Contribution à la compréhension des modifications moléculaires et macromoléculaires intervenant lors du traitement thermique du bois : Effet sur la réactivité chimique et sur la durabilité du matériau

par Gildas Nguila-Inari

Thèse de doctorat en Sciences du Bois

Sous la direction de Philippe Gérardin et de Mathieu Pétrissans.

Soutenue le 13-11-2008

à Nancy 1 , dans le cadre de RP2E , en partenariat avec LERMAB (laboratoire) et de ENSTIB (équipe de recherche) .

Le président du jury était Jean-Jacques Ehrhardt.

Le jury était composé de Jean-Jacques Ehrhardt, Philippe Gérardin, Mathieu Pétrissans, Stéphane Grelier, Mohamed Naceur Belgacem, Julien Ropp.

Les rapporteurs étaient Stéphane Grelier, Mohamed Naceur Belgacem.


  • Résumé

    La réactivité chimique du bois traité thermiquement a été étudié vis à vis de différents réactifs tels que des anhydrides d’acides et des isocyanates. Les résultats obtenus indiquent une forte diminution de la réactivité du bois traité thermiquement comparativement au bois non traité. Cette baisse de réactivité s’explique par une dégradation importante des hémicelluloses lors du traitement thermique conduisant à une diminution de la quantité de groupements hydroxyle libres susceptibles de réagir avec les réactifs utilisés. Suite à cette étude, nous nous sommes intéressés à l’utilisation de la spectroscopie XPS pour suivre l’évolution de la composition chimique du bois au cours du traitement thermique. Utilisée dans le cas d’éprouvettes de hêtre traitées thermiquement ou non, cette technique a permis de mettre en évidence une forte diminution du rapport O/C traduisant la formation de produits de carbonisation à l’intérieur du bois. Appliquée à des résineux comme le pin ou l’épicéa, la spectroscopie XPS n’a pas permis d’obtenir des résultats exploitables du fait de problèmes liés à la migration des extractibles lipophiles à la surface des échantillons durant l’analyse. La formation de produits de carbonisation résultant de la dégradation des polysaccharides a par la suite été confirmée par analyses chimiques et par RMN du solide. L’évolution du taux de carbonisation du bois a finalement été évalué par analyse élémentaire en fonction de différentes conditions de traitement. L’étude de la composition centésimale du bois met en évidence une forte corrélation entre l’évolution des pourcentages de carbone et d’oxygène et la perte de masse causée par les réactions de thermodégradation lors du traitement.

  • Titre traduit

    Contribution to the comprehension of the molecular and macromolecular modifications occurring during the wood heat treatment : Effect on the chemical reactivity and the durability of the material


  • Résumé

    The chemical reactivity of heat treated wood was studied using various reagents such as acid anhydrides and isocyanates. The results indicate an important decrease of the reactivity of heat treated wood compared to untreated one. This decrease of reactivity is explained by an important degradation of hemicelluloses during the heat treatment leading to a reduction in the quantity of free hydroxyl groups able to react with the reagents used. Evolution of the chemical composition of wood during the heat treatment was then investigated using XPS spectroscopy. This method indicated an important decrease of O/C ratio of heat treated beech wood attributed to the formation of carbonization products inside the wood structure. Applied to softwood species, like the pine or the spruce, XPS spectroscopy do not allow to obtain useable results because of the migration of lipophilic extractives on the surface of the samples during the analysis. The formation of carbonization products resulting from the degradation of polysaccharides was confirmed by chemical analyses and CP/MAS 13C NMR. Formation of carbonization products was finally investigated by micro-analysis on samples subjected to different heat treatment conditions. Centesimal composition of wood highlight a strong correlation between the evolution of the carbon and oxygen percentages and the loss of mass caused by the reactions of thermodegradation during the treatment.


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