Effet de la variabilité intra et interspécifique du bois sur les procédés de traitement thermique

Résumé

Dans le contexte du développement durable qui a vu l’introduction de la directive produits biocides BPD 98/8/CE, l’étude des méthodes innovantes de préservation du bois comme le traitement thermique revêt une importance prépondérante. Le traitement thermique du bois permet d’améliorer ses propriétés de résistance biologique, de stabilité dimensionnelle ainsi que son aspect esthétique, sans ajout de produit chimique. Les études actuelles sur la problématique de la qualité du bois traité thermiquement se focalisent sur les caractéristiques finales du bois déjà traité, sur l’influence des conditions de traitement ou encore sur l’effet essence. Les propriétés intrinsèques du bois avant le traitement ne sont pas encore prises en compte. Les propriétés du bois telles que la densité ou la composition chimique étant variables principalement sous l’effet de l’activité humaine comme la sylviculture, l’objectif de cette thèse était d’évaluer l’impact de cette variabilité chez le chêne sessile (Quercus petraea Liebll.) et le sapin (Abies alba Mill) sur leur modification par voie thermique. Un scanner et un micro-densitomètre à rayons X ont été utilisés pour caractériser la variation de la densité des échantillons de planches et des cernes de croissance provenant des arbres étudiés. Des traitements thermiques ont été réalisés dans un four pilote à conduction sous vide de type macro-thermobalance et un analyseur thermogravimétrique (ATG). Des analyses chimiques ont été également réalisées. Les résultats montrent qu’en prenant la perte de masse due à la dégradation thermique du bois comme réponse, les types de tissus du bois et la composition chimique influencent sa thermo-dégradation. Que ce soit chez Quercus petraea ou chez Abies alba, le bois de printemps était plus sensible au traitement thermique que son voisin de bois d’été. De plus, les portions radiales du tronc, du bois juvénile à l’aubier en passant par le bois mature, se dégradaient suivant des cinétiques différentes. En conclusion, la variation de la microstructure et la composition chimique de ces bois influencent leur cinétique globale de thermo-dégradation. La sylviculture impacte cette différence intraspécifique de cinétique de dégradation à l’échelle intra- et interarbre. En effet, dans le cas du sapin pectiné, une gestion très dynamique des forêts dans le but de stimuler la croissance rapide des arbres qui produisent de gros bois contenant des cernes très larges, est source de variation dans la structure anatomique et la composition chimique à l’intérieur des arbres en comparaison aux petits bois à croissance lente plus homogènes. Toutes ces analyses ont pour objectif final de comprendre le lien entre les propriétés initiales du bois et les modifications thermiques intervenant au cours du traitement afin d’apporter une information utile aux industriels lors du choix des pièces de bois destinées au traitement thermique en vue d’une amélioration de la qualité du bois traité thermiquement.

Abstract

In the context of sustainable development which has seen the introduction of the biocides directive BPD 98/8/CE in the EU, innovative wood preservation practices such as Heat Treatment (HT) become relevant. Wood HT, also termed wood thermal modification, is a physical modification technology by which wood is heated at around 200 °C in an inert atmosphere. The main purpose of the treatment is to improve the biological durability and dimensional stability of wood. Current studies on thermally modified wood (TMW) quality are focusing on treated material, on treatment conditions or on species effect on the end-product characteristics. Relatively little is known about the effect of intrinsic wood properties on its thermal modification. As wood properties vary especially under the influence of human activities through sylviculture, this thesis studied the effect of European oak and silver fir wood density and chemical composition on their thermal modification kinetic. An X rays computed tomography (CT) and densitometer were used to characterize wood samples. Boards were heat-treated by conduction under vacuum using a pilot furnace, whereas sawdust samples underwent thermo-gravimetric analysis under nitrogen. The analysis allowed finding intra- and interspecific variations, especially within growth rings and along radial direction (from pith to bark). Forest management impacted heat modification kinetic of the studied samples, especially in silver fir where fast grown wood was more sensitive to treatment. The finding will be used as additional information to the wood industry which will account for homogeneity of loadings destined to heat treatment.