Ce travail présente une série d’études concernant différents aspects de la technologie de soudage du bois. Les objectifs de la thèse sont les suivants. Déterminer la composition chimique et le comportement du matériau soudé par rapport à l’eau. Déterminer des relations possibles entre la composition chimique de la matière soudée et les propriétés mécaniques. Étudier des méthodes capables d’améliorer la performance mécanique et la résistance à l’eau du joint soudé. Déterminer l’influence des paramètres de soudage dans l’anatomie, la composition chimique et les propriétés mécaniques du joint soudé. Le premier chapitre présente une introduction. Le deuxième présente l’état de l’art dans le domaine du bois et du soudage par friction. Le troisième chapitre décrit des résultats. Ce chapitre est composé de deux parties, une première concernant la compréhension des aspects chimiques, anatomiques et son lien avec les propriétés mécaniques du bois soudé et une deuxième partie concernant les améliorations de la résistance mécanique et de la résistance à l’eau du bois soudé. Dans le premier groupe de résultats trois études sont présentées. Une première étude pour comprendre la composition chimique et la solubilité dans l’eau de la matière soudée pour le hêtre et l’épicéa, ceci pour des temps de soudage progressifs. Dans cette étude les composants du matériau soudé ainsi que les composants de dégradation solubles dans l’eau sont identifiés et quantifiés. Une deuxième étude montre les caractéristiques topo-chimiques des sections transversales du bois soudé. Ici, la modification de la lignine dans la zone soudée et dans les fibres environnantes est établie. La troisième étude établit des corrélations obtenues entre la composition chimique du bois soudé et les propriétés mécaniques. Dans le deuxième groupe de résultats trois études sont exposées. Une première montre le changement de la résistance au cisaillement du joint soudé par la densification du bois avant le soudage. Les deuxième et troisième études comprennent l’utilisation d’additifs pour l’amélioration de la résistance à l’eau des joints soudés. Le deuxième concerne le soudage linéaire et le troisième le soudage rotatif par tourillons. Pour finir, les conclusions et perspectives sont présentées dans le chapitre quatre de ce travail / This work presents a series of studies on various aspects of the welding technology of wood. The objectives of this thesis are as follows. To determine the chemical composition and the behavior of the welded joint into water. To determine possible relationships between the chemical composition and mechanical properties of the welded material. To study methods capable of improving the mechanical strength and the water resistance of the welded joints. To determine the influence of welding parameters in the anatomy, chemical composition and mechanical properties of the welded joints. The first chapter presents an introduction. The second chapter shows the state of the art in the field of wood and friction welding. The third chapter describes the results and is divided in two parts. The first one is related to the comprehension of the chemical and anatomical aspects and its relation with the mechanical properties of the welded joint and the second part covers the improvements in the mechanical resistance and in the water resistance of the welded joints. In the first group of results three studies are included; the first one presents the chemical composition and solubility in water of the welded beech and spruce material at progressive welding time. In this study the components of the welded material and the degradation products of welded wood soluble in water are determined and quantified. The second work shows a topo-chemical study of cross sections of welded wood. Here, the modification of the lignin in the welding zone and the surrounding fibers is established. The third study establishes correlations between the chemical composition and mechanical properties of the welded joint. The second part of the results includes three studies; the first one describes the changes in the shear strength of the welded wood joints by wood densification before welding. In the second and third studies the use of additives in order to improve the water resistance of the welded joints is described. The second study deals with linear friction welding and the third one with rotational wood dowel friction welding. Finally, conclusions and perspectives are presented in the fourth chapter

Ce travail de thèse a été conduit dans le but d’élaborer des papiers résistants à l’eau liquide et ayant des propriétés antifongiques, ce par utilisation de composés biosourcés. Deux approches ont été proposées : soit une modification en surface par enduction, soit une modification des fibres de cellulose. Dans le cas de la modification en surface, deux formulations d’enductions ont été étudiées. La première, composée de chitosane et de carbonate de calcium précipité (PCC) modifié, a été utilisée pour limiter le développement de moisissures et améliorer la résistance des papiers à l’eau. La formulation incorporant 20 % de PCC modifié a montré un retard de croissance significatif de la souche fongique sélectionnée en tant que souche cible. La seconde formulation, destinée à améliorer la résistance à l’eau des papiers, par enduction d'un latex prévulcanisé d’hévéa, a montré de très bons résultats, conduisant à une réduction de près de 95 % de l’absorption d’eau liquide. Toutefois, une perte d’opacité des papiers a été observée après pénétration de l’eau dans le matériau. Par conséquent, une seconde approche a été proposée, basée sur la modification physico-chimique des fibres de cellulose. Un procédé d’hybridation a été utilisé, permettant l’adsorption d’acide stéarique sur le PCC synthétisé in situ à la surface des fibres de cellulose. Un compromis entre la rétention des charges, la résistance à l’eau et les propriétés mécaniques a pu être proposé. Après détermination des conditions optimales de mise à l’échelle industrielle du procédé d’hybridation, un essai industriel a pu être réalisé et a conduit à des résultats prometteurs. / The present work investigates the creation of water-resistant and antifungal papers by using biobased compounds. Two approaches were developed: A surface modification by coating or a cellulose fibre modification. For the coating approach, two formulations were studied. The first one, consisting in chitosan and modified precipitated calcium carbonate (PCC) was mainly used to limit the development of molds while improving paper water resistance. The formulation incorporating 20 % of modified PCC showed a significant increase of the lag phase of the target fungal strain. The second coating formulation, especially designed to improve papers water resistance by a coating layer of prevulcanized natural rubber latex, showed very positive results, leading to 95 % reduction of liquid water absorption but with a negative impact on the material opacity after water penetration. As a consequence, physico-chemical modification of cellulose fibre was investigated in a second approach. An hybridization process was used, leading to stearic acid adsorption on in situ PCC synthesized at the surface of cellulosic fibres. A compromise between fillers retention, water resistance and mechanical properties was found. After determination of optimal conditions carried out to an industrial scale up, an industrial pilot was performed and gave promising results.

Ce projet de recherche mené en collaboration avec le CTP (Centre Technique du papier) a eu comme objectif de mettre en place une stratégie de greffage de polymères sur des fibres de cellulose via « Chimie Click » dans l’eau et dans des conditions douces et respectueuses de l’environnement afin de conférer de nouvelles propriétés mécaniques aux papiers résultants. La première étape a été d’élaborer une fonctionnalisation alcyne des fibres dans des conditions douces – dans l’eau ou dans un mélange eau/isopropanol – permettant à la fois une fonctionnalisation conséquente tout en préservant la cristallinité de la cellulose, la structure fibre et les propriétés mécaniques. Différentes méthodes de microscopie ont été utilisées pour mieux comprendre l’impact de la fonctionnalisation sur les propriétés mécaniques. Afin d’améliorer les propriétés mécaniques du papier, le greffage sur les fibres de polyéthers d’alkyle fonctionnalisés azoture a été réalisé dans l’eau par cycloaddition de Huisgen d’azoture-alcyne catalysée par le cuivre (II) (CuAAC). Plusieurs polymères de natures différentes (poly(éthylène glycol) et poly[(éthylène glycol)-stat-(propylène glycol)]), de différentes masses molaires et fonctionnalités (mono- ou difonctionnels) ont été liés aux fibres de cellulose. L’ajout de chaînes de poly(éthylène glycol) s’est avéré avoir un effet lubrifiant entraînant une légère diminution de l’indice de traction mais une augmentation importante de la flexibilité du papier. De plus, le greffage de polymères difonctionnels a démontré des propriétés originales de résistance à l’eau sans changer la nature hydrophile des fibres de cellulose. Enfin, le couplage Thiol-Yne a permis de fixer de petites molécules hydrosolubles fonctionnalisées thiol sur des fibres modifiées alcyne en s’affranchissant du cuivre nécessaire à la réalisation de la réaction de CuAAC. / This research project, in collaboration with CTP (Centre Technique du Papier), aimed at developing chemical pathway in water to graft polymers on cellulose fibers via “Click Chemistry” in eco-friendly and non-degrading conditions conferring new mechanical properties upon the resulting paper sheets. A first step was to develop a “green” alkyne derivatization method in mild conditions – through pure water or water/isopropanol mixture – allowing for a substantial alkyne functionalization without jeopardizing the cellulose crystallinity, the fiber structure, and maintaining good mechanical properties of the cellulose fibers and resulting paper sheets. To better understand how the functionalization impacts the mechanical properties, several microscopy methods were employed. Then, aiming at improving mechanical properties of the resulting paper, grafting of azidefunctionalized polyoxyalkylenes on alkyne-modified fibers was achieved via Copper(II)-Catalyzed Alkyne-Azide Cycloaddition (CuAAC) in pure water. Water soluble polymers of different nature (poly(ethylene glycol) or poly[(ethylene glycol)-stat-(propylene glycol)]), with different molar mass and functionality (one or two azide groups per macromolecular chain) were successfully attached on cellulose fibers. Grafting of PEG chains involved a slight decrease of the tensile index but a drastic increase of the flexibility of the paper sheet. Interestingly, fibers grafted with difunctional polymers demonstrated an original water resistance maintaining the hydrophilic nature of fibers. Finally, Thiol-Yne reaction was successfully carried out to attach small water soluble thiol-bearing reagents on alkyne-functionalized fibers in water as a metal-free alternative to CuAAC reaction.