Séminaire des Doctorants du PEFOGRN-BC : 17 avril 2014

Titre du Projet:

Étude de l’influence des extractibles phénoliques sur les propriétés du Wamba, Tessmannia africana.

Par: Jean Bosco Mbagou, Ing. Eaux et Forêts.

Sous la direction de: Pr.Tatjana Stevanovic Co-direction: Pr. Yves Fortin

Pr. Prosper Edou Engonga

Plan de la présentation:

Contexte et problématique;

Hypothèses et objectifs;

Matériel et méthodes;

Résultats préliminaires;

Conclusion

2

Contexte: La filière bois gabonaise en quelques chiffres:

3

80 % du territoire couvert de forêt;

2,6 du PIB et 4,7% des exportations en 2012;

3eme secteur économique 1er employeur ;

2010, interdiction d’exportation des grumes au

profit d’une transformation locale plus poussée;

400 essences de bois potentiellement

exploitables répertoriées;

Une vingtaine d’entre-elles font l’objet d’une

exploitation et d’un commerce accrue;

Plus de 350 autres essences sont considérées

à tort ou à raison comme essences secondaires :

c.a.d essences peu ou pas connues ou « ayant

une valeur marchande marginale». C’est le cas

du Wamba, Tessmania africana, famille

botanique des césalpiniacées.

Problématique :

• Hésitation de mener des recherches sur les essences peu connues en foresterie tropicale (rareté des résultats concrets);

• Exploitation des essences considérées hier comme secondaires à l’époque où les ressources étaient plus abondantes Buttoud (1993);

• Insuffisance de données sur les bois tropicaux;

4

Hypothèses de travail :

• Connaissance quasi-inexistante sur l’espèce dans le monde de la recherche et de l’industrie;

• Disponibilité de l’essence dans la forêt gabonaise;

• Demande croissante du bois sur les marchés locaux, régionaux et internationaux;

• Multitude de domaines d’utilisation dans l’industrie du bois.

• Effets des molécules extractibles sur les propriétés du bois et leur utilisation dans d’autres domaines de la science.

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Objectif général de l’étude:

• Contribution à la valorisation de la qualité des bois tropicaux et notamment celle du Wamba Tessmannia africana du Gabon;

Objectifs spécifiques:

• Décrire l’anatomie de l’essence de bois;

• Déterminer les propriétés physiques et mécaniques (aubier et duramen sur les trois niveau de hauteur) ;

• Déterminer les indices chimiques du Wamba;

• Caractériser les extraits phénoliques suivant (phénols totaux, flavonoïdes, acides hydroxycinnamiques, proanthociannidinnes);

• Exécuter le test de durabilité naturelle;

• Faire des corrélations entre la teneur en polyphénols et la durabilité naturelle des bois étudiés.

6

Revue de la littérature:

Propriétés physico-mécaniques et chimiques pertinents pour d’une part juger de la qualité d’un bois et d’autre part rendre compte des effets de certaines molécules du bois sur ses propriétés notamment. Nous avons ciblé :

• Teneur en humidité du bois;

• Rétractabilité;

• Masse volumique;

• Module d’élasticité à compression longitudinale;

• Module dynamique.

7

Revue de la littérature (suite): •La teneur en eau ou l'humidité est la quantité d'eau que renferme le bois, exprimée en % de son poids à l'état anhydre;

•Le point de saturation des fibres (PSF) : Le PSF (30%) est une propriété très importante du bois car il régit le comportement de la plupart de ses propriétés(Siau 1995).

•Le PSF varie selon l’espèce ligneuse et en dessous de ce point des altérations structurales irréversibles peuvent prendre place. •La teneur en extraits, la masse volumique et le contrefil du bois, les sont paramètres importants de variation de cette propriété, on retrouve comme importants (Arévalo 2002, Hernández 2004a)

8

Revue de la littérature (suite):

Masse volumique: Un des critères important dans la

caractérisation physique du matériau bois. Elle est

d’importance pour les propriétés élastiques, donc

mécanique du matériau bois.(J. Natter 2011).

Module d’élasticité : Les charges de rupture sont fortement corrélés à la masse volumique et sont très généralement des fonctions croissantes de ce paramètre. (Guitard 1987).

9

Revue de la littérature (suite):

Tableau 1: Classification des masses volumiques et module d’Élasticité des bois Africains tropicaux (Gérard et al. 1998)

Masse volumique (MV) à 12% en Kg/m3 Module d’élasticité Longitudinal (EL) en GPa

MV > 500 Bois très léger EL > 10 Module faible

650 < MV < 800 Bois léger 10 < EL < 15 Module moyen

800 < MV < 950 Bois lourd EL > 15 Module élevé

950 > MV Bois très lourd

10

II-Revue de la littérature (suite):

Composition chimique du bois:

Tableau 2 : Répartition moyennes en % des différents composés structuraux des Feuillus et Résineux de la zone tempérée (Sjoström 1993).

Les valeurs des macromoléculaires sont souvent faibles (environ 90%) du fait des taux élevés d’extractibles (Fengel et Wegner 1984).

Le bois contient une proportion importante de substances non ligno-cellulosiques (2 à 10% voire 20 % chez certaines espèces) (Rowe 1989).

Constituants Résineux Feuillus

Cellulose 42 (+/- 2) 45 (+/- 2)

Hémicelluloses 27 (+/- 2) 30 (+/- 2)

Lignine 28 (+/- 2) 20 (+/- 2)

Extractibles 3 (+/- 2) 5 (+/- 2)

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Les extractibles: • Constituants pouvant être extrait par des solvants polaires

et apolaires; • Varient selon l’espèce , le site de provenance, la partie du

bois (aubier, duramen et écorce) dans l’arbre ( Traoré, 2009) ;

• Influent plusieurs propriétés du bois et l’origine de la couleur, des odeurs et de la résistance face aux agresseurs biologiques ( Jodin 1994).

• Plusieurs familles ( Terpènes et terpénoïdes, les cires et

glycérides , les alcaloïdes et les polyphénols)

12

Matériel et méthodes

Matériel:

• Deux arbres de Wamba, Tessmannia africana en provenance du Gabon;

• Le premier de diamètre 0,90m au DHP;

• Le deuxième de diamètre 0,60 m au DHP`;

• Six blocs de bois à raison de trois par arbre coupés au:

Diamètre hauteur poitrine (DHP);

Milieu du tronc (MT) ;

sous la cime (SC).

1mx 0,90m x 0,015m;

1m x 0,60m x 0,015m

13

Matériel essais physiques et mécaniques:

Ce sont des cubes de bois échantillonnés à partir des blocs.

Figure1: de présentation de prélèvement des éprouvettes de bois

Direction axiale

ou longitudinale Direction

tangentielle

Direction

radiale

14

Normes utilisées

Normes NF B 51 004 et 005 ( Masse volumique et retrait);

o Cubes de bois de 20 +/- 0,5 mm;

o 180 échantillons

• Norme NF B 51 006:(Module d’élasticité longitudinal perpendiculaire aux fibres):

o Éprouvettes de 20 x 60 +/- 0,5 mm

o 180 échantillons

15

Matériel essais chimiques:

• Caractérisation anatomique du bois: Exploitation des protocoles de laboratoire d’anatomie du bois. o 10 Cubes de bois de 10mm pour les coupes minces • Teneur en extractibles: +/_ 50 grammes de sciure des six blocs broyée(aubier et duramen) en

fonction des trois niveaux de hauteur; Tamissage 40-60 mesh; o 24 sacs de sciures (aubier et duramen) dont 12 par arbre; • Durabilité naturelle: Eprouvettes de 20 x 20 x 9 mm suivant les directions LRT découpés à

proches de celles des tests chimiques: o 336 éprouvettes y compris les bois témoins exposés à deux

champignons ( Postia placenta et Polyporus versicol)

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• Méthodes:

• Pour les essais physiques utilisation de la norme NF B 51 004 et NF B 51 005 procédures et de laboratoire de physique du bois;

• Pour les tests des mécaniques NF B 51 003 à 006 et procédures de laboratoire de mécanique du bois.

• Pour les extractibles et indices chimiques du bois utilisation des protocoles de laboratoires de chimie du bois végétaux;

• Pour le test de durabilité naturelle utilisation du protocole de laboratoire du biodégradation.

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Résultats préliminaires:

• Anatomie du WambaTessmania africana:

Figure2: coupes minces du bois de Wamba (Feuillu tropical)

• Longueur des fibres 1,15 mm+/- 0,01 au duramen et 1,08 mm+/- 0,01 à l’aubier ;

• Avec un diamètre de 23 microns.

Coupe Radiale Tangentielle 40 X Coupe Longitudinale Radiale 40 X Coupe Longitudinale Tangentielle 40 X

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Masse volumique et retraits directionnels ( Duramen) :

0,6000

0,6500

0,7000

0,7500

0,8000

0,8500

0,9000

0,9500

HP1D MT1D SC1D

Mas

se v

olu

miq

ue

en g

/cm

3

Niveau de hauteur de l'arbre1

Tableau 3: Variation de la masse volumique du

duramen de l’arbre1

Db

D12

D0

0,0%

2,0%

4,0%

6,0%

8,0%

10,0%

12,0%

14,0%

16,0%

HP1D MT1D SC1DR

etra

its

tota

ux

en p

ou

rce

nta

ge

Niveau de hauteur de l'arbre1

Tableau 4: Visualisation des retraits totaux du duramen de l'arbre1

βt

βr

βl

βv

19

0,6000

0,6500

0,7000

0,7500

0,8000

0,8500

0,9000

HP1A MT1A SC1A

Mas

se v

olu

miq

ue

en g

/cm

3

Niveau de hauteur de l'arbre

Tableau 5: Variation de la masse volumique de l'aubier l'arbre 1

Db

D12

D0

0,0%

2,0%

4,0%

6,0%

8,0%

10,0%

12,0%

14,0%

HP1A MT1A SC1A

Ret

rait

s en

po

urc

en

tage

Niveau de hauteur de l'arbre1

Tableau 6: Variation des retraits totaux de l'aubier suivant la hauteur de l'arbre1

βt

βr

βl

βv

20

Masse volumique et retraits directionnels ( Aubier) :

Tableau 7: Synthèse des données de l’arbre 1

# Densités Duramen kg/m3 Aubier Retraits moyens en %

kg/m3 β Dur Aub

D0 816 ( +/- 0,1) 763 ( +/- 0,06)

βt 7( +/- 0,02)

7( +/- 0,01)

D12 857 (+/- 0,1)

806 ( +/- 0,06)

βr 5 ( +/- 0,01)

4 ( +/- 0,002)

Db 712 (+/- 0,1)

679 ( +/- 0,04)

βl 0,4 ( +/- 0,0004)

0,6 ( +/- 0,001)

βv 12 ( +/- 0,02)

11 ( +/- 0,01)

Tableau 8: Synthèse des données de l’arbre 2

# Densités Duramen Aubier Retraits moyens en %

kg/m3 kg/m3 β Dur Aub

D0 836( +/- 0,1)

768( +/- 0,1)

βt 7( +/- 0,01)

7 ( +/- 0,02)

D12 876( +/- 0,1)

814( +/- 0,1)

βr 5 ( +/- 00,1)

4 ( +/- 0,002)

Db 720( +/- 0,1)

683( +/- 0,1)

βl 0,5( +/- 0,002)

0,7( +/- 0,001)

βv 12( +/- 0,03)

11,1( +/- 0,02)

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Tableau 1 : Rendements bruts en extractibles des arbres 1 et 2 de Tessmania africana

(Macération à l’Éthanol 95 %)

Niv –Haut arbre 1 % extraits Niv –Haut arbre 2 % extraits

HP1A 2( +/- 0,2) HP2A 2( +/- 0,1)

MT1A 2( +/- 0,1) MT2A 2( +/- 0,1)

SC1A 3( +/- 0,03) SC2A 3( +/- 0,3)

Moyenne aubier 3( +/- 0,1) Moyenne aubier 3( +/- 0,2)

HP1D 3( +/- 0,7) HP2D 3( +/- 0,1)

MT1D 13( +/- 9) MT2D 4( +/- 0,6)

SC1D 3( +/- 0,3)

SC2D 4( +/- 0,1)

Moyenne duramen 6 ( +/-3) Moyenne duramen 4( +/- 0,2)

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Résultats attendus:

1. Caractérisation anatomique de l’espèce;

2. Caractérisation des propriétés physico-mécaniques et chimiques ;

3. Caractérisation des polyphénols bois de Wamba;

4. Effet de la teneur en extractibles phénoliques sur la durabilité naturelle, la masse volumique le module d’élasticité en compression longitudinale…

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Tableau 9: Calendrier de l’étude

Période

Activités

Automne

2012

Automne

2012

Hiver

2014

Été

2014

Hiver

2015

Été

2015

Automne

2015

Hiver

- Été

2015

Automne

2016

Hiver

2016

Prélèvement

des blocs de bois

en forêt

échantillonnage

Expérience s en

laboratoire et

acquisition des

données

Examen

rétrospectif et

Prospectif

Analyse des

données et

informations

complémentaires

(Gabon)

Séminaire II

Rédaction de la

thèse

Dépôt initial

soutenance

Dépôt final

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Conclusion:

• Nécessité de connaitre les propriétés physico-mécaniques et chimiques avant son utilisation;

• D’une part, les tests sur les polyphénols permettront

non seulement de mesurer leur incidence sur les autres propriétés du bois (durabilité naturelle, masse volumique, module d’élasticité…);

• D’autre part, nous montrerons leur zone de migrations

selon l’aubier et le duramen en fonction des trois niveau de hauteur;

• Des corrélation pourraient être établies avec les autres

propriétés du bois;

• Wamba bois lourd car, sa masse volumique moyenne à 12% 800 < MV < 950 Kg/m3.

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Références bibliographiques:

Groutel E, 2013, Évolution des marchés des bois tropicaux Africains, éthique et pragmatique, pour une valorisation durable des ressources forestières;

Yves Fortin , Automne 2013;Notes de cours de Physique du bois,

Stevanovic T. Perrin D. 2009, Chimie du bois;

Royer M. PEREZ, DIOUF P. ST PIERRE F. 2011, Laboratoire chimie du bois, protocole expérimentaux –extractibles et propriétés.

Michele , Géovana Potin.2005, Propriétés physico-mécaniques de trois essences tropicales au dessus et en dessous de la saturation des membranes. Mémoire de maitrise, sciences du bois.

Navi P. Heger F. 2005, Comportement thermo-hydromécanique du bois, applications technologiques et dans les structures;

Giana Almedia, 2006, Influence de la structure bois sur ses propriétés physico-mécaniques à des teneurs en humidités élevés . Thèse de doctorat en sciences du bois;

Dirol D. Deglise X. 2001, Durabilité des bois;

Jodin , P 1994. Le bois matériau d’ingénierie. Association pour la recherche sur le bois en Lorraine, Nancy, Eyrolles, Paris;

Maisonneuve JF. Manfredini, 1988, les bois du Gabon;

Guitard,D 1987;Mécanique du matériau bois et composites, Cepadues-editions,Toulouse;

Buchur V. 1981, Détermination du module d,Young du bois par une méthode dynamique sur les carottes de sondage.

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