Qu'est-ce que le bois densifié, dont la résistance est comparable à celle de l'acier, des alliages de titane et de la fibre de carbone ?

Le bois est utilisé depuis l'Antiquité pour fabriquer des meubles, construire des maisons, des bateaux, les fuselages des premiers avions et bien d'autres objets. Les matériaux modernes tels que l'acier, le béton ou le plastique l'ont remplacé parce qu'ils étaient bien meilleurs en termes de résistance et de dureté. Mais aujourd'hui, la performance d'un matériau est également jugée en fonction de son impact sur l'environnement, et le bois l'emporte haut la main. Il revient donc sur le devant de la scène et les scientifiques découvrent de nouvelles façons d'améliorer ses performances. C'est le cas groupe de chercheurs de l'Université du Maryland qui a produit un bois aux propriétés remarquables, 12 fois plus résistant et 10 fois plus dur qu'avant le traitement, comparable à l'acier, aux alliages de titane ou à la fibre de carbone.

Élimination d'une partie de la lignine et pressage du bois chauffé

Le terme "traitement" n'est peut-être pas le plus approprié, car le bois n'est pas traité avec d'autres substances, mais seulement transformé d'une certaine manière. Contrairement à Accoya ou KebonyLe bois a été traité avec différentes résines pour augmenter sa résistance à l'extérieur, super bois - a été soumis à un traitement de délignification partielle suivi d'un pressage.

Les principaux matériaux qui composent le bois sont la cellulose, les hémicelluloses et la lignine. Ce sont eux qui créent la cellule du bois. La cellulose et les hémicelluloses forment la matrice, et la lignine imprègne la matrice, ce qui donne au bois sa rigidité, son poids et sa couleur. Des chercheurs de l'université du Maryland, qui dans le passé ont également bois transparentIls ont soumis le bois à une délignification partielle à l'aide de produits chimiques, puis l'ont pressé pendant 24 heures, au cours desquelles le bois a été chauffé en permanence à 65°C.

L'élimination partielle de la lignine a rendu le bois plus léger et spongieux. La pression subséquente a fait s'effondrer les parois cellulaires, ce qui a entraîné le compactage des fibres de cellulose et la formation de nouvelles liaisons hydrogène très solides. Le pressage élimine également les défauts tels que les vides, les fibres tordues ou les nœuds, et les propriétés du bois deviennent plus uniformes.

Il convient de noter que les chercheurs sont parvenus à trouver la limite de la délignification qui permet d'obtenir des performances exceptionnelles du matériau obtenu. Un pourcentage plus ou moins élevé de lignine enlevée donne des résultats très différents, le bois obtenu étant beaucoup moins performant. Tout cela est dû aux liaisons hydrogène formées lorsque le pourcentage de lignine restant dans la structure du bois est optimal.

Un bois aux propriétés nouvelles, beaucoup plus solide et résistant

Le bois obtenu est 5 fois plus fin qu'à l'origine, mais 12 fois plus solide et 10 fois plus dur. Des clous ont été fabriqués à partir de ce matériau et martelés dans le bois en le passant facilement à travers 3 plaques ou des couteaux qui coupent des morceaux de bœuf épais. On a également tiré sur le matériau avec des projectiles ressemblant à des balles, qui passaient facilement à travers le bois normal mais ne pénétraient pas le bois densifié. Le test peut être vu ici.

Lorsqu'il est utilisé dans la construction, le bois est critique qu'il est très résistant le long de la fibre, mais qu'il cède lorsqu'une force est appliquée perpendiculairement à celle-ci. Dans le cas du bois densifié, il faut une force dix fois supérieure pour qu'il cède. Le bois densifié est aussi solide que l'acier, mais 6 fois plus léger. Les chercheurs pensent que ce nouveau matériau pourrait être utilisé pour la fabrication de voitures et d'avions, dans la construction, bref partout où l'on utilise de l'acier.

L'application de cette méthode à l'échelle industrielle permettrait d'utiliser des espèces à croissance rapide dont la résistance et la dureté sont très faibles pour produire un matériau très résistant, à la fois biodégradable et à faible empreinte carbone. Cela permettrait de protéger les espèces ayant de très bonnes qualités mais une croissance très lente. Associé à un reboisement permanent et à une exploitation durable, ce serait un très bon moyen d'utiliser des matériaux performants sans nuire à l'environnement et à la santé des habitants de la planète.

Bien qu'elle soit très résistante, l'eau reste un facteur de vulnérabilité.

Comme il n'y a pas de matériau parfait et qu'il n'y a pas de super bois a sa faiblesse, à savoir sa vulnérabilité à l'eau. Le nouveau matériau ne perd pas l'affinité reconnue du bois pour l'eau, et plus la teneur en humidité augmente, plus ses propriétés physiques et mécaniques diminuent. Le bois densifié doit donc être protégé de l'eau et de l'humidité afin de bénéficier de ses propriétés particulières. L'une des méthodes pour empêcher l'eau de pénétrer est l'enduction ou l'imprégnation partielle d'huiles. Il s'agit d'une méthode inspirée du passé, lorsque la protection des bateaux se faisait avec de l'huile ou de l'eau. goudron obtenu en chauffant le bois à haute température. 

Mais l'affinité pour l'eau est utile pour la biodégradation du bois. Les exigences actuelles visent à utiliser de plus en plus de produits biodégradables qui ne nuisent pas à l'environnement à long terme. Le bois est un tel matériau, mais il a besoin d'eau pour se dégrader. C'est pourquoi il faut trouver le juste équilibre entre la résistance à l'humidité et l'affinité pour l'eau.

Le 21e siècle semble être celui du bois

Bien que le premier bois densifié soit disponible depuis plus de 5 ans, les résultats de la recherche n'ont pas encore atteint le niveau industriel. Mais c'est un processus qui demande du temps et des investissements, et le groupe de chercheurs a déjà pris des contacts. Ce niveau sera certainement atteint, car le 21e siècle semble être le siècle du bois. L'émergence de nouveaux produits industrialisés de plus en plus utilisés dans la construction montre la volonté de faire du bois un matériau aussi performant que possible. Et le superwood est un tel matériau.

Pour continuer à profiter du bois et de ses qualités particulières, nous avons toutefois besoin d'une gestion durable des forêts, d'un reboisement permanent et de solutions permettant d'utiliser des espèces considérées comme inférieures mais dont la croissance est beaucoup plus rapide.