essence ont pu être caractérisés. La Py-GC/MS a aussi permis de montrer les différences structurales après traitement thermique et fongique pour révéler comment ces dégradations affectent le bois.

Abstract

Analytical pyrolysis is an innovative method that allows gas chromatographic analysis of complex polymers by reducing them to volatile monomers. The method requires only a few milligrams of material and is performed in a few seconds.

Wood is an abundant renewable material that is used in many forms, notably in construction, in fiberboard and in the extractives it contains

Numerous chemical and thermochemical modification techniques are used to improve the properties of wood, including acetylation, furfurylation and heat treatment. Pyrolysis is a new technique to characterize treated wood to understand the chemical modifications that have been generated. The classical methods used such as NMR, FTIR do not allow for a complete picture of the wood, more specifically on elements such as the regioselectivity of the modifications.

The aim of our work is to answer fundamental questions about the natural variability of wood as well as the chemical modifications generated by different methods.

The polymerization of furfuryl alcohol in wood could be demonstrated as well as the formation of a covalent bond with lignin. The wood acylated with different linear anhydrides revealed new structures that allow to identify the reaction sites and to estimate the reactivity of macromolecules. The method is capable of quantifying the extent of modification of the different biopolymers that constitute the wood.

Using principal component analyses (PCA), the natural variations of wood as a function of height, tissue and between different specimens of the same species could be characterized. Py-GC/MS was also used to show structural differences after heat and fungal treatment to reveal how these degradations affect the wood.