Composition chimique du bois et de la fibre

Composition chimique du bois et de la fibre

Les fibres de bois

Les fibres de bois sont des structures composites qui sont considérées comme des structures cristallines et des micro-fibrilles qui jouent le rôle d’agent de renfort dans les composites à base de bois. Elles sont renouvelables, biodégradables, non abrasives et hydrophiles (Migneault, 2007). Les fibres de bois sont composées des liens d’hydrogènes entre le groupement hydroxyle, de la cellulose avec la contribution de l’acide carboxylique, des hémicelluloses, de la lignine et, une proportion trop faible, des protéinés, des extractibles et de certains composés inorganiques (Rowell et al, 1997).Les fibres dépendent de la classe de l’arbre (résineux ou feuillu). La structure de bois des résineux est assez simple, elle est constituée de trachéides longitudinales. E lles ont un rôle de conduction et de soutien de l’arbre. Les feuillus ont une structure complexe. Les rayons ligneux sont constitués de cellules de parenchymes qui peuvent être accompagnées de trachéides (Panshin et al, 1980). La f01me habituelle des fibres est tubulaire. Elles sont constituées de deux parois ; primaire et secondaire (Figure 1.1).La paroi primaire, qui est composée d’une membrane mince, forme une gaine de protection. La paroi secondaire, qui est fo1mée par des micro-fibrilles, est constituée de trois couches : St, S2 et S3. Micros fibri lies S,+ S2 + S, Paroi secondaire
Lamelle mitoyenne.La cellulose, l’hémicellulose et la lignine se trouvent dans chacune des couches, f01mant la paroi cellulaire (Panshin et al, 1980). La propoliion de la cellulose et de l’hémicellulose augmente en allant de la lamelle vers le centre de la couche S2, alors que la proportion de la lignine est concentrée dans la lamelle moyenne. La Figure 1.2 illustre la distribution des composés organiques dans les différentes couches de la paroi cellulaire (Panshin et de Zeeuw 1980). L’étude de la morphologie des fibres peut se faire par microscopie optique, par microscopie électronique à balayage ou par microscopie électronique à transmission (Vincent, 2006).

Composition chimique du bois et de la fibre

Le bois est l’un des matériaux les plus utilisés et les plus appréciés pour ses propriétésmécaniques, pour son pouvoir calorifique et comme matière première pour de multiples branches industrielles. En plus d’être une source de plusieurs produits chimiques industriels importants, il est la source principale de fibres pour la pâte, le papier, les panneaux de fibres, les composites de bois-polymère, les panneaux de particules et le contreplaqué. Les principaux éléments chimiques du bois sont le carbone (50%), l’oxygène (42%), l’hydrogène (6%), des traces d’azote (1% et moins) et des minéraux principalement le calcium (Ca), le potassium (K), le sodium (Na), le magnésium (Mg),
le fer (Fe) et le manganèse (Mn) (Hazard et al, 1990). On trouve également du soufre, du chlore, du silicium, du phosphore et d’autres éléments en faible quantité.Le carbone, l’oxygène et l’hydrogène se combinent pour former trois types de polymères naturels : la cellulose, la lignine, les hémicelluloses. On trouve également dans le bois un groupe de composés chimiques qui peuvent être prélevés des matériaux ligneux par extraction appelés les extractibles (Hazard et al, 1990). La composition chimique du bois est résumée au tableau 1.2 (Panshin et de Zeeuw, 1980).

La cellulose

La cellulose représente la moitié du poids du bois ( 40 à 50 % ), elle est composée d’une longue chaîne de molécules de glucose de monosaccharides formés par photosynthèse à partir du dioxyde de carbone atmosphérique (C02) (Bowyer et al. 2005).Les molécules sont reliées entre elles de façon àformerde longues chaînes de cellulose.La fmmule empirique de la cellulose est la suivante : (C6H!oÛ5) n. L’indice n est le degré de polymérisation où le nombre de monomères de glucose par chaîne de cellulose (Stevanovic et Perrin, 2009). Ce degré de polymérisation est compris entre 200 et 30 000. Les unités du glucose formant la chaîne de cellulose sont reliées entre elles par des liaisons ~-1, 4-Giycosidiques. Ces différentes chaînes placées côte à côte sont liées par de nombreuses liaisons hydrogène(H) inter caténaire (Figure 1.3), pour constituer des micro-fibrilles extrêmement résistantes.La cellulose est considérée comme le constituant du bois le plus stable chimiquement et thermiquement (Stevanovic et Pen·in, 2009). Elle se trouve à environ 80 % sous forme cristalline dans le bois et joue un rôle primordial dans la tenue mécanique de la paroi cellulaire des fibres.

Les hémicelluloses

L ‘hémicellulose est de forme (C6 H1o 05 )n, avec un degré de polymérisation beaucoup plus petit que celui de la cellulose (n de l’ordre de 150), elle représente 25% en poids du bois (El Hadji, 2008). Les hémicelluloses sont des polymères plus courts (masse molaire inférieure) et ranùfiés. Elles sont composées principalement de pentoses et d’hexoses avec des petites proportions de glucose. Elles ont une structure semcristalline étant donné qu’elles sont composées de polymères branchés.Les hémicelluloses sont très hydrophiles et se dégradent beaucoup plus facilement que la cellulose (Damell et al, 1990). Les hémicelluloses sont amorphes et sont composées
de: D-glucose, D-mannose, D-galactose, D-xylose, L-arabinose, glucuronique et acide uronique (Bowyer et al, 2005 ; Hansen et Plackett. 2008). On illustre à la figure 1.4 la structure des différents monomères des hémicelluloses.

La lignine

C’est le troisième constituant de la paroi cellulaire. Elle est amorphe avec 20 à 30% en poids du bois. Sa structure chimique est complexe, du fait qu’il existe au moins trois types de monomères différents qui sont les alcools p-coumarylique, corùférylique et sinapylique (Figure 1. 5). La lignine e.t une sub.tance pMnolique qui varie, comme pour les hémicelluloses, en fonction de l’e »Pèce, de l’âge du végétal et des conditions climatiques. Elle contribue à la rigidité des parois cellulaires. Elle e•t thermoplastique, soluble dans les solutions alcalines et n’e.t pas facilement dé11adable ni hydrolysable (Bowyer et al, 2005)

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Table des matières

REMERCIEMENTS
LISTE DES ACRONYMES
LISTE DES FIGURES
LISTE DES TABLEAUX
RÉSUMÉ
ABSTRACT
INTRODUCTION
CHAPITRE 1
1. Généralités
1.1 Les fibres de bois
1.2 Composition chimique du bois et de la fibre
1.2.1 La cellulose
1.2.2 Les hémicelluloses
1.2.3 La lignine
1. 3 Procédés de mise en pâte
1. 4 Résidus papetiers
1.4.1 Nature des rejets
1.4.2 Système de traitement des effiuents papetiers
1.4.3 Caractéristiques physico-chimiques des boue
1. 5 Composition des boues de dés encrage
1.5.1 Le procédé de désencrage
1.6 Méthodes de valorisation des boues
1.6.1 Enfouissement
1.6.2 Épandage agricole et sylvicole
1.6.3 Le compostage
1.6.4 La réhabilitation des terrains
1.6.5 La valorisation énergétique
a) L’incinération
b) L’oxydation humide
c) La gazéification
1.6.6 Utilisation pour la fabrication de panneaux à base de fibres de bois
1.6.7 Utilisation des résidus papetiers pour la fabrication de CBP
1.6.8 Autres voies de valorisation
1. 7 Les composites bois polymères
1. 7.1 Présentation de la matrice thermoplastique
1. 7.1.1 Les polymères thermodurcissables
1.7.1.2 Les polymères thermoplastiques
1.7.1.3 Les adjuvants
1. 7.2 Techniques de fabrication des composites
CHAPITRE 2 Matériel et méthodes
2.1 Objectifs
2.2 Hypothèses de la recherche
2.3 Matériel
2.3.1 Préparation des fibres
2.3.2 Caractérisation des propriétés des fibres
2.3.3 Caractéristiques du polymère
2.3.4 Agent de couplage
2.4 Méthodes
2.4.1 Techniques de mise en forme des composites
2.4.1.1 Mise en granules des composites au laboratoire
2.4.1.2 Mise en forme des composites à l’échelle pilote
2.4.2 Moulage par injection
2.4.2 Caractérisation des CBP
2.4.3.1 Propriétés physiques
2.4.4 Analyse statistique des résultats
CHAPITRE III
3.1 Résultats détaillés des propriétés physiques et mécaniques
3.2 Analyse et discussion des résultats
3 .2.1 Effet du procédé de mise en forme et de la proportion des fibres
3.2.1.1 Effet du procédé de mise en forme et la proportion des fibres sur les propriétés physiques des CBP
3.2.1.2 Effet du procédé de mise en forme et la proportion des fibres sur les propriétés mécaniques des CBP
3.2.2 Effet des boues de désencrage
3.2.2.1 Effet de la proportion des boues de désencrage sur les propriétés
physiques des CBP
3.2.2.2 Effet de de la proportion des boues de désencrage sur les propriétés
mécaniques des CBP
3.2.3 Comparaison entre les effets des fibres et des BD sur les propriétés physiques et
mécaniques des CBP
3.2.3.1 Comparaison entre les effets des fibres et des BD sur les propriétés physiques
3.2.3.2 Comparaison entre les effets des fibres et des BD sur les propriétés mécaniques
3.2.4 Effet combiné des boues et des fibres kraft sur les propriétés des composites CBP
3.2.4.1 Effet combiné des BD et des fibres kraft sur les propriétés physiques des CBP
3.2.4.2 Effet combiné des BD et des fibres kraft sur les propriétés mécaniques
CHAPITRE IV CONCLUTIONS
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXES