210 - L’industrie de la transformation du bois à l’heure de la transition écologique et énergétique

Pour une application extérieure, le bois doit généralement être traité, modifié ou avoir une finition pour améliorer sa durabilité. L'épinette blanche (Picea glauca) est une essence de bois utilisée au Canada pour les revêtements extérieurs. Les facteurs qui limitent généralement sa durée de vie comprennent les fissures et le gauchissement dus à l'instabilité dimensionnelle et à l'altération de la surface. Il existe des traitements commerciaux, mais tous sont utilisés sur des espèces perméables comme le pin radiata (pinus radiata). Les organosilanes sont des produits déjà utilisés dans des revêtements ou des applications textiles comme traitement hydrophobe. Toutefois, l’imprégnation d’espèces réfractaires avec un traitement aux organosilanes a très peu été étudiée. Dans cette étude, l'épinette blanche et le pin gris (pinus banksiana) ont été traités avec un traitement d’organosilanes combiné à un traitement thermique. La rétention des produits ainsi que le gain de masse après traitement thermique ont été évalués. L’efficacité anti-gonflement a été étudié en humidité et en immersion pour les différentes espèces traitées et a montré des améliorations jusqu’à 43% en efficacité anti-gonflement. Les échantillons traités avec les organosilanes ont été vieillis avec et sans revêtement semi-transparent pendant 2000 h pour évaluer le changement de couleur et l’adhérence du bois traité. Le traitement organosilanes semble prometteur pour une application de revêtement extérieur.

De nos jours, de nouveaux matériaux innovants à base de bois ou de ses dérivés sont développés chaque année. La compréhension de leur comportement face aux intempéries et les manières de les protéger sont donc essentielles pour bien les utiliser et accroître leur durée de vie.
De même que pour les matériaux, les systèmes de finition ont eux aussi grandement bénéficié de nouvelles innovations. Les entreprises manufacturières commencent à emboîter le pas du changement en utilisant des procédés de finition à faible impact environnemental. Ces produits permettent d’adresser des enjeux environnementaux, de santé pour les travailleurs et les collectivités qui seraient exposées aux solvants et finalement de sécurité au travail.
Tout d’abord, les problématiques de gestion des produits à base d’eau ont été identifiées. Puis, les résultats expérimentaux obtenus sur la qualité, la productivité, le cout et la disponibilité de nouvelles technologies de gestion ont permis de minimiser ces freins et de proposer un plan stratégique favorisant le déploiement des finitions à base d’eau dans l’industrie du meuble et des bois d’apparences.
Finalement, il sera présenté les orientations d’Inovem pour les prochaines années ce qui concerne la finition.

Dans un contexte où l’utilisation de ressources renouvelable est de plus en plus privilégiée, le bois est plus que jamais un matériau de choix dans le domaine de la construction. Utilisé depuis longtemps pour son aspect et pour ses bonnes propriétés mécaniques, l’industrie du bâtiment est confrontée à certaines limites de ce matériau dont notamment sa tenue au feu. L’application d’un revêtement retardateur de flamme à sa surface est une des méthodes d’ignifugation possible. Cette étude vise à comprendre l’influence de l’ajout d’un monomère phosphate-acrylate à différents taux (0%, 1,7% et 3,4% massique de phosphore). L’ajout de phosphore dans la formulation améliore le pourcentage de masse résiduelle à la fin des analyses thermogravimétriques (de 0% sans à 20% avec le plus haut taux de phosphore). Les composés phosphorés se dégradent et réagissent pour former des produits stables à 800°C. Des analyses au cône calorimètre ont complété l’étude du comportement au feu des revêtements. Le pic de débit calorifique des vernis modifiés avec du phosphore est diminué de 50 KW.m^-2 par rapport à la formulation vierge. Les analyses de sorption de vapeur ont mis en avant l’affinité avec l’eau des vernis phosphorés. Bien qu’offrant une action retardatrice de flamme efficace, les revêtements contenant un monomère phosphate-acrylate doivent être intégrés comme une couche intermédiaire d’un système complet afin d’en maximiser les propriétés.

La protection contre le feu pour les bâtiments incluant les finitions du bois est depuis toujours un enjeu majeur à cause des risques des propagations des flammes. Les traitements traditionnels ignifugeants, utilisant un revêtement ou l’imprégnation du bois, ont un fort impact écologique à cause de leur consommation de matière et d’énergie. Les traitements par dépôt plasma ont déjà été utilisés au cours des dernières années pour protéger avec succès de tissus cellulosiques contre le feu. Notre étude évalue le potentiel de différentes couches fines déposées par un plasma à la pression atmosphérique sur la performance au feu de l’érable à sucre (Acer saccharum). Ce travail analyse aussi l’impact que la préparation du substrat a lorsque la polymérisation du revêtement est faite avec un plasma. La caractérisation chimique et morphologique (XPS, FTIR, MEB) a été réalisée sur les dépôts appliqués sur le bois et un substrat de référence (silicium). La performance au feu a été évaluée par cône calorimètre. Nos résultats suggèrent que le dépôt synthétisé par plasma peut jouer un rôle dans la protection du bois contre le feu. Finalement, nos résultats montrent aussi que la couche de préparation utilisée pour couvrir classiquement le substrat (primaire d’adhésion) permet d’assurer une bonne performance au feu lorsque le traitement plasma est effectué.

La part du marché des composites bois-polymère (CBP) ne cesse d’augmenter et sont utilisés dans divers domaines, dont la construction et le transport. Cependant, ces matériaux sont inflammables à cause de leur composition organique. Dans ce contexte, l’objectif général de cette étude porte sur l’évaluation du potentiel des revêtements intumescents pour retardement du feu des CBP. Des CBP, à base de polyéthylène haute densité contenant 60 % de fibres lignocellulosiques ont subi un traitement de surface mécanique avant l’application des peintures intumescentes. On a étudié l’effet du type de la peinture (5 peintures : trois commerciales et deux formulées au laboratoire), du mode d’application (deux modes d’application : pinceau et pistolet) et trois grammage (240 g/m², 360 g/m², 480 g/m²) sur les propriétés ignifuges des CBP. Les deux peintures formulées au laboratoire visaient à évaluer le potentiel de la lignine comme agent de carbonisation dans la formulation intumescente, l’une a subi une substitution partielle de pentaérythritol (PER) par la lignine et l’autre est formulée entièrement avec le PER comme témoin. Les CBP revêtus ont été caractérisés en termes d’adhésion, de résistance au feu (calorimètre à cône et UL-94) et de stabilité thermiques (analyses thermogravimétriques (TGA) et calorimétrie à balayage différentiel (DSC)). Le traitement mécanique a augmenté la rugosité et a permis l’exposition des fibres de bois à la surface, ce qui a fourni des forces d’adhérence supérieures à 1 MPa à la plupart des peintures. Indépendamment du revêtement intumescent appliqué, les résultats obtenus démontrent clairement une amélioration des propriétés ignifuges et thermiques des CBP, comparés aux CBP non revêtus. En outre, ces propriétés augmentent avec l’augmentation du taux de recouvrement. Toutes les peintures ont permis une classification UL-94 V-0 aux CBP à partir de taux de grammage optimal 360 g/m², équivaut approximativement à une épaisseur sèche > 276 µm. Selon les résultats du calorimètre à cône, l’application par pistolet à peinture a conduit à de légères variations sur les propriétés au feu des CBP versus l’application par pinceau. Par rapport à la formulation de référence, le remplacement partiel de PER par la lignosulfonate de sodium a mené à une réduction de la résistance au feu des CBP, mais elles restent intéressantes en comparaison de celles de CBP non revêtu.

Les propriétés mécaniques des matériaux composites sont fortement liées aux propriétés d'interface fibre-matrice et fibre-fibre pour les composites à fibres naturelles (CFN). Pour améliorer ces propriétés, des traitements physiques ou chimiques peuvent être appliqués individuellement ou conjointement sur les fibres et la résine. Les modifications selon la chimie-click de type cycloaddition de Huisgen catalysée par Cu(I) figurent parmi les méthodes les plus récentes. Cette étude porte sur la modification par chimie-click des fibres de pâte kraft afin d’évaluer la possibilité d’appliquer ensuite ces transformations sur des fibres de lin. L’objectif étant de développer des renforts améliorés pour des applications composites. La stratégie adoptée permet l’adaptation des réactions de propargylation et de tosylation des fibres de cellulose en milieu aqueux. Après azidation des fibres tosylées, la réticulation est réalisée avec et sans catalyseur en utilisant l'eau comme solvant pour former des feuilles de fibres kraft améliorées. L'évaluation des propriétés physiques, mécaniques et les analyses FTIR, EDX des fibres traitées à des étapes intermédiaires a permis de confirmer la présence de diverses fonctions à la surface des fibres modifiées avec un degré de substitution très élevé et la réticulation par chimie-click des fibres d'une part et, d'autre part, de présenter des résultats intéressants pour des feuilles contenant des fibres propargylées.

Ce projet a pour objectif général de développer un isolant giclé ayant une empreinte environnementale réduite par l’utilisation de matériaux biosourcés, dont la cellulose comme ressource principale. Ce type d’isolant a de bonnes performances et de nombreux avantages. Facile et rapide à appliquer, il s’adapte parfaitement à l’irrégularité des surfaces. Il permet aussi de contrer les infiltrations d’air. Dans un premier temps, l’objectif était de formuler un isolant giclé en mousse polyuréthane non biosourcé répondant aux performances fixées par la norme CAN/ULC-S705.1. Tous les isolants formulés par la suite seront comparés selon leurs performances avec cet isolant de référence défini en début de projet. Dans un deuxième temps, l’objectif est d’étudier l’introduction de fibre de cellulose à différentes proportions dans la mousse. La substitution par ce matériau pourra éventuellement être complétée par d’autres matières biosourcées afin d’obtenir le pourcentage en matière biosourcée le plus élevé possible. Ainsi la voie de la substitution du polyol et du retardateur de flamme. Des analyses approfondies seront faites sur les propriétés de la mousse telles que la proportion d’ouverture des alvéoles, la résistance thermique, ou la résistance à la compression. On s’appuiera sur les méthodes d’analyse mentionnées dans la norme CAN/ULC-S705.1 et sur des méthodes d’analyse régulièrement utilisées dans la littérature. Les résultats obtenus seront présentés lors du colloque.

L'augmentation exponentielle des besoins en matériaux à bonnes performances diélectriques, la croissance des composites
à base de biopolymères et la limitation des ressources fossiles créent une base consistante pour le développement de
nouvelles structures biosourcées et/ou biodégradables adaptées à nombre d'applications diélectriques. Bien que des
travaux aient déjà été réalisés dans ce domaine de la science des matériaux, de nombreuses limitations de la matrice
polymère existent encore pour bénéficier pleinement des performances diélectriques de ces nouveaux matériaux. Pour
étudier de plus près les performances diélectriques des matériaux bionanocomposites, de nombreuses équipes se
concentrent sur le développement de ces matériaux innovants. Dans ce contexte, notre projet de recherche vise à : i) évaluer
le potentiel diélectrique des polymères biosourcés et/ou biodégradables, ii) étudier et améliorer les propriétés
multiphysiques (mécaniques, microstructurales) et diélectriques de bioanocomposites polymères-particules. Différents
mélanges de polymères (PLA-PHBV, PLA-AC, PHBV-acétate de cellulose) ont été préparés par différentes technologies
(extrusion et impression 3D) et leur comportement physique, rhéologique et diélectrique a été étudié. La présentation se
concentrera sur les méthodes d'optimisation de la matrice, des charges biosourcées et des bionanocomposites pour faciliter
l'intégration de ces nouveaux matériaux dans les applications électroniques.

La rhéologie des suspensions de filaments de cellulose FCs joue un rôle important dans l'efficacité et le bon déroulement du processus de production. Même à faible teneur en solides, les suspensions de filament de cellulose dans les résines de polyester insaturé ont une signature rhéologique complexe qui comprend des comportements rhéofluidifiants ainsi que des propriétés viscoélastiques similaires à celles d'autres suspensions de particules nanométriques. La sonication directe discontinue a été utilisée pour disperser les FCs dans la résine polyester. Des géométries à plaques parallèles ont été utilisées pour étudier l'influence des paramètres de sonication, de la concentration de FCs et de la cinétique de gélification sur les mesures rhéologiques oscillatoires des différentes suspensions. La géométrie rugueuse s'est avérée efficace pour corriger le glissement à de faibles taux de cisaillement. Le module de stockage G′ et le module de perte G″ augmentent en fonction de la concentration en FCs. La suspension se comporte comme un gel même à faible concentration, ce qui se traduit par G′ > G″ avec G′ et G″ pratiquement parallèles l'un à l'autre et largement indépendants de la fréquence. Une sonication discontinue pendant 20 minutes améliore la dispersion des suspensions avec des concentrations massiques en FCs jusqu'à 4% mais ce temps de sonication prolongé n'a aucun effet sur les suspensions plus concentrées.

Le projet de recherche en partenariat avec l’industriel papetier Kruger vise à développer un emballage à contact alimentaire. L’emballage papier doit présenter une activité antibactérienne contre le genre Listeria. Ce genre bactérien est susceptible d’aboutir à des formes invasives et dangereuses chez les personnes immunodéprimées, les femme enceintes et les ainés. Pour lutter spécifiquement contre Listeria, le projet fait appel à des bactériophages. Ces virus de bactérie sont naturellement présents dans l’environnement. Leur intégration à des emballages nécessite des modifications de surface pour stabiliser et conserver les virus dans un état non dénaturé conservant leur activité bactéricide. Les modifications de surface seront essentiellement réalisées par ajout de solution de couchage à base de biopolymère végétale. L’étude se base sur les différentes propriétés physicochimiques des biopolymères. Il est question d’analyser l’impact de l’absorption d’eau et des interactions électrostatiques sur l’activité des bactériophages. De plus la stabilité des papiers bioactifs et des bactériophages sera analysée dans le temps pour comprendre le vieillissement du papier bioactif. Le projet a pour objectif d’aboutir à un produit fonctionnel pour le partenaire. Des essais à différentes échelles et sur différentes installations pilotes seront effectués pour sélectionner le meilleur procédé.

La phosphorylation de substrats lignocellulosiques permet d’augmenter leurs potentiels d’utilisation et ainsi remplacer des produits d’origine pétrolière ou néfastes pour la santé ou l’environnement. La réaction peut être effectuée sur des matériaux de structures différentes telles que des fibres, du papier, du bois d’oeuvre, etc. La réaction est réalisée avec de l’acide phosphorique et de l’urée permettant le greffage de groupements phosphates à la surface du substrat. Cela permet au matériau d’acquérir trois principales propriétés : une forte capacité d’échange ionique, être retardateur de flamme et favoriser la production de nanofibres. Grâce à la capacité d’adsorption de cation conférée, les matériaux peuvent être utilisés pour la dépollution de l’eau ou pour des applications ciblées avec l’ajout de métaux spécifiques. Il est possible d’obtenir des matériaux antimicrobiens et d’autres applications sont à l’étude pour le développement d’élément de batterie, de papiers spécialisés ou de matériaux antifongiques. La capacité retardatrice de flamme est obtenue directement des groupements phosphates greffés. Cette propriété est donc conférée aux différents substrats traités. Enfin, la réaction réduit significativement l’énergie nécessaire pour la production de nanofibres. Ces dernières peuvent-être utilisées pour la production de films, pour stabiliser des émulsions ou comme agent de rétention d’eau. Par exemple, leur incorporation à la tourbe lui permet de devenir hydrophile.

La construction en terre crue offre un bilan enviromental positif et elle est idéale pour l’architecture écologique. Le torchis est un matériau et une technique de remplissage d’une structure porteuse en bois,le colombage. Celui-ci doit avoir une capacité portante pour être capable à supporter la charge des bâtiments. Dans ce projet le bois utilisé est traité avec l’octaborate disodique tétrahydraté (ODT), qui leur offre la capacité de se protéger contre les agents de dégradation biologique et le feu. Le but ultime de cette étude consiste à évaluer l’aptitude du bois à maintenir sa durabilité conférée lorsqu’il est en contact avec le torchis en fonction du temps, des conditions externes (température, humidité), de l’essence (épinette et sapin) et le sens de remplissage. Les premiers résultats obtenus en fonction de temps montrent un profil de migration de ODT décroissante dans l’argile en allant de la partie en contact direct avec le bois vers la partie superficielle. Les résultats en fonction de l’humidité montent que plus l'humidité du bois augmente, moins l'argile a tendance à absorber le produit de traitement. Finalement une étude microscopique sera effectuée sur certains échantillons afin de visualiser les différentes phases existant au niveau de bois et de bien définir leur changement microstructural avant et après le contact avec l’argile.

La demande pour des équipements de protection (EP) plus performants contre les agresseurs chimiques et biologiques est toujours présente dans plusieurs secteurs de travail. Dans le cas actuel de la pandémie de coronavirus COVID-19, le développement des EP devient un besoin très pressant. Les matériaux actuellement disponibles, d’origine plastique, qui procurent à la fois une bonne résistance biologique et un confort adéquat est limité. De plus, ces matériaux finissent d’être rejetés dans l'environnement. Il n'existe actuellement aucune solution efficace pour les recycler.

Le remplacement des pétro-plastiques par des bioplastiques comme le polyhydroxybutyrate (PHB) fait l’objet du présent travail vu qu’il offre une meilleure biodégradabilité et a un comportement mécanique intéressant. Ce présent travail décrit la préparation et l'évaluation rapide de l'activité biologique d'agents antimicrobiens basés sur la nanotechnologie pour traiter les surfaces textiles utilisées en EP. Les textiles non tissés biodégradables seront fabriqués par la méthode d'électrofilage en utilisant des solutions colloïdales d’un polymère biodégradable (PHB), chargé de nanoparticules virucides combinées à base d'argent et de dioxyde de titane. Nous allons exploiter la lumière visible pour améliorer l'efficacité antibactérienne du tissu, qui brise le mode traditionnel de destruction des bactéries par contact et constitue une innovation d'un équipement de protection actif.

Des quantités énormes de Résidus Industriels Forestiers (RIF) sont produites au Canada et ailleurs dans le monde. Les industries peinent à trouver preneur pour ces sous-produits du bois. Le recyclage et la valorisation des RIF permettaient d’améliorer la chaine de valeur des produits forestiers et de réduire leurs impacts environnementaux. Afin de répondre à ce défi majeur, l’impression 3D présente une avenue de recherche interdisciplinaire qui permettrait à la fois de répondre à la problématique liée à la production et à la gestion des RIF, et à celle en lien avec les défis de produire des biomatériaux ayant les caractéristiques physiques, mécaniques, morphologiques et esthétiques de hautes qualités. Dans ce contexte, notre projet vise le développement d’un matériau biodégradable destiné au précédé de l’impression 3D. De même, une étude expérimentale et numérique du matériau crée et des structures imprimées se mise en place pour assurer l’optimisation des paramètres d’impression du procédé et pour mieux comprendre les facteurs influençant les propriétés de structures imprimées en 3D. Pour atteindre à la fois une fabrication respectueuse de l’environnement et rentable, et pour garantir l’obtention des objets tridimensionnels, de hautes caractéristiques et complexité géométrique en utilisant moins de ressources et de consommation énergétique.

Dans cette étude, le Poly(butylène succinate) vierge (PBS) a été extrudé avec 20% (en masse) d’acétate de cellulose (AC_DS=2.5) pour produire la co-matrice-PBS/AC. Ensuite, la cellulose microcristalline (CMC), a été rajoutée au PBS/AC avec et sans agents couplants (BP₁, BP₂; 10%). Le PBS, les mélanges binaires (PBS/AC, PBS/CMC) et les hybrides (PBS/AC/CMC, PBS/AC/CMC/BP₁, PBS/AC/CMC/BP₂), mis en forme par voie injection, ont été caractérisés thermiquement et mécaniquement. Les résultats montrent un effet nucleant de l’AC sur le PBS puisque la température du pic de cristallisation du PBS (75°C) diminue de 7% par rapport à celles des matériaux contenant l’AC; ce qui n’est pas le cas pour le mélange PBS/CMC où la température de cristallisation reste inchangée. Sur le plan mécanique que ce soit en mode traction ou en mode flexion, on note que l’addition de l’AC au PBS augmente la rigidité du PBS/AC, rigidité qui est meilleure dans le PBS/CMC et les hybrides. En mode traction, la résistance maximale des mélanges binaires et ceux des hybrides diminue approximativement de 23% comparativement au PBS tandis qu’en mode flexion, elle augmente de 7% exceptés les hybrides contenant les agents couplants.

Dans un contexte de demande croissante pour les matériaux et pour des considérations environnementales, plusieurs laboratoires ont développé de nouveaux matériaux dont les composites bois-polymères. La valorisation des matières résiduelles dont les plastiques et les écorces permettent de minimiser les impacts environnementaux et contribuent ainsi à l’économie circulaire. La production d’écorce des scieries du Québec a dépassé 1,84 million de tonnes métriques (TMA) en 2019 dont la majorité a été utilisée pour des fins énergétique et environ 250 milles TMA ont été disponibles et non valorisés. L’objectif de ce projet est d’étudier et de modéliser la stabilité dimensionnelle des biocomposites (BC) d’écorce. Des écorces d’épinette noire et de peuplier faux-tremble avec des teneurs de 50 % et 60 % avec le polyéthylène haute densité ont servi pour la production des BC par extrusion. On a mesuré l’absorption d’eau sur des éprouvettes normalisées à différents intervalles sur une période de 3 mois. La loi de Fick a permis de modéliser l’absorption d’eau avec une excellente concordance entre les données expérimentales et numériques. Les résultats suggèrent que la nature de l’écorce influence le coefficient de diffusion de l’eau et par conséquent la stabilité dimensionnelle des BC. Les BC de peuplier faux-tremble montrent des coefficients de diffusion de l’eau plus élevés que ceux de l’épinette noire.

Depuis quelques années, notre équipe a mis en place une nouvelle méthode de modification chimique des fibres naturelles par réaction de phosphorylation qui permet de moins les dégrader.1 Les fibres phosphorylées ainsi obtenues présentent plusieurs propriétés 2 et peuvent être utilisées dans de nombreux domaines comme les matériaux composites, l’agriculture, les emballages et autres.3,4 Cependant, les mécanismes mis en jeu dans la réaction sont peu étudiés parce que la phosphorylation des fibres peut être réalisée sans une connaissance plus approfondie des aspects fondamentaux de la réaction. Nous présentons les dernières avancées sur l’étude du mécanisme de la réaction de phosphorylation, particulièrement le rôle des réactifs secondaires tels que l’urée et les autres molécules contenant de l’azote. La maitrise du rôle des différents réactifs permet d’ajuster les conditions réactionnelles afin d’obtenir des fibres possédant des propriétés adaptées à chaque application.

La Stratégie nationale de production de bois (SNPB) mise sur l’aménagement durable des forêts québécoises comme moteur économique et comme levier d’atténuation des changements climatiques. Cette stratégie mise notamment sur l’innovation et sur la Politique d’intégration du bois dans la construction. En effet, le secteur du bâtiment est intimement lié aux secteurs de la forêt et des produits du bois. En 2020, près de 80% des volumes de bois rond consommés au Québec étaient destinés à la production de sciages (bois d’oeuvre, produits d’ingénierie).
Comment évoluera le parc immobilier québécois au cours des quarante prochaines années? Quels volumes de bois devront être transformés? Dans un contexte d’innovation et de changement (amélioration de procédés, valorisation des coproduits, utilisation efficace des matériaux, économie circulaire, etc.), comment peut-on évaluer à grande échelle les impacts environnementaux des bâtiments, de la forêt et des produits du bois?
Le modèle ODYM-RECC permet d’évaluer les impacts associés aux matériaux et à l’énergie consommés par le métabolisme social. Cette conférence présentera les résultats préliminaires de l’adaptation d’ODYM-RECC au contexte canadien. Ces travaux permettront d’évaluer les impacts des secteurs des bâtiments, de la forêt et des produits du bois à l’échelle de la société, selon différents scénarios climatiques et différentes stratégies d’atténuation des changements climatiques.

Dans l’est du Canada, les bois sans possibilités de transformation dans les industries conventionnelles (sciage, pâtes et papiers, panneaux) en raison de leur faible qualité sur le marché représentent une importante source de biomasse. La filière de la bioénergie forestière est une avenue prometteuse pour valoriser ces bois et contribuer à l’atténuation des changements climatiques. Cependant, les coûts élevés d’approvisionnement limitent son développement. L’intégration de la récolte de biomasse forestière aux activités sylvicoles pourrait être une solution pour le développement de plans d’affaires profitables de bioénergie forestière. Nous avons réalisé une étude empirique permettant d’évaluer et de comparer la rentabilité liée à l’approvisionnement en biomasse sous la forme de tiges ou de sections de tiges en complément de celles des bois destinés aux industries conventionnelles. Nous avons testé quatre intensités croissantes de récolte dans trois sites d’étude situés en forêts tempérées et boréales du Québec. Récolter la biomasse forestière en complément des produits du bois conventionnels a eu peu d’effets sur les coûts unitaires de récolte ($/m3) et des effets variés sur la rentabilité de l’ensemble de la chaine d’approvisionnement en bois. Notre étude démontre que les caractéristiques forestières, les taux de récolte de biomasse ainsi que les conditions de marché sont des facteurs importants à considérer pour le développement compétitif de la bioénergie forestière.

Une des barrières principales à l’adoption et au déploiement de la bioénergie est la complexité, réelle ou perçue, pour mettre en place des chaînes d’approvisionnement en biomasse. Certaines observations suggèrent que l’information et l’expertise sur l’organisation des chaînes d’approvisionnement existent, mais elles sont cependant disjointes. Les acteurs industriels qui désirent pénétrer et contribuer au marché de la bioénergie et aux chaînes d’approvisionnement peinent à avoir une vue d’ensemble claire pour prendre des décisions d’affaires. Même en présence d’une volonté politique certaine soutenant la bioénergie, des projets tardent à se concrétiser.

Des entrevues semi-dirigées et un atelier de discussion ont permis de révéler que les principaux enjeux sont reliés à la distance de transport, au déploiement des installations de consommation et à la demande pour la biomasse. Des pistes de solutions possibles passent par la décentralisation des points de chute ainsi que par l’instauration de programmes gouvernementaux pour stimuler l’utilisation de la biomasse et standardiser le produit fini. Des hypothèses de solution comprennent la création d’une société d’État ayant pour objectif d’acquérir la biomasse de manière décentralisée et de la distribuer vers les grands centres grâce à un réseau de transport optimisé.

Le GIEC reconnait que la foresterie constitue une voie privilégiée d’atténuation des changements climatiques parce qu’elle s’inscrit dans une politique plus large d’aménagement du territoire. Le portrait des émissions de GES au Québec identifie les transports, l’industrie et les bâtiments comme étant les trois principaux secteurs d’activité émetteurs. Un exercice de simulation suggère qu’un portefeuille ambitieux d’actions mobilisant le secteur forestier québécois pourrait s’attaquer de manière intégrée à ces sources d’émissions et permettre des atténuations annuelles de 0.5 à 6.7 Mt éq. CO₂ /année dès 2030. La clé de ces actions réside dans une transition industrielle accélérée du secteur forestier vers un haut rendement en produits du bois de longue durée, et une substitution ciblée des matériaux et énergies à fortes émissions de GES. Des mesures soutenant l’utilisation domestique des produits du bois pour la construction et de la bioénergie pour le chauffage, les procédés industriels et le transport pourront avoir un impact tangible sur l’inventaire québécois de GES. Cependant, les changements climatiques auront vraisemblablement un impact important sur les paysages forestiers québécois, par exemple par l’augmentation des espèces feuillues au détriment des espèces résineuses. Des mesures d’adaptation des pratiques d’aménagement forestier et de la capacité industrielle devront être envisagées pour assurer la résilience du secteur forestier sous un climat changeant.

À venir

Au Québec, le bannissement des matières organiques à l’enfouissement, objectif principal de la Politique Québécoise de Gestion des Matières Résiduelles, sera atteint en 2022. Une des techniques existantes pour le traitement du bois traité est la pyrolyse. Or, ce procédé n’élimine pas complètement l’azote présent dans les déchets de panneaux de particules. Dans ce contexte, cette étude vise à valoriser les panneaux à base de bois par la voie thermochimique à échelle pilote en deux étapes en vue de produire du biocharbon activé. Les gaz azotés polluants seront transformés par combustion complète en gaz inoffensifs dans une chambre de combustion modifiée. Des résultats préliminaires ont montré que les panneaux de particules broyés présentaient autour de 5 % d’azote et après le traitement thermochimique en deux étapes, ce taux est réduit à 2.5 %. Pendant ces traitements, le CO2 est le composant gazeux dominant parmi les gaz produits. Quelques gaz azotés formés (ammoniac, oxyde nitrique, etc.) après les deux étapes seront convertis en gaz inoffensifs dans la chambre de combustion (modifiée) dans les fours pilotes. De plus, le biocharbon activé, riche en azote, peut être utilisé dans plusieurs domaines (stockage d’énergie, adsorption de gaz et effluents polluants, catalyse) qui seront testés à la fin du projet. Du point de vue environnemental et économique, le projet contribuera à améliorer la réutilisation des déchets à base de bois selon une approche d’économie circulaire.

Dans le contexte actuel de transition d’une société pétro-dépendante vers une société bio-basée, les ressources lignocellulosiques représentent une alternative idéale car elles sont une source importante de lignine et de cellulose, donc des biopolymères susceptibles de remplacer des produits pétro-sourcés. La biodiversité des ressources peut générer des biopolymères aux propriétés et usages différents, aussi accessibles via des résidus lignocellulosiques de l’agriculture. Un couplage des propriétés des biopolymères du bois et de l’agriculture serait également intéressant. L’approche adoptée dans ce projet de recherche est un concept de bioraffinerie adapté à un agro-déchet : la balle de riz. Une hydrolyse acide est réalisée pour convertir le xylane de cet agro-déchet en xylose. Le résidu solide restant après élimination du xylane est transformé par un procédé organosolv catalytique breveté en lignine organosolv d’une pureté remarquable et en pâte cellulosique riche en silice. La pâte cellulosique est enfin purifiée à l’aide de carbonate de soude pour produire de la silice et de la cellulose. Afin d’optimiser ces procédés, différents paramètres ont été évalués : le temps et la température d’extraction, le rapport masse de matériau/volume de solvant, la composition du solvant, ainsi que la concentration en catalyseur et en base. Les biopolymères et la silice produits pourront être utilisés dans des matériaux composites ou comme source de molécules antioxydantes et aromatiques.

Les ressources naturelles forestières au Québec et la crise du papier obligent à innover et à proposer des produits nouveaux pour l’industrie forestière. L'objectif de cette bioraffinerie est de développer et de tester, jusqu’à une échelle précommerciale, une bioraffinerie intégrée novatrice pour une production sélective d'une série de molécules-plateformes biosourcées telles que la lignine pure, le n-butanol, le butadiène, l'acide succinique, l'acide lactique, l'acide lévulinique, le 1,4-butanediol, et le tétrahydrofuranne à partir de résidus lignocellulosiques, et de développer leurs indicateurs clés de performance respectifs.

Cette présentation dressera un portrait succinct des avancements en ce qui a trait au développement de deux procédés: Organosolv amélioré et prétraitement supercritique ainsi que la production d’adhésifs et de fibres de carbone.

La diminution des émissions des gaz à effet de serre est devenue une nécessité incontournable pour l’avenir. Les biocarburants de deuxième génération font partie de la solution pour permettre d’atteindre les objectifs du gouvernement du Québec. Dans ce contexte, RéSolve Énergie travaille activement à la mise en place d’une usine de démonstration permettant la production simultanée d’éthanol de seconde génération et de granulés de lignine à haute densité énergétique à partir de biomasses résiduelles disponible, renouvelables et peu couteuses : les Écorces.

La valorisation des écorces pour la production d’éthanol a toujours été un défi technologique en raison de la grande quantité d’inhibiteurs de la fermentation. Le procédé RéSolve permet d’extraire les sucres fermentescibles des écorces et de les convertir en éthanol tout en limitant l’impact des inhibiteurs sur les rendements. En outre, la lignine résultant de cette opération permet la production de granulés combustibles biosourcés 50% plus énergétiques que les granules de bois conventionnelles et une résistance à l’humidité pouvant faciliter le stockage et le transport. Ces granules de lignines peuvent ainsi concurrencer les énergies fossiles telles que le charbon ou le petcoke dans les applications industrielles.

RéSolve Énergie propose ainsi une solution rentable, favorisant une économie circulaire et réduisant les émissions de GES dans les deux secteurs les plus émetteurs : Les transports et l’industrie.

Les résidus industriels forestiers (RIF) sont généralement des produits secondaires générés par les opérations de transformation de bois tels que les résidus de l’industrie des pâtes et papiers. Même s’il existe plusieurs pistes de valorisation de ces matériaux, leurs élaborations et leurs mises en forme restent toujours difficiles. Dans cette optique, l’objectif de ce travail est de développer et d’imprimer des biocomposites à base de RIF-polymère et d’optimiser les paramètres d’impression 3D par le procédé extrusion de matière (EM). Vingt formulations à base de lignosulfonate et d’acide polylactique (PLA) ont été produites sous forme de filaments par EM. Ensuite, chaque formulation a été mélangée deux fois à l’aide d’une extrudeuse jusqu’à l’obtention d’un filament homogène de diamètre 1,75 mm. Ces filaments ont servi pour la production d’éprouvettes d’essai par EM. La température d’impression et l’angle de remplissage ont été étudiés. Des éprouvettes ont été fabriquées par injection parmi 4 formulations pour des fins de comparaison. Les biocomposites obtenus par les deux procédés ont été caractérisés en termes de propriétés mécaniques, thermiques, chimiques et microscopiques. Les résultats indiquent que l’incorporation de faibles teneurs de RIF améliore le module de traction et de flexion des biocomposites. Au-delà de 10% de RIF, une diminution des propriétés mécanique est observé.

De nombreuses études ont démontré que la biomasse lignocellulosique (comme le bois) possédait un potentiel de valorisation inexploité. En effet, cette biomasse est le plus souvent brulé pour en faire de l’énergie, ce qui libère le carbone forestier dans l’atmosphère.
Le bois est composé principalement de cellulose, d’hémicelluloses et de lignines. Dans ce projet, nous utilisons le procédé Organosolv, à base d'éthanol et d’eau pour extraire la lignine du bois dans une optique de bioraffinage. Ces travaux ont fait l’objet d’un premier article scientifique. La lignine est ensuite transformée en fibre grâce à l’électrofilage. Actuellement, nous optimisons cette étape afin d’obtenir des nano fibres les plus homogènes possible. Ensuite, après une stabilisation oxydative, les fibres seront placées dans un four à très haute température afin de les transformer en fibres de carbone (FC). Les FC ainsi produites seront testées comme renfort dans des matériaux pour comparer leurs propriétés avec les matériaux commercialisés actuellement.
Dans ce projet, les copeaux générés en scierie sont utilisés pour synthétiser des FC biosourcées. Utiliser la FC pour renforcer les véhicules diminuerait leur poids, réduisant leur consommation de carburant. La FC est actuellement synthétisée à partir d’une molécule issue du pétrole. La remplacer par une molécule biosourcée permettrait de réduire à la fois l’utilisation des ressources fossiles mais aussi le coût économique et écologique de la FC.

L'approvisionnement canadien en fibre de bois est depuis longtemps ravagé par les insectes et les feux de forêt, ce qui entraîne une diminution notable du volume de production de bois et une grande quantité de bois de faible qualité (BFQ). Afin de maintenir les profits des fabricants de bois, il est important d’explorer des applications à haute valeur ajoutée pour le BFQ.

Ce projet a analysé l’approvisionnement de la fibre et la disponibilité de BFQ dans les provinces de la Colombie-Britannique et du Québec. De plus, ce projet a évalué la faisabilité d’utiliser du BFQ dans la fabrication de panneaux lattés et trois plis en étudiant la taille de leur marché, les propriétés du produit, le coût de production, etc. Les résultats ont révélé que le pourcentage de BFQ au Québec est d’environ 27 % tandis que le pourcentage de BFQ en Colombie-Britannique est probablement plus élevé que celui du Québec dû à des perturbations plus sévères causées par des insectes et des feux de forêt. Le prix moyen du BFQ est de 18,5 % à 37 % inférieur à celui du bois de qualité élevée (grade N0.2 et supérieur). Les coûts de production des panneaux lattés et de trois plis au Canada sont estimés à environ 950 à 1 600$ CAD/m³ et 835$ CAD/m³, respectivement. Le BFQ pourrait être utilisé dans le cœur de panneaux lattés et trois plis tout en conservant les mêmes performances mécaniques que les panneaux traditionnels.

Dans l’industrie de la transformation du placage, le procédé de fabrication entraine des pertes importantes de matière lors de la mise à dimension, principalement au délignage pour la mise en largeur, mais aussi à l’éboutage pour la mise en longueur. Ces résidus représentent de 20% à 40% du volume de matière brutes. Présentement, les résidus sont souvent mélangés et envoyés au site régional d’enfouissement.
Dans un projet d’économie circulaire, une équipe multidisciplinaire dont Inovem a fait partie a effectué un exercice de remue-méninge pour faire émerger des idées de produits à valeur ajoutée dans lesquels ces résidus pourraient être avantageusement revalorisés.
La présentation résume le contexte du projet et présente les produits issus de la revalorisation.

L’augmentation de la demande énergétique et le réchauffement climatique poussent les chercheurs à se tourner vers les énergies renouvelables. En effet, la transformation de la biomasse lignocellulosique produit, en plus des biocarburants, des matériaux carbonés aux propriétés extraordinaires pour des applications diverses.

Dans ce travail, des photocatalyseurs Nitrure de carbone graphitique (g-C₃N₄)/nanofeuilles de carbone (NFC) avec Nickel (Ni) ont été synthétisés et optimisés par une simple méthode hydrothermale en variant le rapport NFC/urée. Les NFCs ont été préparées à partir de la lignine issue de l’industrie de transformation du bois.

Les résultats préliminaires sur la photodégradation du bisphénol A (BPA), sous la lumière visible, ont montré que le composé g-C₃N₄/NFC/Ni (NFC/urée = 0.01) présente l’efficacité la plus élevée. Ceci peut être expliqué par la répartition uniforme du g-C₃N₄ et les nanoparticules (NPs) de Ni sur les NFC ce qui facilite le transfert des électrons photogénérés sur les sites actifs et empêche la recombinaison des porteurs de charge (électron-trou). En plus, les NFCs (2D) et les NPs de Ni favorisent l’adsorption des molécules du BPA. Le taux de dégradation dépend de la concentration du BPA et du temps d’irradiation.

Les photocatalyseurs à base de lignine, matériau vert, renouvelable et non-dispendieux, présentent une opportunité inestimable pour la substitution des photocatalyseurs conventionnels dans le traitement des contaminants organiques.

Depuis 1989, l’équipe d’Innofibre partage son expertise dans le domaine des pâtes et papiers et des produits cellulosiques avec sa clientèle locale, nationale et internationale. Dans ce domaine en particulier, Innofibre est reconnu pour son service de qualité, sa flexibilité, pour l’accès à son équipe d’experts et pour ses équipements uniques en Amérique du Nord. Plus Récemment, Innofibre a su se positionner comme un joueur incontournable de la bioéconomie, de la valorisation de la biomasse ainsi que des ressources résiduelles. Dans ce contexte de développement, une antenne d’Innofibre a été ouverte dans le parc industriel des forges à Trois-Rivières. Celle-ci est équipée d’ateliers pilotes de conditionnement de la biomasse et de bioraffinage permettant la réalisation de projets variés grâce à des équipements de pointes, polyvalents et mobiles. La séquence des traitements peut être modulée en fonction des besoins spécifiques, allant de la séparation de matières résiduelles d’origine forestière, agricole, marine, industrielles, post-consommation, etc. jusqu’à leur transformation en bioproduit. Cette présentation a pour but de mettre de l’avant les équipements, l’expertise et les possibilités qui sont offerts au sein du Thermobiom à l’heure actuelle ainsi que les perspectives de développement à moyen terme.

Les emballages alimentaires sont majoritairement fabriqués avec des polymères synthétiques qui sont généralement non recyclables et leur élimination a un impact négatif sur l’environnement. D’autre part, la sécurité alimentaire est plus importante que jamais pour l’industrie. L’intérêt grandissant de la population pour les aliments « prêts à manger » augmente les risques de maladies causés par des intoxications alimentaires. En effet, les aliments, et particulièrement leur surface, peuvent parfois être contaminés par des bactéries pathogènes comme Listeria monocytogenes.
L’objectif principal de cette recherche consiste à mettre au point une application de phages, de grade alimentaire, sur papier de spécialité fabriqué par le partenaire du projet (Kruger) en vue de fabriquer un emballage bioactif à base de papier pour les viandes prêtes à manger.
La première partie de cette étude a permis d’étudier l’interaction entre les bactéries et deux produits de phages commerciaux. Un ratio phages/bactéries a été déterminé pour optimiser la réduction bactérienne.
La deuxième partie consistait à appliquer sur de papiers fabriqués et d’autres fournis par le partenaire. Les résultats préliminaires montrent que l’activité antimicrobienne dépend de la concentration de phages et que les papiers modifiés par les phages commerciaux ont une activité antimicrobienne.
Finalement, les conditions d’application des phages, de séchage et d’entreposage du papier ont été étudiées.