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La nanotechnologie au service de la conservation du bois

 

Le bois est un matériau naturel qui se décompose au fil du temps sous l’action de microorganismes. Il convient donc de le protéger pour permettre son emploi accru dans le bâtiment. Des scientifiques se sont intéressés aux opportunités que présentent les nanoparticules pour la protection du bois.

Description du projet (projet de recherche terminé)

Au cours des dernières années, la recherche en matière de protection du bois s’est surtout focalisée sur le développement de produits écocompatibles. Pour parvenir à leurs fins, les scientifiques misent également sur les nanoparticules, car des études antérieures ont révélé qu’elles sont capables, en fonction de leur taille, de pénétrer dans la structure du bois et que certaines de leurs propriétés de surface leur permettent même de former des liaisons moléculaires protectrices. Il s’avère toutefois difficile de comparer les résultats obtenus dans la mesure où la diversité de taille des nanoparticules ne constitue que l’une des nombreuses variables exerçant un effet sur les caractéristiques d’imprégnation du bois. Des analyses systématiques s’imposent donc afin que les équipes de recherche puissent réellement évaluer les potentiels offerts par la nanotechnologie en matière de protection du bois.

Contexte

L’emploi de produits de protection du bois permet de limiter, voire d’empêcher totalement les dégradations causées par les microorganismes ou les insectes et d’améliorer ainsi sa durabilité. Au fil des années, les substances chimiques contenues dans ces produits se diffusent dans l’atmosphère, ce qui peut présenter un risque important pour l’environnement et diminue par ailleurs leur effet protecteur. La recherche s’est donc fixé pour objectif de développer des produits de protection du bois qui soient à la fois performants et compatibles avec l’environnement. Du fait de leurs caractéristiques de surface spécifiques et de leurs fonctionnalités physico-chimiques, les nanoparticules peuvent jouer à ce titre un rôle déterminant. Certains produits de protection du bois déjà sur le marché, comme le "cuivre micronisé", contiennent de nombreuses particules de tailles diverses ainsi que des quantités non négligeables de nanoparticules. De nombreux paramètres restent néanmoins encore à explorer en ce qui concerne les caractéristiques d’imprégnation, les schémas de distribution et l’optimisation des nanoparticules ainsi que l’ajustement de ces processus.

Objectif

Les membres de l’équipe de recherche ont étudié les propriétés des nouvelles nanoparticules utilisées pour la préservation du bois en s’intéressant tout particulièrement à l’effet protecteur que ces dernières pouvaient exercer et aux mécanismes en lien avec ce processus. Ils ont également porté leur attention sur les risques que les nanomatériaux sont susceptibles de présenter pour l’environnement et la santé humaine.

Pour atteindre ces objectifs, les expert-e-s de différentes disciplines ont travaillé en étroite collaboration et mis en commun leurs connaissances dans le domaine de la synthèse et de la caractérisation des particules, de la technologie du bois, de la microscopie et de la nanotoxicologie.

Importance/Application

Ce projet peut déboucher sur le développement de nouveaux traitements du bois basés sur la nanotechnologie susceptibles d’être commercialisés. Les résultats obtenus peuvent contribuer à améliorer les méthodes de protection du bois existantes et favoriser l’élaboration de nouvelles applications, issues de la nanotechnologie dans le secteur économique majeur que constitue le bâtiment.

Résultats

A travers les résultats obtenus, les scientifiques ont acquis une meilleure compréhension du comportement et de la répartition des nanoparticules dans la structure du bois. Ils savent désormais comment ces molécules interagissent avec le bois et sont en mesure d’évaluer leur effet protecteur. Pour ce faire, ils ont dû mettre au point des méthodes leur permettant de visualiser le stockage de très faibles quantités de particules. Cette démarche leur a permis de mieux comprendre les phénomènes d’imprégnation du bois traité avec des produits contenant des nanoparticules métalliques, comme le cuivre par exemple. Il est désormais possible de déterminer plus simplement et plus précisément la quantité de nanoparticules réellement stockées dans le bois. La taille et les propriétés de surface des nanoparticules utilisées pour la protection du bois peuvent aussi être définies plus précisément et, de ce fait, optimisées de manière ciblée. Ces avancées simplifieront les futures recherches des chercheuses et chercheurs et la mise sur le marché de produits de protection du bois à base de nanoparticules. Grâce aux analyses réalisées, l’équipe de recherche est parvenue à établir la concentration minimale de nanoparticules nécessaire afin d’assurer la protection efficace de différentes essences de feuillus et de conifères. La connaissance de ces seuils s’avère essentielle pour une mise en œuvre économique et écologique des nanoparticules.

Le projet a par ailleurs donné lieu au développement d’une méthode simple et peu coûteuse permettant de caractériser la forme et la distribution granulométrique des nanoparticules. Cet outil est donc désormais à disposition pour l’analyse des produits de protection du bois nanobasés.

Enfin, ces travaux de recherche ont permis de recueillir des informations sur la nature des interactions existant entre la surface des nanomatériaux et les parois cellulaires du bois. Les scientifiques ont ainsi mis au point une méthode de mesure novatrice, qui pourrait remplacer la méthode longue et complexe utilisée à l’heure actuelle.

Titre original

Implications for the wood (preservation) industry

Responsables du projet

  • Prof. Alke Fink, Adolphe Merkle Institut, Universität Freiburg Schweiz
  • Prof. Thomas Volkmer, Architektur, Holz und Bau, Berner Fachhochschule, Biel
  • Prof. Bernard Grobéty, Departement für Erdwissenschaften, Universität Freiburg Schweiz
  • Prof. Barbara Rothen-Rutishauser, Adolphe Merkle Institut, Universität Freiburg Schweiz

 

 

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 Contact

Prof. Alke Fink Adolphe Merkle Institute
University of Fribourg
Chemin des Verdiers 4 1700 Fribourg +41 26 300 95 01 alke.fink@unifr.ch