Des matériaux en bois difficilement inflammables grâce aux enzymes de melon : la sciure de bois devient un matériau ignifuge

Chaque tronc d'arbre scié produit de la sciure. Chaque année, des millions de tonnes de sciure sont produites dans le monde entier et sont généralement brûlées. Le dioxyde de carbone stocké dans le bois est alors rejeté dans l'atmosphère, ce qu'il serait préférable d'éviter pour des raisons de protection du climat. Une équipe de recherche de la chaire des matériaux à base de bois de l'ETH Zurich et de l'Empa a développé un procédé permettant de transformer la sciure de bois en un composite recyclable et respectueux de l'environnement. La sciure peut ainsi être conservée plus longtemps dans le cycle des matériaux. Les chercheurs utilisent pour cela le minéral struvite, un phosphate d'ammonium et de magnésium cristallin et incolore.

On savait déjà que la struvite possédait des propriétés intéressantes pour la protection contre l'incendie. Cependant, en raison de son comportement de cristallisation, il était difficile de combiner le minéral avec des particules de sciure de bois. Les chercheurs utilisent désormais une enzyme qu'ils extraient des pépins de pastèque pour contrôler la cristallisation de la struvite dans une suspension aqueuse avec de la sciure. Il en résulte de gros cristaux qui remplissent les espaces vides entre les particules de sciure et les lient solidement entre elles. Le matériau compressé pendant deux jours est ensuite retiré du moule et séché à température ambiante.

Des éléments en bois qui se protègent eux-mêmes

«Le matériau est plus stable à la pression que le bois d'épicéa d'origine, perpendiculairement à l'orientation des fibres de bois», explique Ronny Kürsteiner, qui a développé le procédé dans le cadre de sa thèse de doctorat sous la direction d'Ingo Bungert, professeur de matériaux à base de bois. En raison de ses propriétés mécaniques et de sa grande résistance au feu, il convient surtout à l'aménagement intérieur. En effet, la struvite n'est pas seulement incombustible, mais elle contribue activement à augmenter la résistance au feu. Sous l'effet de la chaleur, le minéral se décompose, libérant de la vapeur d'eau et de l'ammoniaque. Ce processus absorbe la chaleur de l'environnement et a donc un effet refroidissant. De plus, les gaz ininflammables libérés chassent l'air, qui manque ainsi au feu pour se propager, de sorte que le matériau se carbonise plus rapidement.

L'équipe a collaboré avec des chercheurs de l'école polytechnique de Turin, qui ont testé le matériau dans un calorimètre conique. Il s'agit d'une méthode d'essai standardisée qui reproduit le comportement en cas de rayonnement thermique externe. Alors que le bois d'épicéa non traité prend feu au bout de 15 secondes environ, le composite struvite-sciure met plus de trois fois plus de temps. Une fois qu'il a pris feu, une couche protectrice de matière inorganique et de carbone se forme rapidement et protège le matériau contre la propagation du feu. «Les panneaux de sciure de struvite se protègent donc quasiment d'eux-mêmes», explique Kürsteiner.

Les premières estimations auraient montré que le matériau pourrait atteindre la même classe de résistance au feu que les panneaux de particules liés au ciment traditionnels. Cependant, cela doit encore être confirmé par des expériences d'ignifugation à plus grande échelle. De tels panneaux de particules sont aujourd'hui très répandus dans l'aménagement intérieur pour des applications ignifuges. Ils sont composés de 60 à 70 % de ciment, sont donc lourds et présentent un mauvais bilan climatique en raison de la consommation d'énergie élevée lors de la fabrication du ciment. En revanche, les panneaux de sciure de struvite ne sont composés que de 40 pour cent de liant et sont donc nettement plus légers.

Un processus de recyclage simple

Ce nouveau type de composite présente un autre avantage décisif par rapport aux autres matériaux de construction composites : après une démolition, les panneaux de particules liés au ciment finissent généralement dans les décharges spéciales. Les panneaux de sciure de struvite, en revanche, peuvent être décomposés en leurs différents composants. Pour ce faire, le matériau est brisé mécaniquement dans un broyeur et chauffé à une température légèrement supérieure à 100 degrés Celsius, ce qui libère l'ammoniac et permet de tamiser la sciure. Ensuite, la matière minérale de base de la struvite, appelée newberyite, est à nouveau précipitée sous forme solide.

La newberyite peut ensuite être à nouveau utilisée avec de la sciure de bois pour fabriquer des composites. Ainsi, ce nouveau matériau pourrait un jour apporter une contribution importante à l'économie circulaire. Il peut en outre être utilisé comme engrais naturel. Il est intéressant pour l'agriculture, car il libère lentement et de manière contrôlée le phosphore lié dont les plantes ont besoin pour leur croissance.

Dans une prochaine étape, les chercheurs souhaitent optimiser davantage le processus de production et le mettre à l'échelle. Le fait que le matériau s'impose dans le secteur de la construction dépend surtout du coût du liant, explique Kürsteiner. Comparée aux liants polymères ou au ciment, la struvite est relativement chère. Mais cela pourrait changer en exploitant un autre cycle : la struvite se retrouve en effet en grande quantité dans les stations d'épuration, où elle bouche les canalisations d'eaux usées. «Nous pourrions utiliser ces dépôts comme matériau de base pour notre matériau de construction», explique Kürsteiner.

Source : Empa