215 - Matériaux renouvelables à l'ère d'une économie verte

Dans la plupart des applications utilisant le matériau bois, notamment dans la construction, on recommande toujours l'usage d'une essence naturellement durable, une propriété que la plupart des essences ne possèdent pas. Cet inconvénient est principalement surmonté par des traitements qui permettent d'améliorer la durabilité et d'autres propriétés connexes. Les approches de préservation du bois sont multiples et ont toutes pour objectif d'améliorer les propriétés du bois, entre autres sa durabilité. Certaines approches reposent sur l'utilisation de produits chimiques qui font face à des exigences environnementales de plus en plus restrictives. D'autres reposent plutôt sur des traitements n'utilisant aucun produit chimique tels que les traitements thermiques. Dans le présent exposé, on propose un survol des diverses techniques de traitement thermique du bois en passant par la torréfaction, la thermocompression et l'oléothermie.

Le thuya occidental (Thuja occidentalis L) offre des opportunités d'applications intéressantes pour l'industrie, grâce à sa stabilité dimensionnelle et sa durabilité naturelle. Toutefois, les informations sur la variation et la qualité de son bois sont très limitées, pourtant cette essence peut apporter une contribution substantielle au développement économique de plusieurs régions du Québec. Les objectifs de ce travail sont: (1) étudier les variations intra-arbres, intrasite et intersites de la masse volumique et de la croissance du bois du thuya occidental et (2) déterminer la relation entre la croissance et les composantes de la masse volumique. Onze sites ont été sélectionnés le long d'un gradient latitudinal Sud –Nord en Abitibi-Témiscamingue. Des carottes de sondage ont été échantillonnées sur trente arbres par site pour étudier les variations de la croissance et de la masse volumique du bois par densitométrie à rayon X. Quinze arbres ont été également échantillonnés et abattus sur trois sites et ont servi pour étudier les variations radiales et longitudinales de la croissance et de la masse volumique du bois. Les résultats ont permis d'établir les profils des variations radiales et longitudinales de la masse volumique et de la largeur des cernes du thuya occidental. L'âge cambial est la principale source de variation intra-arbre des propriétés étudiées.

Le bois et le bois d'ingénierie sont vulnérables à la défaillance pendant leur exposition au feu réduisant ainsi leurs champs d'application. Pour surmonter cet inconvénient et afin de répondre aux exigences dictées par les codes du bâtiment au sujet de la sécurité publique dans les constructions résidentielles et non-résidentielles, les traitements d'ignifugation sont parmi les solutions envisagées. L'application de revêtements intumescents est l'une des voies les plus convoitées. Sous l'effet de la chaleur, les revêtements intumescents agissent comme des barrières physiques qui empêchent l'oxygène d'atteindre le substrat et les produits inflammables de s'échapper. Ainsi, l'objectif général de ce projet est d'évaluer la performance des revêtements ignifuges pour augmenter la protection des bois d'ingénierie contre le feu. Plus spécifiquement, l'étude vise à optimiser les conditions d'application de différents revêtements intumescents et d'évaluer leur performance face au feu. À cet effet, quatre peintures intumescentes ont été appliquées sur les surfaces des panneaux LVL à trois niveaux de grammage (120g/m², 240g/m², 360g/m²). Les masses résiduelles ainsi que les pics endothermiques des mélanges (peintures/bois) obtenus à partir de l'analyse thermogravimétrique (TGA) à 600°C et de l'analyse de calorimétrie différentielle (DSC) ont démontré que les quatre peintures proposées confient au panneau LVL de meilleures propriétés ignifuges.

Le polycaprolactone (PCL) est un polyester biodégradable de faibles propriétés thermiques (Température de fusion : Tf= 57,5°C). En vue de remédier à ce désavantage et d'améliorer les performances mécaniques et les propriétés rhéologiques du PCL, des fibres de pâte chimique Kraft Blanchie (PKB) de trois longueurs différentes (d ≤ 53μm, 53 ≤ d ≤150μm et 150 ≤ d ≤ 250μm) ont été utilisées pour renforcer la matrice polymère. Quatre pourcentages de renfort (10, 20, 30 et 40%) ont été mélangés par extrusion avec le polymère à 130 °C. L'analyse différentielle à balayage calorimétrique a révélé des augmentations de la température de fusion, de la température de cristallisation et du taux de cristallinité avec l'ajout des fibres. Ce résultat est confirmé par la diffraction de rayon X, où le taux de cristallinité augmente avec l'augmentation du pourcentage de renfort et de la taille des fibres dans la matrice PCL. Ceci est attribué à un phénomène de nucléation hétérogène de la matrice à la surface des fibres donnant naissance à des couches transcristallines. Cette structure a été approuvée par des observations au microscope électronique à balayage. Les tests mécaniques en traction montrent, qu'à une faible teneur en fibres (≤20%), l'élongation à la rupture augmente légèrement.

Recycler les résidus de l'industrie de la transformation du bois pour la production de composites bois-polymère (CBP) permettrait d'optimiser l'utilisation des arbres récoltés, d'augmenter la chaîne de valeur, et de réduire l'empreinte environnementale. Le but de l'étude était d'évaluer le potentiel de différents résidus de la transformation du bois pour la production de CBP. Dix résidus furent échantillonnés selon quatre groupes : (1) sciure et espèces sous-utilisées, (2) écorce, (3) sciure de l'industrie des panneaux composites, et (4) boues papetière. Ces fibres furent caractérisées en termes de teneur en cellulose et en cendre (niveau de contamination). Les échantillons CBP furent formés par moulage par injection selon trois proportions de fibres pour chacune des fibres. La résistance mécanique, la rigidité, le gonflement à l'eau augmentent avec la proportion de fibres tandis que la ténacité et la ductilité diminuent. En moyenne, les CBP faits avec les résidus ont des propriétés mécaniques et physiques moindres que les témoins faits avec du bois. La boue Kraft fait exception et produit la deuxième meilleure formulation de composite. La boue de désencrage produit des CBP avec une ténacité et une stabilité dimensionnelle élevées. Les résidus de l'industrie des panneaux composites ont formés des CBP similaires aux témoins fait du bois, mais avec une résistance à l'eau inférieure. L'écorce n'est pas recommandée pour les CBP.

Les pièces de bois se déforment souvent lors du séchage ce qui affecte leur valeur et utilisation. Basé sur les lois de conservation, un modèle mathématiques 3D en éléments finis a été implémenté. Ce modèle décrit, à la fois, le transfert de l'humidité dans la pièce lors du séchage et la déformation mécanique qui est engendrée par les gradients de teneur en humidité. On tient compte de la variation locale de la teneur en humidité, des propriétés mécaniques orthotropes ainsi que des coefficients de retrait. De plus, le modèle prend en compte les paramètres qui ont un grand impact sur la stabilité dimensionnelle de la pièce tels que le défilement de la bille, le schéma de coupe de la pièce, l'orientation des cernes annuels et l'angle du fil spiralé. En tant qu'outil de simulation et de prédiction, notre programme permet d'examiner différents schémas de débitage et morphologie de bille et leur impact sur le développement de principaux types de déformation des pièces. On a la flexibilité de changer l'espèce, la forme et la dimension des pièces. On peut également étudier l'impact de la position de la pièce dans la bille sur l'amplitude et le type prépondérant de déformation (torsion, tirant à coeur, voilure, cambrure).

Les produits de commodité à usage intérieur sont d'une importance majeure dans notre vie quotidienne. La durabilité de ces produits dépend non seulement du type de substrat utilisé, mais aussi du système de protection des surfaces de ce dernier. Pour des raisons d'apparence naturelle (couleur, grain et texture) de ces surfaces, le bois est par excellence le matériau pour l'industrie du meuble au Québec. Cependant, due à la nature hydrophile de ses composantes chimiques, le bois est un matériau sensible à l'humidité. Ainsi, la fabrication de meubles constitués de composants en bois sans aucune protection de leurs surfaces, limite la durée de vie des meubles. Les revêtements multicouches sont généralement utilisés comme une approche technologique afin de protéger les surfaces de bois. Cependant, dans le cas d'usages intérieurs à forte humidité, la performance des revêtements des composants en bois doit être améliorée. La combinaison de la technologie de polymérisation UV et de la nanotechnologie, permet de développer des revêtements nanocomposites ayant des propriétés mécaniques supérieures comparées à celles des revêtements conventionnels. L'objectif général de ce travail consistait à protéger les surfaces de bois à l'aide de différents systèmes de revêtements nanocomposites multicouches et, par la suite, d'évaluer les propriétés mécaniques en termes d'adhérence et de résistance aux égratignures, ceci, en fonction de l'humidité relative (HR).

Fort de l'expertise développée dans ce projet, le CSPP s'est intéressé à ce qui arriverait si les ingrédients actifs employés étaient tous concentrés à la surface du papier. À l'aide de différentes techniques de couchage, ces produits ont été appliqués sur certains papiers. Comme la chaleur active la réaction de fixation de l'ester à la cellulose, la température de séchage a également été un paramètre étudié. Il en a résulté un papier avec des caractéristiques antiadhésives surprenantes. Ce papier présente comme avantage supplémentaire de pouvoir être recyclable, ce qui n'est pas le cas pour les endos d'étiquette conventionnels à base de silicone.

Dans le cadre d'un projet antérieur, le CSPP a participé à l'évaluation des additifs fonctionnels pour réduire le peluchage du papier. Dans ce projet, les composés chimiques ont été mélangés avec la pâte à faible dosage avant la fabrication du papier. Des résultats prometteurs ont été obtenus avec certains types d'esters de phosphate qui ont permis au papier produit d'être beaucoup moins sensible au peluchage. Cela permettait aux imprimeurs d'augmenter de façon sensible le nombre de copies imprimées entre les nettoyages des presses.

La présentation portera sur le fractionnement réactif de la biomasse résiduelle de nature lignocellulosique (spécialement les résidus agricoles et forestiers) pour l'obtention de flux distincts de cellulose, d'hémicelluloses et de lignine et la possibilité d'obtenir des extractibles. Les flux peuvent ensuite être acheminés vers l'obtention de biocarburants ou autres produits commerciaux. Les flux peuvent aussi être transformés en coproduits de plus haute valeur selon les opportunités sur place ou locales qui se présentent. L'accent sera mis sur les résultats du procédé de fractionnement « Agrosphère », développé à l'UQTR, où la cellulose, les hémicelluloses et la lignine de résidus de récolte du maïs ont été fractionnés avec une extrudeuse à double rotation et ensuite valorisés.

La biomasse résiduelle est une ressource abondante, diversifiée et disponible qui, comme au Québec, constitue un outil socio-économique primordial pour la relance et la pérennité des régions. Dans le contexte socio-économique, énergétique et environnementale actuel, il y a intérêt à tirer le maximum de produits de chaque composante de la biomasse résiduelle pour percer différents marchés ou développer des niches, et aussi pour des utilisations « sur place » ou locales. Les technologies de traitement sont maintenant adaptées ou développées pour fractionner les composantes de la biomasse et obtenir par voie chimique ou biologique des produits d'intérêt.