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Autoprotection contre les UV des surfaces de bois grâce aux fibres de cellulose

 

Exposé au soleil et aux précipitations, le bois devient rugueux et change de couleur. Prévenir – ou du moins retarder – les marques laissées par les facteurs climatiques permettrait d’améliorer la compétitivité du matériau bois en usage extérieur. Le projet a donc étudié les méthodes capables d’augmenter la résistance du bois au rayonnement UV.

Description du projet (projet de recherche terminé)

Utilisé en extérieur, le bois est fortement sollicité, tout particulièrement en surface. En fonction du type et de l’intensité des facteurs d’influence, on assiste à une détérioration de la substance ligneuse, à un grisaillement ou à des modifications disgracieuses de sa surface.

La transformation photochimique de la lignine et de constituants assimilables du bois qui absorbent les rayonnements ultraviolets joue un rôle essentiel dans ces processus. Les rayons du soleil transforment les groupes chromophores, qui confèrent au bois sa coloration naturelle, en substances solubles à l’eau, lesquelles sont ensuite évacuées par l’humidité de la pluie ou de la neige. La surface du bois devient rugueuse et grise. Nous avons cherché un procédé permettant de ralentir ces dégradations liées aux facteurs climatiques.

Contexte

L’utilisation du bois en extérieur pourrait gagner en importance si les surfaces pouvaient conserver leur aspect esthétique plus longtemps. Les modifications rapides et disgracieuses générées par le soleil ou les intempéries font que le choix des utilisateurs se porte souvent sur un autre matériau que le bois.

Objectif

L’objectif du projet consistait à développer une protection qui soit inhérente au bois et agisse sur sa surface pour le prémunir des effets délétères du rayonnement ultraviolet (protection UV). Cette protection peut être assurée par la création de plusieurs couches et faisceaux de fibres de cellulose. Dans la première phase du projet, notre équipe de chercheurs a étudié différentes possibilités de délignification. Nous avons notamment observé les effets produits en profondeur par la détérioration de la lignine et les modifications mécaniques et visuelles qui s’opèrent en surface. Dans la seconde phase du projet, nous avons étudié dans quelle mesure la surface délignifiée peut être stabilisée mécaniquement et rendue étanche. A cette fin, nous avons examiné l’efficacité de réactifs fonctionnalisés et de substances polymères. En employant différentes méthodes, nous avons constaté qu’une couche protectrice stable se forme à la surface du bois, qui repousse l’eau et retarde ainsi l’action des intempéries.

Importance

Une méthode qui délignifie les surfaces du bois tout en les stabilisant durablement permettrait de mieux les protéger pour les usages en extérieur. La compétitivité du matériau bois par rapport aux autres matériaux de construction pourrait s’en trouver sensiblement augmentée et se traduire par une utilisation plus répandue du bois dans tous les domaines d’application où celui-ci est exposé aux intempéries.

Résultats

Plusieurs méthodes ont été testées pour créer à la surface du bois une couche fibreuse plus riche en cellulose et assurer la délignification. Ces procédés permettent de développer une protection inhérente au bois, qui arrête ou ralentit la dégradation photochimique, et préserve le bois des effets délétères du rayonnement solaire.

L’exposition naturelle aux facteurs climatiques constitue une bonne méthode de délignification. A l’heure actuelle, il n’est toutefois pas possible de mettre en œuvre cette technique à l’échelle industrielle. Dans le cadre de cette exposition naturelle, la dégradation de la lignine suit un schéma spécifique et au bout d’un mois, la majeure partie de la lignine est déjà éliminée. Le processus de dégradation opère jusqu’à une profondeur d’environ 200μm. A ce stade, la stabilisation de la surface peut parfaitement s’effectuer au moyen d’une dispersion acrylique pure, sans qu’il soit nécessaire de recourir à des additifs spéciaux pour la protection UV.

Plusieurs méthodes de stabilisation mécanique des surfaces modifiées ont également été étudiées. La stabilisation s’avère indispensable car les surfaces délignifiées sont mécaniquement instables et fortement hygroscopiques. Divers polymères ont révélé de bonnes aptitudes à protéger le bois contre l’humidité. Les chercheurs ont utilisé ici des systèmes acryliques ainsi que des huiles naturelles et synthétiques et des substances fonctionnalisantes.

Titre original

Development of a natural UV-protection of wood surfaces by cellulose-rich layers

Responsables du projet

  • Dr. Thomas Volkmer, Berner Fachhochschule, Biel
  • Martin Arnold, Abteilung Holz, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA), Dübendorf
  • Prof. Francis W. M. R. Schwarze, Abteilung Holz, Eidgenössische Materialprüfungs- und Forschungsanstalt (EMPA), Dübendorf

 

 

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 Contact

Dr. Thomas Volkmer Architecture, bois et génie civil
Haute école spécialisée bernoise
Solothurnstrasse 102 2504 Biel +41 32 344 03 46 thomas.volkmer@bfh.ch