Les matériaux composites à base de bois (composites à matrice organique)

Les matériaux composites à base de bois (composites à matrice organique)

Les matériaux composites à base de bois sont définis comme une famille de matériaux constitués de plus petites composantes de bois de formes différentes généralement agglomérées à l’aide d’un liant. Les matériaux composites à base de bois ont été développés durant la seconde moitié du 20e siècle, à partir de technologies appliquées à la fabrication de contreplaqués, pour valoriser les déchets issus de la première et de la deuxième transformation du bois (Chapman 2006). Les principaux matériaux composites à base de bois sont les panneaux de fibre (faible densité, densité moyenne et haute densité), les panneaux de particules, les panneaux de lamelles (orientées ou non) et les panneaux contreplaqués (Lépine 2013).

Le bois est un matériau naturel composite formé de cellulose, de lignine et d’hémicellulose. Afin de surmonter les inconvénients liés à la nature du bois (dimensions naturelles et orthotropie) plusieurs matériaux sont apparus sur le marché. L’encollage de plus petites composantes de bois à l’aide d’un adhésif permet Les matériaux composites à base de bois (composites à matrice organique) 8 de mieux contrôler les propriétés du matériau résultant. Cela permet entre autres d’utiliser des arbres plus petit diamètre, d’utiliser les déchets de bois d’autres procédés comme le sciage, d’enlever les défauts présents dans le bois, comme les nœuds, pouvant affaiblir sa structure finale, de créer des composantes plus uniformes, de développer des composites plus résistants que le bois solide original et de décider de la forme finale du matériau produit (Berglund et Rowell 2005).

Les critères de performance pour les composites à base de bois sont directement liés à l’utilisation finale du produit. Les produits laminés sont souvent utilisés à des fins structurelles. Pourtant il est nécessaire de prendre en compte les besoins au niveau de la résistance, de la sécurité et de la réponse à court et à long terme du matériel à l’environnement de service (Bucur 2011). 1.1.1. Classification des matériaux composites à base de bois Les matériaux composites (panneaux agglomérés) à base de bois sont utilisés pour différentes applications structurales et non structurales. Par exemple, les panneaux de fibres de densité moyenne (MDF) sont couramment utilisés pour les meubles de cuisine et les moulures, tandis que les panneaux de lamelles orientées (PLO) et les panneaux contreplaqués sont principalement utilisés en construction (Maloney 1993).

Les panneaux agglomérés peuvent être considérés comme un mélange de plusieurs composantes comme les particules de bois, le liant, la cire et l’eau. Les matériaux composites à base de bois sont classés en quatre groupes : panneaux de fibres feutrés, panneaux de particules comme les PLO et les MDF, panneaux bois-ciment et enfin, d’autres types de panneaux comme les contreplaqués de bois feuillus (Cloutier 2006). La classification des matériaux composites à base de bois se fait au moyen du poids spécifique, de la densité, de la matière première et des méthodes de fabrication (Figure 1.1). 

Figure 1.1: Classification de matériaux composites à base de bois basée sur la taille des particules, la densité et les processus de fabrication (d’après Stack el al. 2010). Le MDF est un panneau fabriqué à l’aide de fibres de bois liées entre elles par un adhésif synthétique. Ces panneaux ont été développés depuis la fin des années 1960. Ils sont caractérisés par l’utilisation de fibres de bois dans un procédé à sec. Les panneaux sont comprimés jusqu’à une masse volumique moyenne de 500 à 800 kg/m3 sous l’effet de la chaleur et de la pression (Cloutier 2006).

La matière première utilisée inclut les copeaux, les planures, les délignures, la sciure et la bagasse. Pour la fabrication des fibres, le processus de raffinage est utilisé. Le bois passe par un défibreur qui brise les liens entre le bois. La colle urée-formaldéhyde est largement utilisée pour le MDF à cause de son faible coût, mais elle s’utilise de moins en moins à cause des émissions de formaldéhyde. Les panneaux de fibres de densité moyenne sont classifiés selon leur masse volumique en : MDF (HD) avec une masse volumique supérieure à 800 kg/m3 , MDF (MD) avec une masse volumique entre 640 et 800 kg/m3 et MDF (LD) avec une masse volumique inférieure à 640 kg/m3 (ANSI A208.2-2009 American National Standard. Medium density fiberboard (MDF) for interior application).