Dans le but d'augmenter l'utilisation du bois dans les bâtiments, il est important de repousser les limites de ses propriétés. Dans le secteur des produits du bois d'intérieur, la résistance mécanique de surface est le paramètre clé à optimiser. Concernant les couvre-planchers en bois, la résistance à l'abrasion et aux égratignures est indispensable, car ils subissent des agressions mécaniques à répétition. C'est le système de finition sans solvant à base d'acrylates photopolymérisables aux UV qui assure ce rôle de protection des couvre-planchers en bois. Malgré ses performances, l'apparition d'égratignures après une agression mécanique est inévitable. Une nouvelle approche est envisagée pour augmenter leur durée de vie, celle de conférer au système de finition la propriété d'autoréparation. Deux technologies sont étudiées au cours de cette thèse. La première est l'étude de nouvelles formulations d'acrylates contenant des liaisons hydrogène. Pour cela, des formulations de monomères et oligomères acrylates portant des groupements hydroxyles ont été développées. Pour répondre aux exigences de l'application aux couvre-planchers en bois, la dureté et le taux de polymérisation des revêtements ont été évalués, ainsi que leurs propriétés physico-chimiques. L'efficacité d'autoréparation a été évaluée sur différents types d'égratignures et plusieurs formulations prometteuses ont été développées. Elles combinent une autoréparation de plus de 90 %, une densité de réticulation élevée, et un stimulus thermique de réparation inférieur à 100 °C, grâce à des composants à faible encombrement stérique. La seconde est la synthèse de capsules contenant un agent autoréparateur. Plusieurs systèmes ont été expérimentés, tels que les capsules urée-aldéhyde, les capsules de polyuréthane sans isocyanate, et la synthèse d'isocyanates biosourcés afin d'en faire des capsules de polyuréthane biosourcé. Cependant, malgré des avancées importantes comme la synthèse d'un polyuréthane sans isocyanate, aucune capsule n'a été obtenue. / In order to increase the use of wood in buildings, it is important to push the limits of its properties. In the indoor wood products sector, surface mechanical resistance is the key parameter to optimize. Regarding wood flooring, abrasion and scratch resistance is essential because they are subject to repeated mechanical aggressions. It is the solvent-free finishing system based on UV photopolymerized acrylates that ensures this role of protecting wood flooring. Despite its performance, the appearance of scratches after mechanical aggression is unavoidable. A new approach is envisaged to increase their service life, giving to the finishing system the self-healing property. Two technologies are studied during this thesis. The first is the development of new acrylate formulations containing hydrogen bonds. For this, acrylate formulations have been developed with monomers and oligomers carrying hydroxyl groups. To meet the requirements of wood flooring application, the hardness and polymerization rate of the coatings were evaluated, as well as their physicochemical properties. Self-healing efficiency has been evaluated on different types of scratches and several promising formulations have been developed. They combine a self-healing of more than 90 %, a high cross-linking density, and a thermal repair stimulus of less than 100 °C, thanks to components with a small steric hindrance. The second is the synthesis of capsules containing a self-healing agent. Several systems have been tested, such as urea-aldehyde capsules, isocyanate-free polyurethane capsules, and the synthesis of bio-based isocyanates to make bio-based polyurethane capsules. However, despite important advances such as the synthesis of an isocyanate-free polyurethane, no capsule has been obtained.

Les produits de la forêt dans les applications architecturales ou décoratives extérieurs sont souvent défavorisés par leur durabilité limitée et la préservation de leur apparence. La demande pour des revêtements extérieurs pour le bois à haute durabilité, la technologie verte et les nouvelles règlementations environnementales en matière d’émission des COV (composés organiques volatils) poussent l'industrie à développer des nouvelles formulations de peintures à base d’eau qui possèdent des performances équivalentes ou supérieures à celles des peintures à base de solvant organique. En effet, ce projet a comme but l’amélioration de la durabilité du bois en usage extérieur en utilisant des revêtements nanocomposites à base d’eau qui contiennent des absorbeurs UV inorganiques à taille nanométrique. Des nanoparticules de ZnO et TiO2 modifiées en surface contre la dégradation photocatalitique ont été choisies afin d’être dispersées sous forme de poudre et sous forme de dispersions aqueuses dans une formulation commerciale à base d’eau de teinture acrylique latex fournie par Sico Ltd. Montréal – Akzo Nobel, Canada. La durabilité des teintures nanocomposites appliquées sur de l’épinette noire a été étudiée par le vieillissement accéléré. La dégradation des revêtements nanocomposites due au vieillissement artificiel a été déterminée par le changement de l’apparence (couleur et brillance), la perte en épaisseur, le changement de la température de la transition vitreuse (Tg) et le changement de propriétés mécaniques (l’adhérence, l’abrasion, dureté, module d’élasticité). Le développement des produits de photo-oxydation à la surface des revêtements vieillis a été démontré par la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier. La microscopie à force atomique a été employée pour visualiser la dégradation des surfaces de revêtements soumis au vieillissement artificiel afin d’établir leur mécanisme de dégradation. La qualité de la dispersion des nanoparticules dans les films nanocomposites ainsi que la tenue du film sur le substrat en bois ont été vérifiés par la microscopie électronique à balayage et à transmission. Les études thermiques effectuées par la calorimétrie différentielle à balayage et l’analyse thermogravimétrique ainsi que la perméabilité aux vapeurs d’eau ont servi à mieux caractériser les nouveaux revêtements nanocomposites. En conclusion, une protection efficace contre les UV est directement reliée à la dispersion homogène des nanoparticules dans le revêtement nanocomposite. La compatibilité avec la matrice acrylique de dispersant utilisée pour la prédispersion de nanoparticules et le type de modification à la surface de nanoparticules sont très importants pour prévenir l’agrégation des nanoparticules dans le revêtement sec. Finalement, une série de revêtements nanocomposites à haute performance a été sélectionnée. Les résultats obtenus confirment l’avantage de l’utilisation des absorbeurs inorganiques UV de taille nanométrique dans les revêtements extérieurs et par conséquent, de nombreuses possibilités de l’application de la nanotechnologie se sont ouvertes dans la reformulation des teintures à base d’eau destinées au bois. / The forest products designated to architectural or exterior decorative applications are often disadvantaged by their limited durability and appearance preservation. High performance exterior wood coatings demand, green technologies and the VOCs environmental legislations push industry to develop waterborne formulations that pose equivalent or superior performance as the solventborne ones. Consequently, the main objective of this project is to improve the exterior wood durability by using waterborne nanocomposite coatings that contain nanosized inorganic UV absorbers. Surface modified ZnO and TiO2 nanoparticles against photocatalytic choose to disperse under powder and water-based dispersions into a commercial waterborne acrylic stain formulation for deck from Sico Ltd. Montreal – Akzo Nobel, Canada. The durability of nanocomposite coatings supported by black spruce wood was studied by artificial aging. Nanocomposites coatings degradation was followed by appearance (gloss and color measurements), thickness, glass transition temperature (Tg) and mechanical properties (adhesion, abrasion, hardness and elastic modulus) changes. Photo-oxidation products growth on the degraded surface of aged wood coatings was monitorized by Fourier Transform - Infrared Spectroscopy. Atomic force microscopy was used to visualise the aged coatings degraded surface in order to establish their mechanism of degradation under artificial exposure. The nanoparticles dispersion quality in the dry nanocomposites films and also films adherence on the wood substrate were verified by scanning electron microscopy and transmission electron microscopy. The thermal analysis (DSC and TGA) and water vapour permeability were employed for a better characterization of the new nanocomposite coatings. In conclusion, an efficient UV protection is directly connected with an homogeneous dispersion of the nanoparticles in nanocomposite coating. Dispersant compatibility that was used to predisperse the nanoparticles and modification type of nanoparticles are crucial in preventing nanoparticles agglomeration in the dry coating. Finally, a series of high performance nanocomposites coatings was selected. The obtained results confirm the advantage of using inorganic nanosized UV absorbers in exterior coatings and consequently various possibilities of nanotechnologies applications are open into reformulating waterborne coating for wood.

La présente thèse vise à augmenter la performance de revêtements UV-aqueux pour le bois, en utilisant la ressource forestière. Dans ce but, nous pensons remplacer les nanoparticules étudiées précédemment par de la cellulose nanocristalline (CNC), un produit canadien et québécois, issu de la forêt. Il existe plusieurs cas dans la littérature de composites de nanocellulose-thermoplastique, mais il y a peu d'études sur les revêtements renforcés par des CNC. L'un des aspects clés de la technologie des nanocomposites reste la dispersion des nanoparticules dans la matrice. Pour quantifier la qualité de la dispersion, des méthodes efficaces de caractérisation sont nécessaires. Dans cette thèse, deux nouvelles méthodes de caractérisation basées sur la microscopie à force atomique et la rétrodiffusion de la lumière laser (He-Ne 632,8 nm) sont appliquées pour caractériser ces revêtements nanocomposites. Une forte corrélation entre la nano-rugosité de surface du revêtement et la distribution angulaire de la lumière du laser rétrodiffusée a été constatée. L'objectif général de cette recherche est de développer des revêtements UV-aqueux renforcées par les nanoparticules pour les applications sur le bois, et d'étudier l'effet, principalement sur les propriétés d'usure, des revêtements composites. Les CNC ont été mélangées à la formulation de revêtements dans le but d'améliorer les propriétés mécaniques des revêtements secs. Les formulations de revêtements ont été pulvérisées sur des planches d'érable à sucre, qui ont été ensuite placées dans un four pour évaporer l'eau et cuire le revêtement par rayonnement UV. Les CNC ont été modifiées soit par les bromures d'ammonium quaternaire alkylés ou le chlorure d'acryloyle. Les propriétés mécaniques (résistances à l’abrasion et égratignure, la dureté et l’adhérence) ont été analysées et comparées à celles des vernis de référence sans nanoparticules. L'ajout de la CNC modifiée dans les revêtements UV-aqueux a entraîné une augmentation de 30-40% de la résistance à l'usure (abrasion et égratignure), sans perte d'apparence. Ces revêtements sur substrat de bois, avec et CNC ajoutée, ont été soumis à un vieillissement accéléré pendant 1200 h. Les résultats montrent que l’ajout de CNC dans les revêtements non seulement augmente les propriétés mécaniques, mais augmente également la stabilité de la couleur des bois ainsi peints. / This thesis is aimed to increase the performance of UV - waterborne coatings for wood, using the forest resources. For this purpose, we believe replacing nanoparticles studied previously by the cellulose nanocrystals (CNC), a Canadian and Quebec product from the forest. There are several instances in the literature of nanocellulose-thermoplastic composites, but there are few studies on coatings reinforced by CNC. One of the key aspects in the technology of nanocomposites remains the dispersion of the nanoparticles within the matrix. To quantify the dispersion, efficient methods of characterization are needed. In this thesis two new characterization methods based on atomic force microscopy and back scattering of laser light (He-Ne 632.8 nm) are applied to characterize such nanocomposite coatings. A strong correlation between surface nano-roughness of coatings and angular distribution of backscattered laser light was found. The overall objective of the research is to develop nanoparticles reinforced UV-water-based coatings for wood applications, and to study the effect mainly on wear properties of the final composite coatings. CNC were mixed to the coating formulation in order to improve the mechanical properties of the coatings. The coating formulations were sprayed on sugar maple boards, which were then placed in an oven to evaporate the water to finally be UV-cured. CNC was modified by either alkyl quaternary ammonium bromides or acryloyl chloride. The mechanical properties (abrasion and scratch resistances, hardness and adhesion) were analyzed and compared to the reference varnish without nanoparticles. The modified CNC addition in UV-water-based coatings results in a ca 30 - 40% increase in wear resistance (abrasion and scratch), without any loss of appearance. These coatings on wood substrate, with and without added CNC, were submitted to accelerated weathering during 1200 h. The results show that the addition of CNC to coatings not only increases mechanical properties but also increases color stability of coated wood.

L'industrie de la protection du bois est actuellement en pleine révolution, motivée par de nombreuses pressions visant à protéger l'environnement et la santé publique. Plusieurs pistes sont actuellement explorées dont certaines proposent d'employer des produits issus de la biomasse. La pyrolyse peut répondre à ce problème en fournissant une huile à fort contenu phénolique issue de résidus forestiers, actuellement peu valorisés et pouvant présenter certains risques environnementaux. L'objet de la présente étude est donc de vérifier le potentiel d'une résine à fort contenu d'huile pyrolytique dans un rôle de préservation du bois en évaluant les performances dans trois grands domaines d'importance : la résistance au lessivage, la résistance face à la dégradation fongique et l'impact du traitement sur les propriétés mécaniques. L'étude est complétée par une étude rhéologique de la résine afin d'optimiser les processus d'imprégnation et de cuisson. Il a été observé que le lessivage d'un additif, le chlorure de cuivre, a été grandement diminué par l'imprégnation du bois par les différentes résines, les résultats, en termes de pourcentage de rétention, dépassant même ceux d'un produit actuellement commercialement employé. De même, les résultats en termes de protection contre les divers champignons de pourriture employés ne sont pas significativement différents de ceux obtenus avec les contrôles industriels. Les propriétés mécaniques du bois traité en deux étapes avec le sel de cuivre et la résine phénol-formaldéhyde - huile pyrolytique sont davantage affectées par la concentration en sel inorganique absorbé que par la présence de l'huile, effet davantage visible avec le module de rupture. Sinon, les échantillons sont similaires aux contrôles non traités. L'étude rhéologique a mis en lumière le comportement de type Bingham des mélanges phénol-formaldéhyde - huile de pyrolyse à température d'imprégnation, permettant de fournir des équations prédictives. L'accélération de la cuisson suite à l'ajout de chlorure de cuivre aux résines a également été démontrée par les tests rhéologiques, celui-ci ayant un impact plus important sur les résines contenant de l'huile pyrolytique. / The wood preservation industry is currently in revolution, motivated by strong environmental and public health concerns. Many paths are being explored to find interesting substitutes to the traditional preservatives, with many derived from biomass. Pyrolysis can provide a high phenol content oil obtained from forest residues, currently not valorized and presenting potential environmental impacts. The object of the present study is thus verifying the potential of a high pyrolytic oil content resin for a wood preservation rule by evaluating its performance in three broad areas of importance: leaching reduction, fungal decay resistance and the treatment impact on the treated wood mechanical properties. The study is completed by a rheological study of the resins to optimize the impregnation and curing processes. It has been observed that the leaching of an additive, copper chloride, was significantly reduced after the wood impregnation by the various resin formulations. The results, in terms of retention percentages, even surpassed those of a currently commercialized product. The reduction of weight loss by fungal decay fungi were also found to be similar to the results obtained with industrial controls. The mechanical properties of wood samples treated in a two-step treatment with a copper salt and the phenol-formaldehyde - pyrolytic oil resin are more importantly affected by the concentration in inorganic salt absorbed than by the presence of pyrolytic oil, the effect being more apparent on the rupture modulus. Otherwise, most treated samples were found to be similar to the untreated wood samples. The rheological study shed light on the Bingham nature of the phenol-formaldehyde - pyrolytic oil blends in the range of impregnation temperatures, allowing for predictive equations to be developed. The curing was found to be accelerated by the addition of copper chloride to the resins containing pyrolytic oil was also proven by the rheological tests.

En utilisation extérieure, les dégradations les plus importantes du bois sont dues à plusieurs phénomènes, tels que l'hydrolyse, l'oxydation ou les attaques biologiques, qui ont pour conséquence, entres autre, de décolorer le bois et de réduire les propriétés mécaniques. En effet, le bois étant un matériau biologique, l'exposition au rayonnement ultraviolet (UV) engendre plusieurs réactions de dégradation de la lignine, ce qui provoque une décoloration non-désirée. De plus, les effets de la température, de l'humidité et du contact direct avec l'eau peuvent accélérer ce phénomène. Parmi les différentes stratégies de stabilisation de la couleur du bois, l'application d'un revêtement de surface est certainement la plus populaire. Le film joue un rôle d'écran protecteur contre les UV et les intempéries. Ces couches protectrices se composent de macromolécules (polyuréthane, polyacrylates...) qui se dégradent également par apport d'énergie UV. C'est pour cette raison qu'il est nécessaire d'y ajouter des molécules organiques susceptibles d'absorber une partie du rayonnement UV ou de limiter les réactions de dégradation radicalaire. Or, l'ajout de nanoparticules inorganiques de certains oxydes de métaux de transition semble donner des résultats plus prometteurs que les absorbeurs UV traditionnels tels que les amines stériquement encombrées. Ainsi, le présent projet à comme objectif d'étudier l'effet de nanoparticules inorganiques dans des revêtements industriels aqueux pour la stabilisation des couleurs.

Les travaux de recherche présentés portent sur l'utilisation des produits de la liquéfaction des écorces d'épicéa dans le phénol pour la préservation du bois. Les produits de la liquéfaction permettent la synthèse d'une résine thermodurcissable de type phénolique. Les résines formulées sont imprégnées dans le bois suivi d'un durcissement in situ. Un prétraitement est mis au point dans le but d'enrichir la fraction phénolique des écorces. Ce prétraitement consiste à hydrolyser les polysaccharides principalement la cellulose et les hémicelluloses dans une solution acide. Ce prétraitement permet d'obtenir un taux de lignine dans les écorces de 60 %, et un taux de cellulose de 28 %. Un procédé de liquéfaction dans un système composé de phénol, d'eau et d'éthanol est optimisé dans le but d'obtenir des taux de liquéfaction supérieur à 85 %, et un taux d'écorces liquéfiées par rapport à la masse de phénol supérieur à 50 %. Les produits de la liquéfaction présentent l'avantage de polymériser sans ajout de formaldéhyde. La durabilité conférée au bois par les résines est bonne, surtout pour les résines phénol/formaldéhyde. Les résines sont peu lessivables. L'imprégnation du bois par les résines provoque un gonflement du bois ce qui améliore la stabilité dimensionnelle de ce dernier / This work focuses on the use of liquefaction products of spruce bark in phenol for the wood preservation. The liquefaction products allow the synthesis of phenolic thermosetting resins. The formulated resins were impregnated into the wood followed by in situ polymerization. A pretreatment was developed in order to increase the phenolic compounds in the spruce bark. This step is an acid hydrolysis of polysaccharides. This pretreatment allowed obtaining a Klason lignin content of 60 %, and a cellulose content of 28 %. A liquefaction process was developed in a mixture of solvent composed of phenol, ethanol, and water. The optimized experimental conditions allowed obtaining a liquefaction yield superior to 85 %, with liqui?ed bark/phenol ratio superior to 50 %. The lique?ed products had the advantage to polymerize without formaldehyde. The resins enhanced the wood durability especially for the phenol/formaldehyde resins. The leaching was low. The wood impregnation allowed a wood swelling, thereby the impregnated wood had a better dimensional stability

Ce travail de recherche comprenait deux volets. Le premier volet avait comme objectif général d’améliorer les propriétés barrières et mécaniques de la couche de surface devant constituer le revêtement multicouche (MC) pour le bois. L’objectif général du second volet visait quant à lui à augmenter l’adhérence du système [MC/surface du bois]. Dans le premier volet, des revêtements polymérisés sous ultraviolets (UV) pour la couche de surface ont été préparés en utilisant trois grades de nanoargile commerciale dispersés (1 et 3 % en masse totale dans la formulation) dans un oligomère commercial du type époxy acrylate. La morphologie des revêtements nanocomposites a été étudiée par diffraction des rayons X et par microscopie électronique à transmission (MET). La propriété barrière, la clarté optique ainsi que les propriétés mécaniques de ces revêtements ont également été évalués. Dans le deuxième volet, les surfaces de bois du bouleau jaune (Betula alleghaniensis Britton) ont été protégées avec six types de MC. Les formulations polymérisables sous UV pour la couche d’imprégnation et la couche de surface contenaient respectivement la nanosilice (NS : 0 et 0,5 %) et la nanoargile (NA : 0, 1 et 3 %). La morphologie de la section transversale du système [MC/surface du bois] a été étudiée par microscopie électronique à balayage (MEB) et par MET. Enfin, l’adhérence du système [MC/surface du bois] a été investiguée en fonction de l’humidité relative (HR). Les images de MET révèlent que la C30B a été moins bien dispersée que la C10A et la C15A, lesquelles ont donné lieu à l’obtention des revêtements nanocomposites dont la morphologie serait du type intercalée. Les nanoargiles ont un effet autant sur la propriété barrière que sur la clarté optique. Parmi les trois grades de nanoargiles, la C10A serait idéale pour une application pratique (salles de bains) et a été utilisée comme agent de renfort pour la couche de surface des MC. La contrainte d’adhérence du système [MC/surface du bois] a été plus élevée pour les échantillons conditionnés à 80% d’HR que pour ceux conditionnés à 40% d’HR. Le revêtement multicouche 5 (0,5% NS – 1% NA) serait idéal comme système de protection. / This research consists in two sections. The main objective of the first section was to improve barrier and mechanical properties of topcoats for wood furniture; while for the second section, the main objective was to increase the adhesion of multilayer coatings on wood surfaces. In the first section, free standing UV-cured coatings were prepared by using three different types of commercial organoclays. These nanoparticles were dispersed (1 and 3 wt % into the formulation) into a commercial epoxy acrylate oligomer. The morphology of these nanocomposites was studied by X-ray diffraction and by transmission electron microscopy (TEM). The barrier property (WVTR: water vapor transmission rate), optical clarity and mechanical tests of these nanocomposites were also assessed. In the second section, surfaces of yellow birch wood (Betula alleghaniensis Britton) were protected with six different types of multilayer coatings (MCs). Prepared primer and topcoat UV-curable formulations constituting these MCs contained, respectively nanosilica (NS: 0 and 0.5 wt %) and nanoclay (NC: 0, 1 and 3 wt %). The morphology of the cross-section of coated wood samples was studied by means of both scanning and transmission electron microscopy (SEM and TEM analysis respectively). The adhesion strength of these MCs on wood surfaces was assessed as a function of relative humidity (RH). TEM images reveal that C30B was not found to be dispersible into the acrylate matrix; while both UV-cured nanocomposites containing C10A and C15A respectively seemed to have an intercalated morphology. All the organoclays used in this study have had an effect on both WVTR and optical clarity. Among the three different types of organoclays, C10A appears to be the ideal reinforcing agent for practical application (bathrooms) and was used for topcoat constituting MCs on wood surfaces. The adhesion strength of coated wood samples conditioned at 80% RH was higher than that obtained on those conditioned at 40% RH. Multilayer coating 5 (0.5% NS–1% NC) appears to be the ideal protection system.

Titre de l'écran-titre (visionné le 27 septembre 2023) / Le bois dispose d'une place de choix dans nos intérieurs grâce à son aspect chaleureux et noble. Il est cependant nécessaire de le protéger des sollicitations mécaniques par un revêtement afin de conserver ses propriétés esthétiques et d'augmenter sa durée de vie. Malgré les efforts fournis pour améliorer les performances mécaniques des revêtements, ils restent sensibles aux égratignures, et ce, même sur des produits haut de gamme. Les manufacturiers du bois doivent alors faire face à des réclamations de leur clientèle, et effectuer diverses opérations de décapage, de réparation et de refinition sur la pièce endommagée, impliquant des frais de transport et de main d'oeuvre. Dans ce contexte, il est intéressant d'améliorer les revêtements utilisés en les dotant de propriétés d'auto-réparation pour traiter les égratignures. Parmi les différents types de revêtements utilisés, les revêtements en base d'eau ont pour avantage d'émettre un faible taux de composés organiques volatils. L'objectif général de ce projet de thèse est donc de développer un revêtement à base d'eau auto-réparateur pour les produits du bois d'intérieur. La première stratégie considérée consiste à utiliser des polyacrylates réticulés réversiblement par des liaisons covalentes formées par réaction de Diels-Alder. L'objectif de l'étude menée est alors d'évaluer la pertinence d'employer cette stratégie couplée à une polymérisation en mini-émulsion. Différents latex ont été formés à partir de monomères acrylates comprenant des groupements furane ou maléimide dans leur chaîne latérale. Les tailles des particules de polymère ont été analysées par diffusion dynamique de la lumière et leur structure chimique a été étudiée par spectroscopie infrarouge. Suite aux résultats obtenus à partir de l'étude précédente, les liaisons covalentes formées par réaction de Diels-Alder ont été substituées par des ponts hydrogène. La polymérisation en mini-émulsion a également été temporairement écartée afin de faciliter la synthèse et la caractérisation des polymères. Différents polyacrylates formés à partir de monomères fonctionnels contenant des groupements urée en chaîne latérale ont été obtenus par polymérisation en milieu organique. Ils ont ensuite été caractérisés par spectroscopie infrarouge, par chromatographie d'exclusion stérique et par calorimétrie différentielle à balayage. Leurs propriétés d'auto-réparation ont été étudiées à partir de la récupération de la brillance et la dureté de surface des meilleurs candidats a été évaluée par nanoindentation. Ces analyses ont permis d'identifier le polymère présentant les meilleures propriétés d'auto-réparation associées à une dureté supérieure à celle des autres candidats auto-réparateurs. La dernière étude vise à reproduire le polymère ayant démontré la meilleure combinaison de performances mécaniques et d'auto-réparation dans une polymérisation en mini-émulsion afin de répondre aux objectifs généraux du projet. Les tailles des particules du latex obtenu ont été mesurées par diffusion dynamique de la lumière et les polymères résultants ont été caractérisés par spectroscopie infrarouge et calorimétrie différentielle à balayage. Le latex n'a cependant démontré aucune propriété d'auto-réparation et sa température de transition vitreuse s'est avérée trop faible pour l'application visée. Différentes étapes d'optimisation ont donc été réalisées pour améliorer ces deux propriétés, notamment en modifiant la nature ou le ratio molaire du monomère fonctionnel. / Wood is a popular material to decorate building interiors owing to its noble and warm appearance. However, it needs to be protected from mechanical damage with a coating in order to maintain its aesthetic appeal and increase its lifetime. Despite the efforts devoted to develop coatings providing a long-lasting surface protection, they remain sensitive to scratches, which can appear quickly as they result from daily interactions with wooden surfaces. Wood manufacturers have thus to face claims from their customers as scratches are aesthetically unpleasant and appear even on high-end pieces of furniture for which higher quality is expected considering the higher purchase cost. The piece of furniture can be replaced or be recovered for repair, but both induce supplementary transport and labor costs. The key to solving this problem is then to add self-healing properties to the coatings in order to treat the scratches. Among the many different types of coatings, the water-based coatings are interesting because they involve low emissions of volatile organic compounds. The general goal of this thesis project is then to develop a self-healing water-based coating for indoor wood products. The first adopted strategy aims to obtain a polyacrylate network that is reversibly cross-linked with covalent bonds formed through the Diels-Alder reaction. The goal of this study is thus to evaluate the relevance of this strategy when this polymer is prepared with mini-emulsion polymerization. Several latices were prepared from monomers bearing a furan or malaimide group in their pendant chain. The size distribution of the polymer particles was assessed using dynamic light scattering and the chemical structure of the polymer was studied with Fourier-transform infrared spectroscopy. Following the results obtained from the previous study, the strategy based on the reversible cross-linking of the polymer was abandoned to use hydrogen bonds between urea groups as dynamic interactions. The mini-emulsion polymerization was temporarily discarded and replaced with a conventional polymerization in an organic solvent in order to ease the synthesisand characterization of the polymers. Several polyacrylates were synthesized from functional monomers bearing urea groups in their pendant chain. They were characterized with infrared spectroscopy, size exclusion chromatography and differential scanning calorimetry. Moreover, their self-healing properties were assessed with gloss recovery following scratch damages and the hardness value of the coatings exhibiting the best self-healing performances was measured with a nanoindentation technique. Through those analyses, the polymer showing the best combinaison between the mechanical and self-healing properties was identified. The last step of this thesis aimed to transfer the synthesis of the previously identified best candidate from conventional polymerization to mini-emulsion polymerization in order to achieve the goal of this project. The size distribution of the polymer particles of the resulting latice was measured with dynamic light scattering and the resulting polymers were characterized by infrared spectroscopy and differential scanning calorimetry. The self-healing properties were afterwards assessed by optical microscopy but the prepared coatings did not show any significant self-healing properties. In addition, the measured glass transition temperature value was too low to suit the final application. Several optimization steps were then carried out to improve the properties of the polymer, for example by modifying the nature or the molar ratio of the functional monomer.

Ce travail de thèse présente deux grands axes. Le premier axe, touche les traitements du bois dans le but principal de réduire les variations dimensionnelles et d’améliorer la résistance à l’attaque des champignons lignivores. Le second axe quant à lui, touche l’aspect environnemental du traitement acide citrique-glycérol. Ce dernier a pour but principal de démontrer que le prolongement de la durée de vie en service du produit lambris traité, compense les impacts environnementaux causés par ce traitement. Dans le premier axe, deux traitements ont été réalisés sur deux essences de pin (Pinus strobus L. et Pinus contorta D.). Un traitement à l’anhydride maléique et un autre traitement avec une solution d’acide citrique – glycérol brute (AC-G). Dans le premier cas, les effets de deux paramètres (la durée de séchage et la température d’estérification) sur les résultats des essais de stabilité dimensionnelle, de résistance à la dégradation fongique et de vieillissement accéléré ont été évalués. Trois niveaux de durée de séchage après imprégnation (12 h, 18 h et 24 h) et trois niveaux de température d’estérification (140 °C, 160 °C et 180 °C) ont été considérés. Dans le second cas, après identification du meilleur catalyseur (HCl) et du meilleur ratio acide citrique – glycérol (3/1) pendant les essais préliminaires, les performances de ce traitement sur la stabilité dimensionnelle, la résistance à la pourriture fongique, la dureté de surface et l’adhérence des couches de revêtement de peinture sur la surface du substrat bois ont été analysées. Les résultats obtenus ont été appuyés par une suite d’analyses qualitatives et quantitatives pour mieux comprendre et expliquer. Les analyses qualitatives sont : (i) la spectroscopie infrarouge à transformée de Fourier (IRTF) et (ii) la microscopie électronique à balayage (MEB) tandis que la quantitative, l’analyse par perte de masse a été faite par pesée. Dans le second axe, une analyse des impacts environnementaux du traitement AC-G a été effectuée par le biais du logiciel SimaPro v8. La base de données Ecoinvent v3 et la méthode d’analyse d’impact Impact 2002+ ont été utilisées dans cette partie du travail de thèse. Sur la base des résultats du second traitement (AC-G) et des travaux disponibles dans la littérature, nous avons estimé, une durée de vie en service des lambris traités. Les différents scénarios de la durée de vie du lambris traité mis sur pied par rapport à celle offerte aujourd’hui par l’industrie, nous permettent de modéliser les impacts environnementaux du traitement. A cette fin, l’analyse de cycle de vie (ACV) a été utilisée comme outil de conception. En conclusion, les paramètres, durée de séchage et température d’estérification influencent les résultats obtenus dans le cas du traitement du bois à l’anhydride maléique. La combinaison 24 h de séchage et 180 °C, température d’estérification, représente les paramètres qui offrent les meilleurs résultats de stabilité dimensionnelle, de résistance à la dégradation fongique et de vieillissement accéléré. Le traitement AC-G améliore la stabilité dimensionnelle, la résistance à la dégradation fongique et la dureté de surface des échantillons. Cependant, le traitement réduit l’adhérence des couches de peinture. Les impacts environnementaux produits par le traitement AC-G sont majoritairement liés à la consommation de la ressource énergie (électricité). Le traitement prolonge la durée de vie en service du lambris traité et il a été mis en évidence que le scénario de durée de vie qui permettrait que le lambris traité puisse se présenter comme un produit à faible impact environnemental par rapport au lambris non traité est celui d’une durée de vie de 55 ans. / The work presented in this thesis is divided in two research tracks. The first axis regards the wood treatment. The aim of that work, was to reduce dimensional variation and to improve the resistance to fungal decay. The work of the second track presents the environmental impact of the citric acid-glycerol treatment. The purpose was to demonstrate that, enhancement of the service life expectancy of the siding product compensates the environmental impacts of this treatment. In the first axis, two treatments were considered, one with maleic anhydride and the second with citric acid and glycerol mixture. For the first treatment, the effects of two parameters, drying time and esterification temperature were analysed and different performance tests were performed. These tests were: dimensional stability, decay and accelerate aging. Three drying times (12 h, 18 h and 24 h) and three levels of esterification temperature (140 °C, 160 °C and 180 °C) were examined. For the second treatment, after identification, during the preliminary test, of the best catalyst, hydrochloric acid (HCl), the best ratio treatment was identified (3/1). Dimensional stability, decay, hardness and pull-off tests were performed. For a better understanding of the obtained results, qualitative analyses were performed. These were Fourier transform infrared spectroscopy (FTIR) and scanning electronic microscopy (SEM) analysis. Weight loss analysis was also performed as a quantitative analysis. In the second axis, the environment impact of citric acid and glycerol mixture treatment was evaluated by SimaPro software v8. Ecoinvent data base and Impact2002+ impact method were also used in this part of the study. Based on the results of the second treatment (citric acid and glycerol mixture) and the literature research, service life expectancy of siding wood treated was estimated. Different scenarios defined on the basis of the service life expectancy estimated. For this aim, life cycle assessment (LCA) was used as design tool. The drying time and esterification temperature parameters affect the results obtained in the case of the first treatment. Better results in terms of dimensional stability and accelerated aging, were obtained for the samples dried for 24 h and esterified at 180 °C. The citric acid and glycerol mixture treatment improves wood dimensional stability. Decay and hardness were improved compared to untreated samples. For the pull-off test, the treatment was found to reduce coating adhesion on the wood surface. The environmental impacts of the treatment process were mainly linked to the energy consumption (electricity). Citric acid and glycerol mixture treatment improves the service life expectancy of siding and the scenario of life service that presents treated lodgepole pine wood siding as more ecofriendly than the untreated one corresponds to 55 years.

Ce travail a consisté à étudier les potentialités d'un traitement par plasma froid pour des applications antifongiques préventives et curatives du pin maritime. Les traitements sont réalisés par exposition des échantillons à des post-décharges, issues de réacteurs de Décharge à Barrière Diélectrique (DBD). Pour l'aspect préventif, l'objectif a été de définir si un traitement du pin maritime par post-décharge DBD pouvait être utilisé pour pallier les problèmes de lessivabilité des produits antifongiques rencontré au cours des traitements par trempage. Une molécule antifongique contenant un groupement réactif et un ammonium quaternaire a été synthétisée. Celle-ci peut-être fixée sur le bois par liaison covalente et ainsi résister au lessivage. Il a été montré que le traitement par post-décharge permettait d'améliorer la cinétique de la réaction de greffage de cette molécule sur le bois par rapport à un traitement par simple chauffage. Une fixation de cette molécule assistée par post-décharge permet donc de protéger le bois de façon durable contre les attaques par les champignons de bleuissement. Pour l'aspect curatif, l'effet direct des post-décharges sur les spores de champignons a été étudié. Il a été montré que l'exposition aux post-décharges de spores d'Aureobasidium pullulans, Ceratocystis sp., Penicillium sp. et Gliocladium sp. pouvait conduire à une excellente inhibition de leur croissance, et ce pour des temps de traitement inférieurs à 10 minutes. Ainsi, les travaux de thèse ont permis de montrer que les traitements par post-décharge DBD présentaient des potentialités dans le domaine du bois, pour des applications antifongiques préventives ou curatives