Étude de la variabilité inter et intra spécifique des extractibles présents dans les écorces de résineux et de feuillus exploités industriellement dans le nord-est de la France

Study of the inter and intra specific variability of extractives present in the bark of softwoods and hardwoods exploited industrially in the North-East of France

• Auteur / Autrice : Clément Fritsch
• Direction : Philippe Gérardin, Stéphane Dumarcay
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du bois et des fibres
• Date : Soutenance le 17/12/2021
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LERMAB - Laboratoire d'Études et de Recherche sur le MAtériau Bois (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Christine Gérardin
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Philippe Gérardin, Stéphane Dumarcay, Bertrand Charrier, Phila Jaonina Raharivelomanana, Jean-Hugues Renault, Florence Fontaine, Francis Colin
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Bertrand Charrier, Phila Jaonina Raharivelomanana

Mots clés

Mots clés contrôlés

Analyse quantitative (chimie)

Extraction par solvant

Variabilité

Composition chimique

Écorces

Mots clés libres

Écorces

Extractibles

Variabilité

Valorisation

Méthodes analytiques

Bark

Extractives

Variability

Valorisation

Analytical methods

Résumé

Les travaux de recherche présentés portent sur l’étude de la variabilité inter et intra spécifique des substances extractibles des écorces d’Abies alba, Picea abies, Pseudotsuga menziesii, Quercus robur et Fagus sylvatica. La connaissance de la variabilité de la composition chimique des écorces est un outil d’aide à la décision pour une valorisation industrielle future des écorces, qui apporterait une plus-value à la filière bois. Ainsi, les constituants des écorces sont séparés en deux catégories avec les polyphénols qui ont été analysés principalement à partir des extraits eau/éthanol et les biopolymères qui ont été extraits à partir des résidus d’écorces provenant des extractions successives. Pour les extractions eau/éthanol (1:1), 5 essences avec 8 arbres par essence et plus de 10 hauteurs par arbres ont été extraits. Une augmentation des taux d’extraits avec la hauteur a été observée pour les résineux et d’après ces résultats, il semble que les résineux contiennent davantage de matières extractibles que les feuillus et que la quantité d’extractibles augmente avec la hauteur. Pour les extractions successives avec le mélange toluène/éthanol (2:1), puis avec l’éthanol (100%), seulement 4 arbres par essence ont été extraits car il s’agissait essentiellement de récupérer des écorces dépourvues d’extractibles en vue d’analyser les biopolymères. Par la suite, les extraits d’écorces ont été étudiés grâce à des méthodes analytiques complémentaires que sont la LC-UV-MS, GC-MS, IR, RMN1H, MALDI-TOF, SEC ainsi que des tests spécifiques permettant de déterminer les taux de phénols totaux, holocellulose, α-cellulose, hémicellulose, lignine, subérine et cendres. Les résultats mettent en évidence l’existence d’une variabilité de la composition chimique des écorces de résineux en fonction de la hauteur : les taux de polyphénols, subérine, lignine et holocellulose diminuent avec la hauteur tandis que les taux de terpènes et de cendres augmentent avec la hauteur. A l’aide du même protocole analytique, une variabilité interarbres importante a été mise en évidence pour les écorces de feuillus. Certaines différences observées ont été expliquées par des paramètres biologiques tels que la hauteur, l’âge des tissus, les conditions de stockage des écorces ou encore une allométrie différente entre les arbres.

This work focuses on the study of the inter and intra specific variability of the extractives substances of the barks of Abies alba, Picea abies, Pseudotsuga menziesii, Quercus robur and Fagus sylvatica. New knowledge about the variability in chemical composition of different bark types can be used as a support decision tool for a future industrial valorization, which would bring an added value to the wood industry. Thus, the constituents of the bark are separated into two categories with the polyphenols which were analyzed mainly from the water/ethanol extracts and the biopolymers which were extracted from the bark residues from the successive extractions. For the water/ethanol extractions (1:1), 5 species with 8 trees per species and more than 10 heights per tree were extracted. An increase of extractives rates with height was observed for softwoods and from these results it appears that softwoods contain more extractives than hardwoods and that the amount of extractive increases with height. For the successive extractions with the toluene / ethanol mixture (2:1), then with the ethanol (100%), only 4 trees by essence were extracted because it was essentially a question of recovering bark devoid of extractives in view of analyze biopolymers. Subsequently, the bark extracts were studied using complementary analytical methods such as LC-UV-MS, GC-MS, IR, 1H NMR, MALDI-TOF, SEC as well as specific tests to determine the levels. total phenols, holocellulose, α-cellulose, hemicellulose, lignin, suberin and ash. The results demonstrate the existence of variability in the chemical composition of softwood bark as a function of height: the levels of polyphenols, suberin, lignin and holocellulose decrease with height while the levels of terpenes and ash increase. with height. Using the same analytical protocol, significant inter-tree variability was demonstrated for hardwood bark. Some observed differences have been explained by biological parameters such as height, age of tissues, bark storage conditions or even different allometry between trees.