Les procédés industriels de transformation des grandes productions végétales génèrent des quantités importantes de sous-produits qui peuvent très souvent trouver une valorisation en tant que sources de molécules à valeur ajoutée ou dans le domaine des matériaux. De plus, les politiques actuelles en matière de développement durable se basent sur trois grands principes : le respect de l'environnement et des hommes, la réduction des déchets et des matières polluantes et le remplacement partiel ou total des dérivés pétrochimiques par des ressources renouvelables. La valorisation de la biomasse est portée par deux défis majeurs : l'industrie des matières plastiques doit faire face à une diminution des ressources pétrolières et à une prise de conscience des populations de l'impact des matériaux plastiques sur l'environnement ; et les déchets provenant de l'agriculture représentent la plus grande part des déchets produits en France. Une partie de ces déchets est valorisée comme source d'énergie pour l'exploitation agricole, dans l'alimentation animale ou dans la fabrication de papier et de panneaux de particules. Dans ce contexte, les matériaux issus de la biomasse, ont non seulement l'avantage d'offrir un nouveau débouché pour l'agriculture dans la gestion de ses coproduits mais présentent aussi de nombreux autres atouts : utilisation de ressources renouvelables, diminution des rejets de gaz carbonique, le plus souvent biodégradables et/ou compostables, etc. Les matériaux ainsi élaborés doivent non seulement présenter des propriétés mécaniques comparables à celles des matériaux pétrochimiques mais également une innocuité vis-à-vis des utilisateurs.
Ces travaux de thèse présentent l’élaboration de panneaux sans liant produits suite à un procédé de cuisson-compression, à partir de coproduits de chêne issus de l’industrie des tonneaux. L’impact des conditions de thermocompression sur les émissions de COV est étudié, afin d’une part d’identifier et de quantifier les COV émis par les panneaux sans liant ; et d’autre part de sélectionner certains COV, pour l’étude de l’impact de l’eau sur les émissions des panneaux, ce qui a été effectué en variant l’humidité de la matière première avant le procédé de cuisson-compression.
La température et le temps du procédé de cuisson-compression ont été étudiés sur des plages 129-220 °C et 1-11 min. Une augmentation indépendante de ces deux paramètres s’est traduit par une augmentation des émissions de COVT, d’acide acétique, de furfural ou de formaldéhyde notamment, ce qui a été relié à la dégradation thermique des composants de la matière première (hémicelluloses, lignine et cellulose). Une augmentation de la température du procédé de thermocompresion a également permis d’obtenir des panneaux avec une meilleure résistance mécanique (module de rupture et module d’élasticité). Une augmentation de la température et du temps de pressage a permis d’améliorer la stabilité dimensionnelle des panneaux sans liants (prise de masse et prise en épaisseur suite à l’immersion dans l’eau) et résistance à l’eau (angle de contact). L’humidité de la matière première a été variée entre 3,7 % et 25,6 %, ce qui a impacté les émissions de COV avec une augmentation des émissions pour certains composés (formaldéhyde, acétaldéhyde et furfural). Les panneaux présentant les meilleures caractéristiques mécaniques sont ceux élaborés à partir des humidités intermédiaires de la matière première. En revanche, les panneaux les plus stables dimensionnellement et résistants à l’eau sont ceux qui ont été mis en forme à l’humidité la plus élevée.
Ces travaux de thèse ont ainsi permis d’apporter de nouvelles connaissances quant aux émissions de panneaux sans liant élaborés à partir de chêne. L’impact des conditions de cuisson-compression sur les émissions des panneaux et sur leurs diverses caractéristiques a été mis en évidence. Enfin, ces travaux sont les premiers publiés sur l’impact de l’eau sur les émissions de COV. |
Industrial processes for the transformation of large-scale agricultural production generate large quantities of by-products that can very often be used as sources of value-added molecules or in the field of materials. In addition, current policies on sustainable development are based on three main principles: respect for the environment and people, reduction of waste and pollutants, and partial or total replacement of petrochemical derivatives by renewable resources. Biomass recovery is driven by two major challenges: the plastics industry is facing a decrease in oil resources and a growing public awareness of the impact of plastics on the environment; and agricultural waste represents the largest amount of waste produced in France. A part of this waste is used as a source of energy for the agricultural exploitation, in animal feed or in the manufacture of paper and particle boards. In this context, materials derived from biomass not only have the advantage of offering a new outlet for agriculture in the management of its by-products but also have many other advantages: use of renewable resources, reduction of carbon dioxide emissions, most often biodegradable and / or compostable, etc. The materials thus elaborated must not only present mechanical properties comparable to those of petrochemical materials but also a harmlessness towards the users.
This research work presents the development of binderless panels produced by a cooking-compression process, using oak co-products from the barrel industry. The impact of thermocompression conditions on VOC emissions is studied, in order to identify and quantify the VOCs emitted by the binderless panels, and to select some VOCs for the study of the impact of water on panel emissions, which was done by varying the moisture content of the raw material before the cooking-compression process.
The temperature and time of the cooking-compression process were studied over the ranges 129-220 °C and 1-11 min. An independent increase in these two parameters resulted in increased emissions of VOCs, acetic acid, furfural or formaldehyde, among others, which was related to the thermal degradation of the raw material components (hemicelluloses, lignin and cellulose). An increase in the temperature of the thermocompaction process also resulted in panels with better mechanical strength (modulus of rupture and modulus of elasticity). Increasing the temperature and pressing time improved the dimensional stability of the panels without binders (water absorption and thickness swelling after immersion in water) and water resistance (contact angle). The moisture content of the raw material was varied between 3.7% and 25.6%, which impacted VOC emissions with an increase in emissions for some compounds (formaldehyde, acetaldehyde and furfural). The binderless boards with the best mechanical characteristics are those made from the intermediate humidities of the raw material. On the other hand, the most dimensionally stable and water resistant panels are those that were formed at the highest humidity.
This thesis work has thus provided new insights into the emissions of binderless panels made from oak. The impact of the cooking-compression conditions on the emissions of the panels and on their various characteristics was highlighted. Finally, this work is the first published on the impact of water on VOC emissions. |