Dans nos cuisines, nos bureaux et nos chambres, la quasi-totalité des meubles en bois reconstitué renferment une substance invisible : de la colle. Omniprésents, les panneaux de particules et les panneaux MDF sont fabriqués en mélangeant des particules ou fibres de bois avec des résines synthétiques, puis en les pressant à chaud. Si ce procédé a fait ses preuves en termes de résistance des panneaux obtenus et de coût, il pose aujourd'hui des problèmes de santé publique. C'est précisément ce qu'Annabelle Julien, doctorante en troisième année au LGP2*, cherche à résoudre.
Les colles utilisées dans les panneaux de particules émettent des composés organiques volatils (COV), qui impactent la qualité de l’air. Certains de ces produits basculent désormais dans la catégorie CMR (cancérigènes, mutagènes et reprotoxiques) et font l'objet de réglementations de plus en plus strictes à l'échelle européenne.
Le recyclage pose lui aussi problème : les résidus de colle restent accrochés aux particules de bois et sont très difficiles à éliminer en fin de vie. Des chercheurs explorent même l'usage de champignons pour dépolluer ces particules. Mais pour Annabelle Julien, la solution la plus radicale s'impose d'elle-même : ne pas utiliser de colle du tout. « Ces colles émettent des composés organiques volatils dans nos logements. Certains sont désormais classés cancérigènes, mutagènes et reprotoxiques. »
Le bois est composé de trois polymères naturels : la cellulose, les hémicelluloses et la lignine. Les deux derniers sont dits « amorphes » : soumis à la chaleur, ils se ramollissent, exactement comme le ferait du plastique. Ce phénomène, appelé transition vitreuse, se produit entre 180 et 220 °C. En deçà, le bois reste rigide ; au-delà, il commence à se dégrader.
C'est dans cette fenêtre thermique étroite qu'Annabelle Julien travaille. En combinant une température élevée et des pressions extrêmes — jusqu'à 100 mégapascals, soit dix fois celles de l'industrie classique —, elle force les particules de bois à se souder entre elles. Les polymères ramollis comblent les interstices et, en refroidissant, solidifient l'ensemble. Sans un gramme de colle. "On exploite ce que le bois contient déjà : des polymères qui se ramollissent à la chaleur et soudent les particules entre elles."
Les éprouvettes fabriquées au LGP2 passent avec succès les tests mécaniques normalisés pour les panneaux de particules — les résultats en flexion sont conformes aux exigences, parfois au-delà. Des formes plus complexes ont également été réalisées : barquettes d'emballage, petits objets 3D à géométrie contrainte. Dès lors qu'un moule est disponible, le procédé peut s'adapter.
Une limite subsiste cependant : la résistance à l'eau. Après vingt-quatre heures d'immersion (test normalisé incontournable pour les panneaux de particules), les échantillons gonflent davantage que les seuils autorisés. Ce point faible n'est pas propre à cette approche : il est partagé par la quasi-totalité des solutions « sans colle » en cours de développement dans le monde, qu'elles soient à base de protéines ou d'autres liants biosourcés.
Des pistes existent pour y remédier. La lignine, justement, est un composé naturellement hydrophobe — et disponible en grande quantité comme sous-produit de l'industrie papetière. « Incorporer de la lignine supplémentaire dans les panneaux pourrait améliorer significativement leur tenue à l'humidité. C'est l'une des directions que la recherche devrait explorer dans la suite du projet. »
Lancés dans le cadre du projet ANR DRYBIOMAT porté par Quentin Charlier, maître de conférences au LGP2, ces travaux s'inscrivent dans une thématique plus large : développer des matériaux biosourcés fabriqués en voie sèche, c'est-à-dire sans eau ni solvant, pour réduire la consommation d'énergie et les impacts environnementaux. D'autres équipes, notamment à Toulouse, obtiennent des résultats mécaniques comparables avec des résidus de paille ou de riz.
Si un passage à l'échelle industrielle nécessiterait des partenariats avec des entreprises et des équipements de presse plus importants, l’objectif de la thèse serait avant tout de construire une compréhension fondamentale du procédé. Un objectif qu'Annabelle Julien, dont la soutenance approche, a presque déjà atteint !
*CNRS / UGA / Grenoble INP - UGA / Agefpi
