Efficacy of wollastonite-enriched acrylic coatings against fungal decay in non-treated and thermally-modified wood

Le bois est un matériau vivant qui a servi à construire des abris humains pendant des millénaires, pourtant il reste vulnérable aux éléments. Lorsqu'il est laissé sans protection, il pourrit à cause des champignons, brûle dans le feu et se déforme lorsque les niveaux d'humidité changent. Bien que les scientifiques aient développé depuis longtemps des traitements chimiques pour stopper cette décomposition, beaucoup de ces solutions sont toxiques ou difficiles à appliquer. Une alternative populaire est la modification thermique, un processus où le bois est cuit à des températures élevées pour modifier sa chimie interne, le rendant moins appétissant pour les organismes causant la pourriture. Cependant, même le bois traité thermiquement n'est pas immunisé contre tous les types de décomposition, et les machines industrielles requises pour ce processus sont coûteuses. Cela laisse une lacune pour une méthode plus simple et moins chère de protéger le bois, particulièrement pour ceux qui souhaitent éviter les produits chimiques agressifs. Les chercheurs ont porté leur attention sur un minéral commun appelé wollastonite, une roche en forme d'aiguille souvent utilisée dans les plastiques et les céramiques, pour voir si elle pourrait renforcer les peintures protectrices et empêcher le bois de pourrir.

Une équipe de scientifiques issus d'universités d'Iran, d'Europe et d'Australie s'est donné pour mission de tester si le mélange de ce minéral dans une peinture acrylique standard pouvait protéger le bois de la décomposition fongique. Ils ont travaillé avec trois types distincts de bois : le hêtre, un bois dur dense ; le peuplier, un bois dur plus léger ; et l'épicéa, un bois tendre. Pour simuler des conditions réelles, ils ont préparé deux ensembles de chaque type de bois. Un ensemble a été laissé à l'état naturel, tandis que l'autre a été soumis à une modification thermique par chauffage à 185 degrés Celsius pendant quatre heures. Ce traitement thermique modifie la structure chimique du bois, éliminant certains des sucres dont se nourrissent les champignons. Après le traitement thermique, les échantillons de bois ont été conditionnés pour les stabiliser.

Les chercheurs ont ensuite appliqué différentes couches sur ces échantillons. Certains morceaux ont été laissés nus pour servir de témoin, montrant à quel point le bois pourrit sans aucune protection. D'autres ont reçu une peinture acrylique à base d'eau standard, un revêtement courant que l'on trouve dans de nombreux magasins de bricolage. Le groupe final a reçu une version spéciale de cette même peinture, mais avec de la wollastonite mélangée. Le minéral a été ajouté selon un ratio spécifique, créant une suspension qui a été soigneusement mélangée à la peinture avant l'application. Chaque morceau de bois a reçu deux couches de peinture, appliquées à un jour d'intervalle, résultant en une couche sèche d'environ 210 micromètres d'épaisseur. Une fois revêtis, tous les échantillons ont été placés dans un environnement contrôlé et exposés à deux types agressifs de champignons de décomposition du bois. Un champignon, connu pour causer la pourriture brune, attaque les fibres structurelles du bois, tandis que l'autre, un champignon de pourriture blanche, décompose la couleur et la force du bois.

Après la période d'exposition de quatre mois, les résultats ont été frappants. Les échantillons de bois non traités ont subi des dommages importants, perdant une quantité significative de leur masse à mesure que les champignons dévoraient le matériau. Dans certains cas, le bois non protégé a perdu près de 40 pour cent de son poids. La peinture acrylique standard a apporté une certaine aide, réduisant la perte de masse, mais elle n'était pas un bouclier parfait. Dans certaines conditions, particulièrement avec le bois de hêtre, le film de peinture s'est fissuré et s'est écaillé, permettant aux filaments microscopiques des champignons de pénétrer dans le bois en dessous. Cependant, les échantillons revêtus de la peinture enrichie à la wollastonite ont obtenu des performances exceptionnelles. La perte de masse dans ces échantillons était drastiquement plus faible, tombant souvent à moins de 3 pour cent, qu'il s'agisse ou non de bois traité thermiquement.

Les chercheurs ont examiné les échantillons sous des microscopes puissants pour comprendre pourquoi la peinture enrichie au minéral fonctionnait si bien. Ils ont découvert que la forme en aiguille des particules de wollastonite agissait comme un renforcement physique au sein du film de peinture, le rendant plus robuste et plus résistant aux fissures. Plus important encore, le minéral semblait former des liaisons chimiques fortes avec la peinture elle-même, créant une couche cohérente difficile à percer pour les champignons. Le film de peinture est resté presque intact même après des mois d'attaque fongique, alors que la peinture ordinaire s'était considérablement détériorée. Le minéral semblait également agir comme une barrière, ralentissant le mouvement de l'oxygène et de l'eau vers la surface du bois, qui sont essentiels à la croissance des champignons. Dans certains cas, les chercheurs ont observé que le minéral lui-même pourrait avoir interféré avec la capacité des champignons à croître à la surface, limitant ainsi la propagation de la moisissure.

L'étude a également mesuré la quantité de force que le bois conservait après l'attaque fongique. Le bois dévoré par les champignons est devenu faible et friable, perdant une grande partie de sa capacité à supporter du poids. Les échantillons protégés par la peinture à la wollastonite ont toutefois conservé leur intégrité structurelle. Même le bois qui n'avait pas été traité thermiquement mais qui avait été revêtu de la peinture minérale tenait presque aussi bien que le bois non exposé. Cela suggère que la peinture ne s'est pas contentée de rester à la surface ; elle a activement empêché le processus de décomposition de compromettre la structure interne du bois. La combinaison de la modification thermique et de la peinture minérale offrait la meilleure protection, mais la peinture seule constituait une défense puissante pour le bois non traité.

Les conclusions indiquent que l'ajout d'un minéral commun et peu coûteux à une peinture standard peut créer un bouclier hautement efficace contre la pourriture du bois. Cette approche offre une solution pratique pour protéger le bois sans dépendre de produits chimiques toxiques ou de installations de traitement thermique industrielles coûteuses. Les chercheurs ont conclu que cette méthode est facile à appliquer et fiable tant pour les bois durs que pour les bois tendres. Bien que l'étude ait été menée dans un cadre de laboratoire, les résultats suggèrent une voie prometteuse pour la préservation du bois dans des applications réelles, offrant un moyen de prolonger la vie des structures en bois tout en gardant le processus de protection simple et respectueux de l'environnement.