L'effect des matériaux de base sur la fabrication des panneaux de fibres de densité moyenne à été étudié. Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des panneaux de fibres de densité moyenne (MDF) faits à partir d'épinette noire ( Picea mariana (mill.) BSP.) d'âge de 1-20, 21-40, et plus de 40 ans ont été étudiées. Une analyse de la covariance (ANCOVA) a été faite pour examiner les différences de module de la rupture (MOR), de module d'élasticité (MOE), et de gonflement en épaisseur (TS) pour les trois types de panneaux, alors que la densité des panneaux était traitée comme une covariante afin dαajuster les valeurs moyennes qui ont été en partie attribuées à la densité des panneaux. / Les résultats indiquent que les MOR, la cohésion interne (IB), et l'absorption d'eau des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir de fibres de 1-20 ans, donc contenant 100 % de bois juvénile, étaient sensiblement supérieurs à ceux des panneaux faits à partir de fibres de 21-40 et plus de 40 ans alors que lαexpansion linéaire (LE) des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir de fibres de 1-20 ans était sensiblement plus grande que celle des panneaux provenant du bois des deux autres classes dαâge. Les différences dans les MOR, IB, lαabsorption dαeau, et lαexpansion linéaire entre les panneaux faits à partir de fibres de 21-40 et plus de 40 ans nαétaient pas significatives. Les comparaisons de MOE et TS des panneaux dépendent relativement de la densité des panneaux et cela est dû à lαexistence dαinteractions avec les trois catégories dαâge. / Les propriétés mécaniques et la stabilité dimensionnelle des MDF faits à partir de billes du haut, de mi-hauteur, et du bas de troncs dαépinettes noires ont été étudiées. Une analyse de covariance (ANCOVA) a été faite pour examiner lαeffet de la position du tronçon dans lαarbre sur les MOR et MOE employant la densité de panneaux équilibrée à 22 [degré]C et 65 % comme covariante. Les résultats indiquent que MOE et IB des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir de tronçons du haut et à la mi-hauteur sont sensiblement supérieurs à ceux des panneaux faits à partir du tronçons du bas; cependant, il nαy avait aucune différence significative entre les MOE et IB des panneaux faits à partir des billes du haut et à la mi-hauteur. Lαabsorption dαeau des panneaux faits à partir de tronçons du haut et mi-hauteur est sensiblement inférieure à celle des panneaux faits à partir de billes du bas, et la différence dans lαabsorption dαeau entre les panneaux faits à partir de billes du haut et à la mi-hauteur nαétait pas significative. / Le TS des panneaux faits à partir des tronçons du haut était la plus basse parmi celle des trois types des panneaux et était sensiblement différente de celles des panneaux faits à partir de tronçons à la mi-hauteur et du bas. Les panneaux faits à partir de billes du bas ont donné les plus hauts TS, qui étaient sensiblement différents de ceux des panneaux faits à partir des billes du haut et de mi-hauteur. Les différences dans le LE parmi les panneaux faits à partir de tronçons du haut, à la mi-hauteur, et du bas nαétaient pas significatives. La comparaison des MOR des panneaux faits à partir de tronçons du haut, à la mi-hauteur, et du bas dépendait de la densité de panneau dû à lαexistence dαinteractions avec les trois groupes. La densité des panneaux a un effet considérable sur leur MOR et MOE, cependant, son impact sur IB, LE, TS et lαabsorption de lαeau nαétait pas significatif dans cette étude. Des relations linéaires entre MOR, MOE et la densité des panneaux ont été trouvées et des équations décrivant ces relations ont été développées. / Les propriétés en flexion, de cohésion interne, et stabilité dimensionnelle des panneaux MDF faits à partir des trois clones du peuplier ( Populus . spp.) avec le code 915303, 915311, et 915313 ont été étudiés. Lαanalyse de variance et lαanalyse de covariance ont été exécutées dans cette étude pour examiner les différences dans les MOR et MOE des panneaux MDF faits à partir des trois hybrides de peuplier. Les résultats indiquent que les MOR des panneaux fabriqués à partir du clone 915311 étaient sensiblement plus élevés que ceux des panneaux faits à partir du clone 915303 ou 915313; cependant, il nαy avait aucune différence significative dans les MOR entre les panneaux faits à partir du clone 915303 ou 915313. Les MOE des panneaux de fibres de densité moyenne faits à partir du clone 915311 ont été les plus élevés, et sensiblement différents de ceux des panneaux faits à partir du clone 915303 ou 915313; Les MOE des panneaux faits à partir du clone 915303 étaient les plus bas et sensiblement inférieurs à ceux des panneaux du clone 915313. / Les panneaux MDF faits à partir des deux clones 915303 et 915311 étaient supérieurs aux panneaux faits à partir du clone 915313 en ce qui concerne la cohésion interne; mais il nαy avait aucune différence significative dans la cohésion interne entre les panneaux faits à partir du clones 915303 ou 915311. La stabilité dimensionnelle des panneaux de fibres de densité moyenne a été évaluée par LE, TS, et lαabsorption dαeau, et aucune différence significative nαa été trouvée parmi les trois types de panneaux. Cette étude montre un effet significatif de variation clonale du peuplier hybride sur les propriétés en flexion et le lien interne des panneaux de MDF, et suggère que des améliorations des panneaux MDF dans les propriétés en flexion et de cohésion interne peuvent être faites en choisissant un ou plusieurs hybrides. De plus, la densité des panneaux était un facteur considérable influençant les MOR et MOE des panneaux MDF et des relations linéaires significatives entre les MOR, MOE et la densité des panneaux ont été obtenues. / La possibilité dαemployer le bois de mélèze comme matériau de base pour la fabrication des panneaux MDF a été étudiée. Des panneaux de fibres de densité moyenne ont été fabriqués en laboratoire à partir de fibres produites du bois de mélèze, et des panneaux faits à partir des fibres tirées dαépinette, pin, et sapin (S-P-F) ont été étudiés comme contrôle. Dix pourcent de résine dαurée-formaldehyde (UF) et 0,5 % de cire ont été mélangés avec les fibres produites à partir du mélèze et du bois de S-P-F. Les programmes de pression et de température utilisés pour le pressage des panneaux ont été maintenus identiques pour les deux types de panneaux. / Selon le standard américain national standard ANSI A 208.2-2002 pour lαévaluation des panneaux MDF pour application intérieure, les MOR, MOE, et IB des panneaux faits avec du bois de S-P-F satisfont aux conditions de la catégorie 120. Les MOR et MOE des panneaux faits à partir du bois de mélèze étaient inférieurs à ceux des panneaux faits à partir de S-P-F. Cependant, cette différence peut être compensée en optimisant les paramètres de pressage afin dαacquérir un profil de densité optimisé dans les panneaux. De plus, les propriétés des panneaux faits à partir du bois de mélèze ont pu être améliorées par manipulation des paramètres de raffinage pour réduire la proportion de fines dans la fibre. On peut conclure que le mélèze est utilisable comme matériau de base pour la fabrication de panneaux MDF. / La relation entre les propriétés de panneaux MDF et les caractéristiques du bois et des fibres a été étudiée dans ce travail. Les panneaux MDF ont été manufacturés en laboratoire à partir de différentes espèces et types de bois, qui étaient du bois dαépinettes noires agées de 1-20, 21-40, et plus de 40 ans, ainsi que les billes du haut, de la mi-hauteur, et du bas dαarbres dαépinettes noires, de trois clones de peuplier, de mélèze, et dαun mélange dαépinette, pin, et sapin. Les propriétés mécaniques des panneaux évaluées ont été le module de rupture (MOR), le module dαélasticité (MOE) en flexion, et la cohésion interne (IB), ainsi que la stabilité dimensionnelle évaluée par lαexpansion linéaire (LE), le gonflement en épaisseur (TS), et lαabsorption dαeau (WA), qui ont été analysées comme variables de réponse dans lαétude. Diverses caractéristiques du bois et de la fibre, telles que la densité du bois, son pH et sa capacité tampon basique, le pH de la fibre et sa capacité tampon basique, la longueur moyenne arithmétique des fibres, leur largeur, le pourcentage de fines des fibres, le pourcentage de fibres réparties dans les tamis de taille >3,240 mm2, 0,828 mm2, 0,281 mm2, 0,017 mm2, et sur le tamis 0,017 mm2, ont été mesurées, et ont été utilisées comme variables prédictrices. / Lαanalyse de régression linéaire multiple a été utilisée afin de mettre en évidence les rapports fonctionnels entre les propriétés des panneaux et les caractéristiques des bois et de la fibre. Les résultats indiquent que le module de rupture est négativement lié au pourcentage arithmétique moyen de fibres fines. Le module dαélasticité est affecté négativement par le pourcentage de petites particules (< taille 0,017 mm2) dans la pâte, et également lié au pH du bois et à dαautres caractéristiques du bois et de la fibre qui nαont pas été mesurées et analysées. La cohésion interne dépend négativement du pourcentage arithmétique moyen de fibres fines, mais est amélioré par un contenu croissant de petites particules (< taille 0,017 mm2). Le pH de la fibre a eu un effet négatif sur le test de tension perpendiculaire. Les résultats indiquent également que la cohésion interne est liée à dαautres caractéristiques inconnues du bois et des fibres qui nαont pas été incluses dans lαanalyse. Lαexpansion linéaire du panneau sαest avérée être négativement liée à la densité du bois, et reliée à dαautres caractéristiques du bois et de la fibre qui nαont pas été mesurées. Le gonflement en épaisseur a été négativement affecté par la longueur arithmétique moyenne des fibres. La largeur arithmétique moyenne des fibres a un effet négatif sur lαabsorption dαeau des panneaux. Les valeurs des MOR, MOE et IB sont liées au contenu de fibres fines indiquant un rôle significatif du processus de raffinage

Les objectifs de cette étude ont été 1) d’améliorer la stabilité dimensionnelle des panneaux de fibres de densité moyenne (MDF) par trois traitements physico-chimiques: a) l’estérification, b) l’addition de polypropylène maléaté et c) le traitement à haute température; 2) de déterminer l’effet de ces traitements sur les propriétés mécaniques, les profils de masse volumique et les propriétés de mouillage des panneaux et 3) de déterminer les modifications chimiques suite aux traitements. Des panneaux MDF ont été produits à partir de fibres estérifiées à 5 % d’anhydride maléique. Le traitement a réduit le gonflement en épaisseur et l’absorption d’eau après 2 heures d’immersion dans l’eau. Toutefois, le traitement n’a pas amélioré les propriétés physiques dans les autres conditions. L’angle de contact en retrait a augmenté et l’absorption d’eau par capillarité a diminué suite au traitement. Des panneaux MDF ont été produits avec deux types d’adhésifs (urée-formaldéhyde et mélamine-urée-formaldéhyde) et trois concentrations de polypropylène maléaté (0, 3 et 5 %). Les photomicrographies ont montré la formation d’agglomérats de polypropylène maléaté à l’intérieur des panneaux. Le traitement a réduit le gonflement en épaisseur et l’absorption d’eau après immersion dans l’eau. La dilatation et la contraction linéaire ont augmenté. Le gonflement et le retrait en épaisseur en conditions d’adsorption et de désorption ont diminué. Le traitement a aussi amélioré les propriétés mécaniques ainsi qu’augmenté les angles de contact et diminué l’absorption d’eau par capillarité. La spectroscopie infrarouge n’a pas détecté de réactions chimiques entre les fibres et le polypropylène maléaté. Des panneaux MDF ont été produits à partir de fibres non traitées et de fibres traitées à la chaleur à 150 et 180oC pendant 15, 30 et 60 minutes. Le traitement a réduit le gonflement en épaisseur et l’absorption d’eau après immersion dans l’eau. Le gonflement en épaisseur après des cycles répétés d’humidité relative a augmenté alors que les autres propriétés mesurées dans les mêmes conditions n’ont pas changé. Les angles de contact ont augmenté et l’absorption d’eau par capillarité a diminué. La spectroscopie des photoélectrons a montré une légère réduction du ratio O/C et des changements du ratio C1/C2 pour les fibres traitées. / The objectives of this study were 1) to improve the dimensional stability of medium density fiberboards (MDF) by three physical or chemical treatments: a) esterification, b) maleated polypropylene wax and c) heat treatment; 2) to determine the effect of these treatments on the mechanical properties, vertical density profiles and wetting properties of the panels and 3) to determine the chemical modification following treatments. MDF panels were produced from fibers esterified with 5 % maleic anhydride. The esterification treatment showed a reduction in thickness swelling and water absorption after 2 hours water soaking independently of reaction time. However, the treatment did not improve the physical properties after 24 hours water soaking or after relative humidity repeated cycles. The receding contact angle increased while wicking decreased following esterification. MDF panels were produced from two resin types (urea-formaldehyde and melamine-urea-formaldehyde) and three maleated polypropylene contents (0, 3 and 5 %). Photomicrographs showed that maleated polypropylene forms agregates within the panels. The treatment showed an important reduction of thickness swelling and water absorption after water soaking. Linear expansion and contraction increased following treatment. Thickness swelling and shrinkage in adsorption and desorption conditions decreased following treatment. The treatment improved the mechanical properties. Advancing contact angles increased for panels treated and bonded with urea-formaldehyde. Receding contact angle increased with 5 % maleated polypropylene content while wicking decreased following the treatment independently of maleated polypropylene content. Infrared spectroscopy did not detect chemical reaction between the fibers and the maleated polypropylene. MDF panels were produced from untreated fibers and heat-treated fibers at 150 and 180oC for 15, 30 and 60 minutes. Heat treatment showed a reduction on thickness swelling and water absorption after water soaking. Thickness swelling increased after relative humidity repeated cycles. Linear expansion and contraction and springback were not improved by the treatment. The treatment showed no significant effect in the mechanical properties and vertical density profile of the panels. The advancing and receding contact angles increased while wicking decreased by the treatment. X-ray photoelectron spectroscopy showed slight decreases in O/C ratio and changes in C1/C2 ratio for heat-treated fibers.

Plusieurs modèles mathématiques ont étés développés au fil des ans pour prédire le comportement du panneau de fibres de bois MDF ¨medium density fiberboard¨ lors du pressage à chaud. Malgré les efforts déployés, bon nombre d’éléments spécifiques restent à préciser pour bien décrire l’ensemble des phénomènes physiques impliqués lors du pressage. Ce projet portait sur la détermination expérimentale de paramètres requis dans un modèle par éléments finis du pressage à chaud des panneaux de fibres de bois. Plus spécifiquement, le projet a porté sur la détermination et l’analyse de la conductivité thermique, de la perméabilité au gaz et de la porosité en fonction de la granulométrie, de la teneur en humidité, de la masse volumique et de la température du panneau MDF. Les panneaux utilisés dans le cadre du projet ont été fabriqués à partir de fibres d’épinette noire (Picea mariana), selon trois granulométries et cinq masses volumiques. Cette essence a été choisie car sa fibre constitue la majeure partie des panneaux MDF fabriqués dans l’Est du Canada. Les méthodes qui ont servi à l’évaluation de la perméabilité au gaz et de la conductivité thermique ont été éprouvées auparavant par d’autres chercheurs. Les résultats de perméabilité intrinsèque au gaz variaient de 1,0 x 10-11 m3air m-1panneau pour les panneaux d’environ 200 kg/m3 à 8,3 x 10-14 m3air m-1panneau pour des panneaux d’environ 800 kg/m3. Ces résultats ont permis de conclure que la taille des fibres n’a pas d’impact significatif sur la perméabilité au gaz. Par contre, la masse volumique s’est avérée significative lorsque mise en relation avec la perméabilité au gaz. En effet, plus la masse volumique augmente plus la perméabilité au gaz diminue, ce qui correspond à la littérature sur le sujet. Les résultats de conductivité thermique variaient entre 0,06 et 0,25 W/mºC selon la masse volumique, la taille des fibres et la teneur en humidité. Plus précisément, les travaux ont démontré que la conductivité thermique des panneaux de fibres MDF augmente avec la masse volumique, la teneur en humidité et la température jusqu’à un certain point comme le mentionne la théorie sur le sujet. On a relevé une différence significative de conductivité thermique entre la classe des grosses fibres par rapport celle des fines et moyennes. / Numerous mathematical models have been developed to predict the behaviour of medium density fiberboard panels (MDF) during the hot pressing process. However, despite these efforts, it still remains many parameters to define precisely in order to describe correctly the physical phenomena occurring during the hot pressing process. This project was focused on the determination of the parameters required for a finite element model of the MDF panels hot pressing process. More specifically, the project objectives were the determination and analysis of thermal conductivity and permeability in relation with different factors such as particle size, moisture content, density and temperature of the MDF panel. The MDF panels used for the project were made of black spruce fibers (Picea mariana) of three fiber sizes and five different densities. Black spruce (Picea mariana) fibers were chosen because they are used for the manufacture of most of the MDF panels produced in Eastern Canada. The methods chosen to determine gas permeability and thermal conductivity have been used by many other researchers. The results obtained show that fiber size has no significant impact on the gas permeability of MDF panels. However, density had a significant effect on gas permeability. Indeed, the higher the density, the lower the gas permeability which is in agreement with the literature on the subject. The results of thermal conductivity were between 0,06 and 0,25 W/mºC according to density, fibre size and moisture content. Precisely, the results have shown that the thermal conductivity of MDF panels increases with density, moisture content and temperature up to a certain point as the theory mentions. However, for thermal conductivity, a significant difference was noticed between the large fiber size class panels and the average and small fiber size class panels. The last two classes had a similar behaviour all along the test while the large fiber size panels behaviour was different for the variables studied.

Cette étude porte sur le développement d’un modèle mathématique-physique permettant de modéliser le pressage à chaud des panneaux de fibres de bois (MDF) pour les procédés en lot et en continu. Le système final est composé de trois équations différentielles : une pour la conservation de gaz, une pour la conservation de la vapeur d’eau et une pour la conservation d’énergie. On a introduit un terme de diffusion de la vapeur d’eau qui n’était pas considéré auparavant. Les variables d’état prédites sont la température, la pression gazeuse et la teneur en humidité. Le système d’équations a été résolu par la méthode des éléments finis en employant le logiciel MEF++ développé au GIREF à l’Université Laval. Les conditions aux limites utilisées durant la simulation sont du type Neumann non linéaire ou du type Dirichlet selon le type de pressage simulé. Afin de valider les résultats numériques en 2-D et 3-D donnés par ce modèle, on les a comparés avec les données obtenues d’un procédé en lot au laboratoire et en continu dans une industrie. À cet effet, des panneaux MDF d’épinette noire (Picea mariana (Mill.) BPS) ont été fabriqués et des mesures de température ont été prises à l’aide des thermocouples à la surface et au centre de l’ébauche. La pression gazeuse a aussi été déterminée lors du pressage à chaud avec une sonde de pression introduite à l’intérieur de l’ébauche. De plus, pour évaluer la teneur en humidité, sept modèles de sorption ont été extrapolés et comparés aux valeurs expérimentales provenant de la littérature. Le modèle de Malmquist donne la meilleure correspondance pour les humidités relatives considérées et a donc été utilisé. Les résultats numériques indiquent que la température, la teneur en humidité et la pression gazeuse prédites sont en accord avec les résultats expérimentaux pour les deux types de pressage considérés sans utiliser un facteur d’ajustement. On a conclu que le modèle mathématique-physique et la méthode des éléments finis ont un grand potentiel pour résoudre ce type de problème et aider ainsi à maîtriser la qualité des produits et les pertes lors de la fabrication. Il est fortement recommandé d’approfondir la recherche sur les valeurs des paramètres physiques impliqués dans ce procédé. / This study describes a mathematical-physical model to predict temperature, gas pressure and moisture content during MDF hot pressing in batch and continuous processes. The final system is composed of three differential equations: gas conservation, water vapor conservation and energy conservation. This model introduced the moisture diffusion term which was not considered in the basis model. The system of equations was solved by the finite element method using the MEF++ software developed by the GIREF at Laval University. The boundary conditions used during simulation are of the Neumann or Dirichlet type depending on the process considered. In order to validate the numerical results in 2-D and 3-D, we compared them with experimental data obtained from the batch process in the pressing laboratory and from the continuous process in an industry. For this purpose, MDF panels of black spruce (Picea mariana (Mill.) BPS) were manufactured and temperature measurements made using thermocouples on the surface and the center of the mat. The gas pressure was also measured using a pressure probe located inside the mat. Moreover, in order to evaluate moisture content, seven sorption models were extrapolated and compared with experimental values from the literature. The Malmquist model gives the best correspondence for the relative humidities considered and was therefore used. The numerical results indicate that the predicted temperature, moisture content and gas pressure are in agreement with experimental results for the two processes considered without using an adjustment factor. We concluded that the mathematical-physical model and the finite element method have a great potential to solve this type of problem to control the quality of panels and the losses during manufacturing. It is strongly recommended to look further into research on the values of the physical parameters involved in this process.

L'objectif de cette recherche était de mettre au point une technique permettant la visualisation des résines aminoplastes sur et dans les fibres de bois de panneaux de moyenne densité (MDF). Cette technique devait à la fois permettre la mesure de la profondeur de pénétration des résines urée-formaldéhyde (UF) et urée-mélamineformaldéhyde (UMF) et l'évaluation de leur distribution sur la surface des fibres. Les systèmes d'encollages étudiés furent de type sec (mélangeur rotatif) et humide (mélangeur tubulaire). La présence de résine dans la paroi des fibres fut mise en évidence , par microscope confocal à balayage laser (MCBL) pour les deux systèmes. La pénétration de la résine peut être expliquée par la force d'ascension capillaire qui pousse les molécules de la résine dans les différents pores de la fibre lors de l'encollage. Les vitesses de pénétration n'ont pu être mesurées puisque les temps alloués aux mélanges furent suffisants pour que la pénétration soit maximale pour tous les échantillons. Nous avons remarqué que la profondeur de la pénétration dépend fortement du système d'encollage choisi. Le système d'encollage en ligne (tubulaire) présente l'avantage de mieux distribuer la résine sur la fibre avec une moyenne de 22% de la surface couverte. Cependant, l'humidité et la chaleur provoquent une pénétration plus importante de résine dans les parois cellulaires. Pour les mélangeurs humides, la profondeur maximale de pénétration correspond à l'épaisseur de la paroi cellulaire. La modélisation de la pénétration de la résine ne fut réalisée que pour les mélanges à sec où la profondeur moyenne de pénétration est de l'ordre d'un ou deux microns. En divisant cette profondeur par le temps de mélange le plus court, nous obtenons une approximation de la vitesse de pénétration. Les vitesses proposées par le modèle sont du même ordre de grandeur. Finalement, l'utilisation d'un microscope à force atomique (MFA) permit de visualiser la microstructure des fibres d'épinette préparées selon le procédé MDF. La paroi secondaire 1 (S1) et la lamelle moyenne (LM) sont très poreuses en comparaison avec la couche secondaire 2 (S2). Les pores de la paroi SI et de la LM sont de l'ordre de 20 nm en diamètre et sont le résultat d'une organisation aléatoire de petits agrégats de fibrilles. Les fibrilles de la paroi S2 forment des agrégats plus larges et enlignées selon l'axe longitudinal de la fibre. Les longs pores de cette paroi sont de l'ordre de 2-4 nm de large et ne peuvent être représentés par le MFA

L'industrie des bois composites, dont le besoin en fibres est grandissant, trouve de plus en plus de difficultés à s'approvisionner. Trouver de nouvelles sources de fibres est donc très important pour la bonne gestion des forêts et la santé de ce secteur économique. L'objectif de ce projet de recherche est de montrer en quoi le peuplier hybride et les boues papetières constituent une voie exploratoire intéressante en réponse à ce problème. Une trentaine de panneaux de fibres de moyenne densité (MDF) ont été fabriqués avec 12% de résine urée-formaldéhyde et différentes proportions de fibres de peuplier hybride et de fibres de boues primaires issues des procédés papetiers kraft et thermomé- canique. Ces panneaux ont alors été soumis, selon la norme ASTM D-1037, à des essais de cohésion interne, de modules d'élasticité et de rupture, de gonflement en épaisseur et de dilatation linéaire. Les profils de densité et les émissions de formaldéhyde ont également été mesurés. Les résultats montrent que le peuplier hybride satisfait très bien aux exigences de l'industrie des bois composites. Ils montrent également qu'une quantité non négligeable de fibres recyclées, soit 25% de boue kraft ou de boue thermomécanique, peut être incorporée à ces panneaux tout en respectant le plus haut grade de la norme ANSI A208.2-2009. Les boues thermomécaniques obtiennent globalement de meilleurs résultats que les boues kraft, probablement à cause de la présence de cendres dans ces dernières. Avec le plus bas grade de la norme ANSI A208.2-2009, la quantité de boue thermomécanique peut même atteindre les 75%. Les essais les plus affectés par la pré- sence de boue dans les panneaux sont la cohésion interne, la dilatation linéaire et les émissions de formaldéhyde. Pour assurer l'avenir des boues dans les composites, les recherches futures devront démontrer qu'il est possible de s'affranchir du formaldéhyde. / The wood composites industry has more and more difficulties to find raw materials. The aim of this project is to show that hybrid poplar and paper mill sludge are both sustainable fiber ressources. Thirty medium-density fiberboard panels (MDF) were produced with 12% of ureaformaldehyde resin and various ratios of hybrid poplar fibers and primary paper mill sludge from kraft and thermomechanical processes. According to the ASTM D-1037 standard method, the evaluated properties were modulus of elasticity, modulus of rupture, internal bond strength, thickness swell and linear expansion. Panel density and formaldehyde emission were also measured. The results show that MDF made from hybrid poplar fully satisfies the industrial quality requirements. Panels with 25% of kraft or thermomechanical sludge meet the ANSI A208.2-2002 MDF standard for the highest grade. Overall, kraft sludge give inferior performances than thermomechanical sludge, probably due to their high ash content. For the lowest grade of ANSI A208.2-2002 MDF standard, it is possible to increase the amount of thermomechanical sludge to 75%. Sludge plays a significant role in MDF panel properties, particularly for internal bond strength, linear expansion and formaldehyde emission. In the future, research efforts should demonstrate that formaldehyde-free composites are compatible with paper mill sludge.

Dans la présente thèse, nous nous intéressons aux phénomènes physiques se déroulant durant le processus de pressage à chaud des panneaux de fibres de bois (MDF). La non-linéarité et la forte interdépendance des phénomènes instationnaires de transfert de chaleur et de masse et du pressage mécanique de l'ébauche de fibres rendent leur modélisation et analyse non triviales. Dans un premier temps, nous avons effectué une étude de sensibilité portant sur le modèle de transfert de chaleur et de masse proposé par Thômen et Humphrey en 2006. Dans cette étude de sensibilité, nous avons déterminé l'impact de la variabilité des propriétés matérielles, des modèles de sorption, des conditions aux limites et de la teneur en humidité initiale sur les variables d'état et les résultats numériques du modèle mathématique. Afin de mieux tenir compte des interactions complexes entre les différents processus physiques, nous avons ensuite proposé un modèle mathématique global tridimensionnel couplé modélisant le processus de pressage à chaud en lot (batch pressing). Le modèle global est constitué de deux entités distinctes, soient le modèle mécanique et le modèle couplé de transfert de chaleur et de masse. Dans cette première phase de développement, la compression de l'ébauche est représentée par un modèle élastique vieillissant que nous avons exprimé en formulation quasi-statique incrémentale. Les variables d'état pour ce modèle sont l'incrément de déplacement et l'incrément de contrainte. Tous les calculs se font sur une géométrie mobile dont la déformation (compression) est une conséquence de la fermeture de la presse. Le développement du profil de densité est ainsi calculé dynamiquement à chaque pas de temps. Quant aux phénomènes de transfert de chaleur et de masse, ils sont modélisés par un système couplé constitué de trois équations de conservation, notamment la conservation de la masse de l'air et de la vapeur ainsi que la conservation de l'énergie. Les équations sont exprimées en fonction de trois variables d'état, soient la température et les pressions partielles de l'air et de la vapeur. Le modèle global est discrétisé par la méthode des éléments finis et les systèmes résultant ont été résolus grâce au logiciel MEF++ développé au GIREF (Groupe interdisciplinaire de recherche en éléments finis, Université Laval). Les simulations numériques ont été menées aussi bien en deux qu'en trois dimensions. Les résultats numériques de température et de pression gazeuse ont été comparés aux mesures prises au laboratoire du CRB (Centre de recherche sur le bois, Université Laval) lors d'un procédé de pressage en lot. Une bonne concordance entre les résultats numériques et expérimentaux a été constatée. Afin d'enrichir le modèle proposé, les futurs développements devraient traiter de la nature viscoélastique et plastique de l'ébauche soumise au pressage à chaud. Il demeure néanmoins clair que la qualité des prédictions produites par des modèles numériques dépendra toujours en grande partie de la disponibilité et de la qualité des valeurs caractérisant les propriétés physiques et matérielles du produit à l'étude. Afin de combler de nombreuses lacunes à ce chapitre, nous ne pouvons qu'encourager les recherches menant à une meilleure connaissance de ces propriétés.

Les résidus solides récupérés au traitement des eaux usées des usines de pâtes et papiers sont appelés boues. La boue primaire (BP) représente une source de fibres pour l'industrie des panneaux de fibres de moyenne densité (MDF) et la boue secondaire (BS) a des propriétés adhésives. L'objectif général de l'étude est d'évaluer la faisabilité de produire des panneaux MDF à partir de BP et de BS issues de différents procédés papetiers, de résine urée-formaldéhyde (UF) et de fibres de bouleau blanc de qualité pâte. Les résidus furent échantillonnés puis caractérisés en termes de composition chimique, de pH, de capacité tampon et de longueur des fibres. Des panneaux de fibres furent fabriqués selon trois dispositifs expérimentaux où les facteurs sont : la proportion de boue, le type de boue (BP, BS), le procédé papetier (PTM, PCTM, kraft) et la teneur en résine UF (0%, 8%, 12%). La BS est riche en protéines et contient plus de lignine et moins de cellulose que la BP. La BP est donc une source de fibres et la BS est une source potentielle d'agent liant. Les boues PTM et PCTM contiennent plus de cellulose et moins de cendre (impuretés) que la boue issue du procédé kraft. Toutefois, les fibres dans les boues kraft sont plus longues. Dans la majorité des cas, le procédé papetier et le type de boue (BP, BS) eurent un effet significatif sur les propriétés des panneaux. Dans les panneaux de boue sans résine, la cohésion interne augmente et le gonflement en épaisseur diminue lorsque la teneur en BS augmente. Ce résultat fut attribué aux propriétés adhésives de la BS. Dans les panneaux MDF (boue, fibres et résine), l'augmentation de la proportion de boue a un effet négatif sur presque toutes les propriétés des panneaux. Toutefois, l'ajout de boues permit de réduire les émissions de HCHO jusqu'à 68% en comparaison avec le panneau témoin, sans effet négatif sur la CI. Les boues ont un pH et une capacité tampon plus élevés que les fibres de bois, ce qui a probablement nuit à la performance (reticulation) de l'adhésif UF.