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Des mousses à base de bois, tout naturellement

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À la BFH, l’Institut des matériaux et de la technologie du bois (IWH) met au point des mousses rigides à base de bois qui peuvent être utilisées comme mousses structurelles ou isolantes. L’objectif est triple: accroitre la part des matériaux d’origine biologique produits de manière durable dans la fabrication des mousses, réduire les couts de production et améliorer la résistance des mousses à l’incendie.

Le marché mondial des mousses de polyuréthane (PU) ne cesse de croitre et devrait passer de 20 milliards de francs en 2018 à 25 milliards en 2022. Cette évolution met clairement en évidence l’importance des mousses structurelles ou isolantes dans l’économie actuelle. En raison d’une demande en hausse dans les domaines de la construction, des emballages et des transports, les perspectives sont aussi excellentes pour d’autres mousses rigides ne contenant pas de PU.

Écorce et bois: des matériaux parfaits pour produire des mousses

L’écorce et le bois contiennent des substances qui se prêtent très bien à la fabrication de mousses rigides. Il s’agit d’une part de la lignine, un des trois éléments structurels des tissus du bois: avec une part de 25 à 30 %, elle est présente en grandes quantités dans les cellules ligneuses. D’autre part, on trouve des tanins condensés dans le bois de certaines espèces, ainsi que dans les écorces de toutes les essences. Ces deux composants correspondent en fait à des polyphénols naturels qu’il est possible de lier chimiquement à d’autres éléments. Les conditions sont donc remplies pour qu’ils puissent servir à la production de polymères ou de condensés susceptibles d’être transformés en mousses à l’aide d’agents d’expansion. La cellulose, qui constitue la principale substance structurelle du bois avec une part comprise entre 40 et 45 %, peut également contribuer à l’efficacité des mousses en renforçant les fibres.

Nouvelles substances de base

Depuis quelques années, de nouveaux procédés de nettoyage appliqués dans l’industrie du papier et de la cellulose mettent à disposition des quantités croissantes de lignine technique épurée. Les premières unités de production de tanins condensés issus de ressources indigènes devraient en outre bientôt être fonctionnelles. Dans le domaine de la cellulose, des produits fortement défibrés («cellulose microfibrillée») ou des fibres très fortement déchiquetées rendent désormais possibles de nouvelles formulations pour les mousses. La disponibilité des matières premières pour les produits et procédés novateurs est donc déjà une réalité ou le sera bientôt.

Deux images d’une mousse rigide contenant une grande proportion de matériaux issus du bois: vue macroscopique à gauche et vue au microscope électronique à droite.

Des propriétés très variées

En fonction du profil d’exigences défini pour les mousses rigides, on peut formuler différents systèmes recourant à des composants issus du bois. Les tanins condensés permettent de fabriquer des mousses résistant mieux à l’incendie. À partir de lignine, on peut produire des mousses présentant une structure régulière d’alvéoles fermées, pour un vaste choix d’applications (mousses isolantes, notamment). Les fibres de cellulose présentent un potentiel important pour la fabrication de mousses structurelles devant résister à des contraintes mécaniques particulières: elles servent alors à renforcer la matrice de mousse. On poursuit actuellement la mise au point de mousses à base de bois destinées au marché, dans le cadre de diverses coopérations. Le but est de parvenir à fabriquer – pour différents domaines d’utilisation – des mousses comportant la plus grande proportion possible de composants issus du bois.