Fractionnement de déchets de panneaux de bois MDF post-consommation par voie chimique pour la réalisation de matériaux biosourcés à haute valeur ajoutée

Fractionation of post-consumer MDF waste by chemical treatments for the extraction of high-value biosourced materials

• Auteur / Autrice : Laetitia Couret
• Direction : Mark Irle, Christophe Belloncle, Bernard Cathala
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie des procédés
• Date : Soutenance le 09/10/2017
• Etablissement(s) : Ecole centrale de Nantes
• Ecole(s) doctorale(s) : Sciences de l'ingénierie et des systèmes (Centrale Nantes)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : École supérieure du bois (Nantes)
• Jury : Président / Présidente : Jean-Yves Hascoët
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Mark Irle, Christophe Belloncle, Bernard Cathala, Jean-Yves Hascoët, Stéphane Grelier, Marie-Pierre Laborie, Guy Costa, Xavier Rouau
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Stéphane Grelier, Marie-Pierre Laborie

Mots clés

Mots clés contrôlés

Nanocellulose

Bois -- Déchets -- Recyclage

Mots clés libres

Déchets bois

Fractionnement chimique

MDF

Nanocelluloses

Hydrogel à base d’hémicelluloses

Wood waste

Chemical fractionation

MDF

Nanocelluloses

Hemicelluloses-based hydrogel

Résumé

Les panneaux de bois MDF (Medium-Density Fiberboard), principalement utilisés dans le secteur de l’ameublement, génèrent une quantité annuelle mondiale de déchets estimée à 40 millions de m³. Actuellement,aucune méthode viable ne permet leur recyclage du fait de la présence de contaminants de type résine ou finitions (peinture, laminé, plastique). Ces déchets,constitués de bois à hauteur de 85-90 %, représentent cependant une source de matière lignocellulosique non négligeable. Afin de transformer cette ressource inexploitée, en matériaux à haute valeur ajoutée, un procédé de fractionnement combinant traitement alcalin et délignification a permis la séparation des hémicelluloses et lignines, amenant à l’isolement de la cellulose. En premier lieu, cette méthode a été utilisée pour l'extraction de nanocelluloses, à savoir des nanocristaux de cellulose par hydrolyse acide et des nanofibrilles de cellulose par délamination mécanique. Les nanocristaux de cellulose extraits des déchets ont montré des caractéristiques semblables à ceux obtenus avec des fibres de bois vierges. Ensuite, la fraction riche en hémicelluloses isolée par un traitement alcalin à partir des déchets MDF, a été purifiée puis précipitée à l’éthanol permettant l’isolation d’une fraction hémicellulosique, ultérieurement intégrée à la préparation d’hydrogels à base d’acide acrylique. Les hydrogels présentent des caractéristiques similaires qu'ils soient élaborés avec la fraction issue des déchets ou fabriqués à base de xylanes commerciaux de hêtre. L'évaluation de la capacité de ces déchets à être recyclés ouvrirait une voie de conversion en une nouvelle ressource de produits à forte valeur ajoutée.

Wood-based medium-density fiberboards (MDF) are principally used for furniture and fittings and areproduced in great volumes around the world. The annual quantity of MDF waste generated world-wide is estimated to be over 40 million m3. Currently, there is noviable way to transform MDF into useful products due to the presence of contaminants such as resins and finishes (paint, varnish, laminated or plastic). This type of waste, composed of approximately 85-90 % of wood, represents a significant source of lignocellulosic material. This thesis describes research on transforming this under-utilized resource into high valued materials via a fractionation process. An alkali treatment followed by a delignification step, allows the extraction of hemicelluloses and lignin respectively, leading to the isolation of pure cellulose. This cellulose was converted to nanocelluloses in the form of nanocrystals by acidhydrolysis and nanofibrils by mechanical fibrillation. The cellulose nanocrystals obtained from waste MDF is shown to have similar characteristics to those obtained from virgin wood fibers. The hemicelluloses-rich fraction obtained by an alkali treatment from MDF waste was purified, precipitated by ethanol and then further used in the preparation of acrylic acid based hydrogels. The hydrogels generated had similar characteristics to those made from commercial beech xylans.This research clearly demonstrates the technical feasibility to convert MDF waste into high value added products, opening a new conversion route to recycle them.