Composition chimique du bois

Composition chimique du bois

De l’arbre à la cellule

L’anatomie des bois est étudiée selon trois plans perpendiculaires: transversal, tangentiel et radial correspondant aux trois directions d’anisotropie du bois pour la majorité de ses propriétés. Ces trois plans sont indiqués sur la Figure 1, ci-dessous. Le plan tangentiel est parallèle à l’axe de la tige et tangent aux cernes annuels d’accroissement, le plan transversal est perpendiculaire à l’axe de la tige et le plan radial passe par l’axe de la tige. Les trois directions radiale (R), tangentielle (T) et longitudinale (L) sont les directions d’anisotropie du bois. Les études microscopiques dans les plans définis cidessus permettent de définir les caractéristiques des cellules du bois et de distinguer une essence de bois d’une autre en effet, pour une espèce précise, le plan ligneux étant similaire dans l’ensemble de la structure des branches et du tronc. L’observation microscopique de coupe transversale de résineux et de feuillus provenant de zones tempérées (Figure 2) réalisée au niveau des cernes montre la présence de deux zones anatomiques claires. Elles correspondent au bois final (bois d’été) et au bois initial (bois de printemps) qui se différencient par une variation des dimensions et des épaisseurs des parois. Le bois initial se caractérise par des trachéides de fort diamètre chez les résineux et par des vaisseaux de gros diamètre chez les feuillus. A la fin de l’été, les parois des cellules du bois deviennent plus épaisses et dures, et la conduction de sève réduit. A l’inverse, au printemps, les parois des cellules sont fines.

Le bois des résineux est généralement constitué de trachéides réparties de façon homogène, de rayons et de canaux résinifères axiaux Figure 3). Ces trachéides sont obliques à leur extrémité et sont reliées entre elles par des ponctuations. Les rayons ligneux sont des éléments horizontaux associés aux canaux résinifères horizontaux communiquent avec les trachéides par des ponctuations au niveau des champs de croisement. L’anatomie des feuillus est plus complexe que celle des résineux. Le bois des feuillus est constitué de vaisseaux et de fibres très épaisses et de lumen presque inexistant. Les vaisseaux de gros diamètre sont reliés entre eux par de nombreuses ponctuations et construisent avec les fibres un réseau complexe vertical (Figure 4). De même pour les résineux, le parenchyme axial est inclus dans ce réseau. Les rayons ligneux des feuillus sont constitués soit d’une simple rangée de cellules ou bien de plusieurs rangées selon l’essence.

La lignine

La lignine est le polymère le plus abondant sur la Terre après la cellulose. C’est une substance organique complexe, non linéaire, tridimensionnelle, amorphe et de nature phénolique fortement hydroxylée. Elle est synthétisée à partir de trois alcools phénoliques: les alcools coniférylique, coumarylique et sinapylique. La polymérisation de ces trois alcools engendre trois types d’unités dans la lignine: G pour guaïacyle, H pour parahydroxyphényle et S pour syringyle. Ces fonctions alcools sont à la base de sa réactivité et impliquent d’autres groupes fonctionnels comme des noyaux aromatiques ou des groupements carbonyles. La lignine représente 20 à 35% du bois selon les essences. Sa teneur change au sein de la paroi, elle se trouve abondamment au niveau de la lamelle mitoyenne. La lignine est aussi située dans les parois secondaires, la forte réticulation de la lignine contribue à la rigidité du matériau bois. La structure des lignines ne peut pas être précisément déterminée, elle est très complexe car les unités constitutives sont liées entre elles par de nombreux types de liaisons et de manière désordonnée. De plus, elles sont liées aux autres constituants du bois par des liaisons de typebenzyléther ou benzylester ce qui rend leur analyse difficile. Les lignines des résineux et des feuillus se différencient alors par leur teneur en unités G, S et H. La composition des lignines de feuillus est plus hétérogène, (unités syringyles et guaïacyles) par rapport aux lignines des résineux (unités guaïacyles). La lignine des feuillus ayant plus de groupements

Basidiomycètes

Les Basidiomycètes représentent le risque le plus élevé pour le bois car elles dégradent les polymères structuraux du bois pour se nourrir ce qui aboutit à une diminution des propriétés mécaniques et à un changement d’odeur et de couleur du bois. Ces champignons sécrètent des enzymes dépolymérisant les constituants lignocellulosiques du bois en molécules simples afin qu’ils puissent être absorbés par la membrane de leurs hyphes. Ce mode de nutrition est général à l’ensemble des basidiomycètes, ils le réalisent de façon plus ou moins quantitative selon les espèces. Les Basidiomycètes regroupent les pourritures brunes ou cubiques et les pourritures blanches ou fibreuses qui se distinguent par leurs modes de dégradation du bois et leurs substrats de prédilection (Rowell , 2005; Lyon, 2007). 16 Les pourritures brunes telles que Coniophora puteana attaquent préférentiellement les polysaccharides (cellulose et hémicelluloses) grâce à un système complexe d’enzymes réductases. Elles dégradent les résineux et plus rarement les feuillus. Les bois attaqués présentent un aspect poudreux avec une coloration brun foncée et des fractures en quadrillage d’où son nom de «pourriture cubique». Différents mécanismes interviennent dans la dégradation du bois par les pourritures brunes: des systèmes enzymatiques, avec des enzymes hydrolytiques extracellulaires, et des systèmes non enzymatiques. Les parties cristallines de la cellulose sont dépolymérisées par des systèmes non enzymatiques oxydatifs mettant en jeu le système H2O2/Fe2+ lors d’un cycle connu sous le nom de réaction de Fenton. Les pourritures brunes sécrètent des endo-glucanases qui participent aussi à la dégradation de la cellulose. La décristallinisation de la cellulose augmente sa sensibilité aux exo- et endo-glucanases. Les hémicelluloses sont amorphes par rapport aux celluloses cristallines, elles sont dégradées avant les celluloses en raison de leur grande accessibilité. Les pourritures brunes ne peuvent pas dégrader la lignine ce qui entraine des pertes de masse maximales de 70% dans le cas des attaques par des pourritures brunes uniquement (Ringman et al., 2014).

Généralités sur les termites Les termites sont classés au rang taxonomique de l’ordre des isoptères. Ils sont organisés en colonies composées de plusieurs castes: ouvriers, soldats, nymphes, reproducteurs, roi, reine et larves cohabitent entre eux via des systèmes de communication complexes. Chaque membre de cette colonie a un rôle à jouer pour pouvoir faire survivre la colonie. Les ouvriers, qui représentent la majorité de la colonie (environ 90 à 95% des individus), sont chargés de satisfaire les besoins alimentaires de la colonie, d’apporter les soins aux larves et de la construction de la termitière. Les soldats représentent un peu moins de 10 % de la population et sont responsables de la protection de la colonie. Les reproducteurs sont les plus faiblement représentés dans la colonie et ils ont pour unique fonction la reproduction. On en distingue deux types: les reproducteurs primaires et les reproducteurs secondaires (néoténiques). Ils peuvent rester dans la colonie en tant que reproducteurs, ou la quitter pour disséminer l’espèce par marcottage ou bouturage. Si l’un des deux sexués fondateurs meurt, il est très rapidement remplacé par un néoténiques ( Pascal , 2004; Fouquet et al., 2009). Ces ravageurs sont une menace sérieuse pour les plantes et les structures. Ils représentent une grande problématique économique dans le monde, en particulier dans la région méditerranéenne et dans les régions tropicales. Les termites attaquent généralement toutes les essences du bois (aubier et duramen) à l’exception du duramen de quelques essences tropicales denses. Ils se nourrissent du bois de printemps (plus riche en amidon). Le bois dégradé par des termites est feuilleté et cimenté. Leur mode de propagation les amène à dégrader également d’autres matériaux que le bois d’oeuvre tels que le carton, le papier, les panneaux de bois, mais aussi des matériaux tendres tels que le polystyrène, le plastique, les matériaux isolants pour atteindre une source de nourriture (Pascal, 2014).

Table des matières

1 Introduction générale
2 État de l’art sur le bois, sa préservation et les enjeux enviromentaux associés
2.1 Rappels sur le matériau bois
2.1.1 Structure anatomique
2.1.1.1 De l’arbre à la cellule
2.1.1.2 L’ultra- structure du bois
2.1.2 Composition chimique du bois
2.1.2.1 Les substances macromoléculaires du bois
2.1.2.2 Les substances de faible poids moléculaire
2.2 Agents biologiques de la dégradation du bois et méthodes de préservation
2.2.1 Les organismes de dégradation du bois
2.2.1.1 Les bactéries
2.2.1.2 Les champignons
2.2.1.3 Les insectes
2.2.1.4 Les térébrants marins
2.2.2 La durabilité naturelle et la durabilité conférée
2.2.3 Les méthodes préservation du bois par imprégnation
2.2.4 Imprégnation du bois par des produits de préservation
2.2.4.1 Les goudrons et les huiles
2.2.4.2 Les composés organiques
2.2.4.3 Les produits hydrosolubles
2.3 Les nouvelles alternatives
2.3.1 Développement de nouveaux biocides
2.3.2 Préservation par modification structurelle du bois
2.3.2.1 Les modifications par traitements chimiques
2.3.2.2 Les traitements thermiques du bois
2.4 Les termites et la résistance du bois traite thermiquement
3 Résultats et discussion
3.1 Effets de différents additifs sur la fixation du bore
3.2 Effets de différents traitements développés sur la durabilité du bois et ses propriétés mécaniques
3.2.1 Traitements à base de borax et méthacrylate de polyglycérol
3.2.2 Traitements à base de borax et de l’adduit du polyglycérol sur l’anhydride maléique
3.2.3 Traitements impliquant modification chimique et traitement thermique sans borax
3.3 Fixation du bore à l’aide d’une résine phénol formaldéhyde
4 Conclusion générale et perspectives
5 Références bibliographiques

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