Comme le métal, le bois peut "fondre" et se souder. Une découverte récompensée par le prix Schweighofer
L'avenir ? ça semble en tout cas prometteur !Le prix Schweighofer de l’innovation technologique est remis le 13 juin 2005 à une équipe franco-suisse (1) conduite par Tony Pizzi (INRA-ENGREF-Université Nancy I) et par Balz Gfeller (Suisse) pour leurs travaux sur le soudage du bois. Il s’agit d’un procédé de friction qui permet d’assembler des pièces de bois entre elles sans utiliser de colle. Il permettrait de limiter l'emploi des colles vinyliques ou acryliques contenant des produits toxiques et/ou volatiles qui sont sources de pollution.
Près de 100 000 tonnes de colles d’origine pétrochimique sont utilisées en France par an. En plus des risques de pollutions, l’emploi de ces colles induit un surcoût et requiert un temps de polymérisation très long pour obtenir le collage. Par comparaison, le soudage du bois sans colle est très rapide. Il consiste à frotter les pièces de bois l’une sur l’autre en appliquant une pression. Pour cela, on utilise une machine de soudage par friction, machine utilisée habituellement pour souder les matériaux thermoplastiques notamment dans l’industrie automobile. Aux températures très élevées obtenues par la friction (supérieures à 180°C), la lignine et l’hémicellulose qui constituent la paroi des fibres de bois changent d’état et de comportement. Les fibres «fondent», s’enchevêtrent et se soudent les unes au autres sous l’effet de la pression, formant un joint à la surface de contact entre les pièces. Les chercheurs ont montré que de nouveaux composés carbonés, tels que le furfural, apparaissent et solidifient le réseau de lignine et d’hémicellulose formé. La résistance mécanique de ces joints, obtenus en quelques secondes, est équivalente à celle d’une colle après 24 h de collage.
Ce procédé peut être appliqué pour souder 2 pièces planes, d’une même essence de bois ou d’essences différentes, pour la réalisation de meubles et menuiseries intérieures, la seule restriction du procédé étant qu’il n’est pas adapté aux milieux humides. On pourra ainsi passer des «lamellés collés» aux «lamellés-soudés», pour les parquets par exemple.
Une autre application concerne l’assemblage du bois par chevilles. En faisant tourner la cheville dans le bois à l’aide d’une simple perceuse, on obtient une fixation de la cheville 20 fois plus solide que celle des chevilles traditionnelles des menuisiers. Cette mise en oeuvre est à la portée de tout bricoleur et de nombre de PME, puisque l’on peut utiliser des outils standards.
Pour la petite histoire…
Paradoxalement, un des chercheurs qui a coordonné ces travaux, Tony Pizzi, est un spécialiste des colles. Lors d’un essai portant sur le collage du bois avec des résines thermoplastiques polymérisées par friction linéaire, un technicien de l'HSB oublia de mettre la résine. C’est ainsi que les propriétés de «fusion» du bois ont été démontrées : la friction suffisait à coller le bois ! Grâce aux analyses réalisées par l’équipe française, par les techniques de RMN (Résonance magnétique nucléaire), de microscopie électronique et de radiographie aux rayons X, les scientifiques ont pu observer et étudier les interactions moléculaires qui se produisent au coeur du bois lors de ces phénomènes.
Le prix de l'innovation
Le prix Schweighofer a été créé en 2003 par des industriels du bois autrichiens désireux de favoriser l’innovation et le transfert de technologie dans le domaine du bois. Tous les deux ans, sont décernés 4 prix d’innovation pour des travaux encore en phase de transfert, ce qui est le cas pour le soudage du bois.
La cérémonie de remise des prix a lieu en Autriche le lundi 13 juin, à la mairie de Vienne, lors d’une soirée de gala placée sous le haut patronage du Dr. Heinz Fisher, président de l’état fédéral Autrichien.
Informations sur le prix Schweighofer : http://www.schweighofer-prize.org/
(1) - Tony Pizzi, professeur à l’ENSTIB, est le coordinateur scientifique du projet et responsable du laboratoire dans lequel la découverte du soudage rotatif a été réalisée.
Unité mixte de recherche «Etude et recherche sur le matériau bois» (LERMAB), INRA – ENGREF - Université Henri Poincaré Nancy I (ENSTIB, Ecole Nationale Supérieure des Technologies et Industries du Bois d'Epinal et Faculté des Sciences), département « Caractérisation et élaboration des produits issus de l'agriculture », centre INRA Nancy.
- Jean-Michel Leban a réalisé l’analyse des radiographies aux rayons X permettant la caractérisation physique des joints soudés. Unité mixte de recherche «Etude des ressources forêt-bois» (LERFoB), INRA-ENGREF, département « Ecologie des forêts, prairies et milieux aquatiques », centre INRA Nancy.
- Balz Gfeller est le coordinateur de l’équipe suisse et responsable du laboratoire dans lequel la découverte du soudage linéaire a été réalisée (Haute école d’architecture, de génie civil et du bois HSB de Bienne, en Suisse). Frédéric Pichelin (ingénieur ENSTIB), Milena Properzi, Stefanie Wieland et Mario Lehmann sont les membres de ce laboratoire qui ont apporté des contributions majeures. Les trois premiers sont d’anciens étudiants de Tony Pizzi, le dernier est celui qui a réalisé le premier essai de soudage sans colle.
- Luc Delmotte a réalisé les analyses RMN des systèmes soudés pour déterminer les réactions chimiques pendant le soudage (Ecole Nationale Supérieure de Chimie de Mulhouse).
- Michela Zanetti, est une ancienne étudiante doctorale ENSTIB de Tony Pizzi qui a obtenu son DEA à l’INRA, aujourd’hui au Forest Products Center University of Tennessee 2506 Jacob Drive Knoxville,
- François Kanazava est un ancien étudiant de l’ENSTIB, ingénieur Valeo Vision, Bobigny, France
Contact scientifique :
Tony Pizzi
Mél : antonio.pizzi@enstib.uhp-nancy.fr
