THESE DE DOCTORAT
Présentée par
Abdelwahed FIDAH
Discipline : Biologie
Spécialité : Biologie Végétale et Environnement
Titre :
ETUDE DE LA DURABILITE NATURELLE DES BOIS DE CEDRUS
ATLANTICA
(MANETTI) ET DE TETRACLINIS ARTICULATA (VAHL) MASTERS ET EVALUATION DE LA BIOACTIVITE DE LEURSHUILES ESSENTIELLES SUR LES CHAMPIGNONS BASIDIOMYCETES LIGNIVORES
Soutenue le 12 Novembre 2016, Devant le Jury
Président :
Mohamed TABYAOUI PES, Faculté des Sciences de Rabat Examinateurs :
Bousselham KABOUCHI PES, Faculté des Sciences de Rabat Mohamed RAHOUTI PES, Faculté des Sciences de Rabat El Houcine ZAID PES, Faculté des Sciences de Rabat
Mohsine ZIANI PES, Institut National des Sciences de l’Archéologie et du Patrimoine, Rabat
Abderrahim FAMIRI Docteur Es-Sciences, Centre de Recherche Forestière, Rabat N° d’ordre :
2921
Dédicaces
Je dédie cette thèse….
A la mémoire de mon défunt Père lhaj Mohamed
Aucune dédicace ne saurait exprimer l’amour, l’estime, le
dévouement et le respect que j’ai toujours eu pour lui.
A ma très chère mère que Dieu la garde
Rien au monde ne vaut les efforts fournis par elle jour et nuit
pour mon éducation et mon bien être.
A ma petite famille
En témoignage de l’attachement, de l’amour et de l’affection
que je porte pour elle.
A mes amis, frères et sœurs
AVANT PROPOS
Le travail présenté dans cette thèse a été réalisé au sein du Laboratoire de Botanique, Mycologie et Environnement du département de Biologie et du Laboratoire de Mycologie et de durabilité de bois du Service de Technologie du bois et de Valorisation des Produits Forestiers (Centre de Recherche Forestière) dans le cadre d’une collaboration scientifique entre la Faculté des Sciences de Rabat (Université MOHAMMED V) et le Centre de Recherche Forestière (Haut Commissariat aux Eaux et Forêts et à la Lutte Contre la Désertification) relative à la caractérisation technologique et à la valorisation des bois autochtones.
Je tiens tout d'abord à remercier vivement Monsieur Mohamed RAHOUTI (Directeur de Thèse) du Laboratoire de Botanique, Mycologie et Environnement, et Monsieur Bousselham KABOUCHI (Co-Directeur de Thèse) de l’Equipe de Spectronomie Moléculaire, Optique et Instrumentation Laser, Professeurs de l’Enseignement Supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat pour m’avoir aidé à réussir le présent travail, pour leurs qualités scientifiques, professionnelles et humaines et pour les discussions scientifiques fructueuses que nous avons eues ensemble durant les années de préparation de la thèse. Ils ont toujours fait preuve d’une grande disponibilité à mon égard et ont su me faire profiter de leurs nombreuses compétences. Mes remerciements s’adressent également à Monsieur Mohamed TABYAOUI, Professeur de l’Enseignement Supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat, Vice-Doyen des affaires pédagogiques. II me fait l'honneur de présider le jury de ma Thèse.
Qu’il me soit ici permis d’exprimer ma profonde reconnaissance à Monsieur El Houcine ZAID (Rapporteur), Professeur de l’Enseignement Supérieur à la Faculté des Sciences de Rabat, pour le grand intérêt qu’il a donné à ce travail et pour avoir accepté d’être rapporteur et membre de Jury de ma thèse.
Monsieur Mohsine ZIANI (Rapporteur), Professeur de l’Enseignement Supérieur à Institut National des Sciences de l’Archéologie et du Patrimoine (INSAP), de Rabat a accepté d’être rapporteur de mon travail de thèse et membre du Jury. Je tiens à lui exprimer vivement toute ma reconnaissance pour l’intérêt qu’il a toujours porté à ce travail.
Je remercie Monsieur Abderrahim FAMIRI, Docteur Es-Sciences Physiques et Chef du Service de Technologie du Bois et Valorisation des Produits Forestières au CRF de Rabat, pour son soutien et ses encouragements, sa disponibilité et pour les discussions très fructueuses sur le sujet de recherche développé. Je le remercie également d’avoir accepté d’être examinateur de ma thèse.
Qu’il me soit ici permis de remercier chaleureusement, le Professeur Mohamed LFERDE, Directeur du Centre d’Etudes Doctorales en Sciences et Technologies de Rabat (CEDSTR), pour ses encouragements et sa disponibilité tant sur le plan pédagogique que sur le plan
Je suis très reconnaissant envers tous les collègues et le personnel du Service de Technologie du bois et de Valorisation des Produits Forestiers, en particulier Messieurs Abdelhak EL ABID (ex chef de service), My Rchid ISMAILI, Mohamed ABERCHANE, Abdelaziz EL ALAMI et Khalid EL YOUNSSI, pour leur aide et leur soutien.
Je ne saurais oublier de remercier Mlle Noura SALHI, doctorante du laboratoire de Botanique, Mycologie et Environnement pour son aide au niveau des manipulations de laboratoire.
Je souhaite exprimer ici mes remerciements et ma gratitude à tous ceux qui, de près ou de loin, ont soutenu ce travail jusqu’à son accomplissement.
Résumé
Ce travail de recherche est dédié à l’étude de la durabilité naturelle, vis-à-vis des champignons lignivores, de deux essences résineuses autochtones procurant du bois noble, le cèdre de l’Atlas (Cedrus atlantica Manetti) et le thuya de Bérberie (Tetraclinis articulata (Vahl) Masters, ainsi qu’à l’évaluation de la bioactivité des huiles essentielles (HE) des sciures de ces bois.
Les essais de durabilité, menés selon les normes NF EN 350 et CEN/TS 15083-1, ont montré que les bois étudiés sont durables à très durables, ce qui leur permet d’accéder aux classes d’emploi 1, 2 et 3 sans traitement de préservation et même accéder aux classes de risque élevées (4 et 5) mais uniquement pour certaines utilisations.
Afin de mettre en évidence l’origine de cette durabilité, les HE extraites des sciures, par hydrodistillation, ont été analysées, par CPG-MS, et confrontées en milieu gélosé, aux mêmes souches fongiques.
Les résultats obtenus montrent que la composition chimique de l’HE du bois de cèdre est dominée par les atlantones et par les alcools, principalement le 5-isocèdranol, le tumérol et l’himachalol ; celles du bois et de la loupe de thuya sont dominées par les alcools, principalement le 3-tera-butyl-4-méthoxyphénol, le thymol et le cédrol et par les terpènes, principalement l’α-cédrène. Le fort pouvoir antifongique des HE de la loupe de thuya, révélé par le biotest, serait dû au pouvoir inhibiteur de sa fraction oxygénée très riche en polyphénols (environ 65%).
La durabilité de la loupe de thuya peut être reliée au pouvoir protecteur de son HE riche en polyphénols et celle du bois de cèdre serait due à la richesse de son HE en cétones sesquiterpéniques telles que les atlantones. Ces HE pourraient se substituer aux produits chimiques de préservation de bois nocifs pour l’homme et pour l’environnement.
Mots-clés : Tetraclinis articulata ; Cedrus atlantica ; Bois ; Durabilité naturelle; Huiles essentielles ; Bioactivité ; Champignons lignivores
Abstract
Study of natural durability of Cedrus atlantica Manetti and Tetraclinis articulata (Vahl) Masters woods and bioactivity assesment of their essential oils against wood decaying fungi.
This study is conducted to assess natural durability, against wood-decaying fungi, of two native conifers, Atlas cedar (Cedrus atlantica Manetti) and Berbery Thuya (Tetraclinis articulate (Vahl) Masters), that provided noble wood, and also to experiment bioactivity of their sawdust essential oils (EOs) against these fungi.
Durability tests, according NF EN 350 and CEN/TS 15083-1 standards, showed that thuya and cedar woods are very durable to durable, which give them access to risk classes 1, 2 and
3 without preservative treatment and even access to high risk classes (4 and 5), but only for defined uses.
To highlight the nature of this durability sawdust EOs, extracted by hydrodistillation, are analyzed by GC-MS and tested by direct contact in malt-agar medium against the same wood-decaying fungi set.
Results of chemical analysis showed that cedar wood EOs are dominated by atlantones, and alcohols, mainly 5-isocedranol, tumerol and himachalol; those of thuya wood and burl are dominated by alcohols, mainly 3-tera-butyl-4-methoxyphenol, cedrol and thymol and terpenes, represented by α-cedrene. Bioassay showed that EOs of thuya burl have a strong antifungal activity due to inhibitory power of its oxygenated fraction rich in polyphenols that representes about 65% of this oil.
Natural durability of thuya and cedar woods could be linked to the protective power of their EOs rich respectively in alcohols as polyphenols and sesquiterpene ketones as atlantones. Thuya and Atlas cedar EOs can substitute wood chemical preservatives that are harmful for health and environnement.
Key words: Tetraclinis articulata; Cedrus atlantica; Woods; Natural durability; Essential oils Bioactivity; Wood-decaying fungi.
SOMMAIRE Dédicace……… 02 Avant-propos……….. 03 Résumé……… 05 Abstract……….. 06 Sommaire……… 07
Liste des abréviations………. 11
Liste des tableaux ……….. 12
Liste des figures……….. 13
INTRODUCTION GENERALE……….. 14
CHAPITRE 1. REVUE BIBLIOGRAPHIQUE Introduction……… 16
I-1 LE CEDRE DE L’ATLAS ET LE THUYA I-1-1Généralités sur le cèdre de l’Atlas I-1-1-1 Biogéographie………..… 18
I-1-1-2 Biologie et écologie……….. 19
I-1-1-3 Etat sanitaire et pérennité de l’espèce………... 20
I-1-1-4 Caractéristiques du bois de cèdre I-1-1-4-1 Caractéristiques physiques et mécaniques ………. 21
I-1-1-4-2 Caractéristiques chimiques du bois………. 21
I-1-1-5 Utilisations du bois de cèdre………. 22
I-1-2- Généralités sur le thuya I-1-2-1 Biogéographie……….. 22
I-1-2-2 Biologie et écologie………. 23
I-1-2-3 Etat sanitaire et pérennité de l’espèce………. 25
I-1-2-4 Caractéristiques du bois et de la loupe I-1-2-4-1 Caractéristiques physiques et mécaniques du bois………. 26
I-1-2-4-2 Caractéristiques chimiques du bois……… 26
I-1-2-5 Utilisations du bois de thuya……….. 27
Conclusion ……… 28
I-2LE MATERIAU BOIS : SPECIFICTES, DURABILITE ET PRESERVATION Introduction……… 29
I-2-1 Généralités sur le matériau bois I-2-1-1 Différentes échelles d’observation du bois I-2-1-1-1 Aspect macroscopique et plans du bois ………... 30
I-2-1-1-2 Aspect microscopique du bois des résineux ……… 31
I-2-1-1-3 Composition chimique du bois………. 32
I-2-1-2 Propriétés physico-mécaniques de référence du bois I-2-1-2-1 Taux d’humidité dans le bois……… 34
I-2-1-2-2 Retrait/gonflement……… 35
I-2-1-2-3 Masse volumique et la densité………. 35
I-2-1-2-4 Résistances mécaniques ………... 35
I-2-1-3 Altérations du bois par les agents biologiques I-2-1-3-1 Champignons……… 36
I-2-1-3-2 Insectes xylophages ………. 39
I-2-1-3-3 Térébrants marins ………... 40
I-2-2 Durabilité naturelle du bois I-2-2-1 Définition………. 40 I-2-2-2 Classes de durabilité et d’emploi
I-2-2-5 Normes d’essai………. 44
I-2-3 Durabilité conférée et préservation du bois I-2-3-1 Durabilité conférée……… 45
I-2-3-2 Classes d’imprégnabilité………... 45
I-2-3-3 Préservation du bois I-2-3-3-1 Traitement chimique préventif du bois………. 47
I-2-3-3-2 Traitement thermique du bois………... 47
I-2-3-3-3 Traitement du bois par oléothermie ouThermohuilage……… 48
I-2-3-3-4 Traitements chimiques pour la désactivation des sites —OH……….. 49
I-2-3-3-5 Procédés de traitement chimique du bois I-2-3-3-5-1Les procédés de traitement de surface... 49
I-2-3-3-5-2Les procédés d’imprégnation dans la masse……… 50
Conclusion ………. 50
I-3 LES HUILES ESSENTIELLES (HE) : GENERALITES, TECHNIQUES D’EXTRACTION ET D’ANALYSE ET UTILISATIONS Introduction I-3-1 Généralités sur les HE I-3-1-1 Définition……… 52
I-3-1-2 Origine des HE……… 52
I-3-1-3 Familles biochimiques des HE I-3-1-3-1 Terpènes et dérivés………. 53
I-3-1-3-2 Composés aromatiques ………. 54
I-3-1-4 Réglementation et utilisations des HE I-3-1-4-1 Classement et commercialisation des HE ……… 55
I-3-1-4-2 Réglementation des utilisations des HE……… 56
I-3-1-4-3 Principaux domaines d’utilisation des HE I-3-1-4-3-1 Agro-alimentaire ……… 57
I-3-1-4-3-2 Pharmacologie et thérapeutique ………. 57
I-3-1-4-3-3 Cosmétologie et parfumerie ……… 58
I-3-1-4-3-4 Les huiles essentielles dans la préservation du bois……… 58
I-3-2 Techniques d’extraction des HE I-3-2-1 Hydrodistillation………. 59
I-3-2-2 Hntrainement à la vapeur……… 59
I-3-2-3 Extraction par solvants volatils………... 60
I-3-2-4 Extraction au CO2 supercritique……… 61
I-3-3 Techniques d’analyse des HE………... 61
I-3-4 Techniques d’évaluation de l’activité antimicrobienne des HE I-3-4-1 Technique en milieu solide (méthode de la diffusion en disque)………... 63
I-3-4-2 Technique en milieu liquide (méthode de dilution)……… 63
I-3-4-3 Activité antimicrobienne des HE et leurs modes d’action ………. 64
I-3-5 Huiles essentielles du cèdre et du thuya I-3-5-1 HE extraites du cèdre I-3-5-1-1 Aiguilles et rameaux……… 64
I-3-5-1-2 Bois………. 65
I-3-5-1-3 Cônes et graines………. 65
I-3-5-1-4 Résines……… 65
I-3-5-2 HE extraites du thuya I-3-5-2-1 Aiguilles et rameaux……… 66
I-3-5-2-2 Bois et loupe……… 66
I-3-5-3 Utilisations des HE des bois de cèdre et de thuya……….. 66
CHAPITRE 2. ETUDE DE LA DURABILITE NATURELLE DES BOIS DE THUYA ET DU CEDRE DE L’ATLAS VIS-A-VIS DES CHAMPIGNONS
BASIDIOMYCETES LIGNIVORES
Introduction…... 70
II-1MATERIEL ET METHODES II-1-1 Normes utilisées II-1-1-1 Norme NF EN 350……… 72
II-1-1-2 Norme CEN/TS 15083-1……….. 72
II-1-1-3 Norme NF EN 335……… 72
II-1-1-4 Norme NF EN 460……… 72
II-1-2 Matériel végétal utilisé II-1-2-1 Bois étudiés II-1-2-1-1 Loupe de thuya ………. 73
II-1-2-1-2 Bois du tronc de thuya………. 73
II-1-2-1-3 Bois du cèdre……… 74
II-1-2-1-4 Bois du pin sylvestre……… 74
II-1-2-2 Champignons basidiomycètes lignivores utilisés……….. 75
II-1-3 Protocol expérimental II-1-3-1 Conditionnement de toutes les éprouvettes……….. 77
II-1-3-2 Etuvage des éprouvettes de conditionnement……….. 77
II-1-3-3 Inoculation des éprouvettes de virulence………. 77
II-1-3-4 Incubation des éprouvettes de virulence……….. 78
II-1-3-5 Mesures de fin d’essai ………. 78
II-1-3-6 Déduction des classes de durabilité ………. 79
II-1-3-7 Déduction des classes d’emploi ou de risque………... 80
II-2 RESULTATS II-2-1 Détermination des humidités moyennes des éprouvettes de conditionnement et des coefficients K………... 80
II-2-2 Détermination des pertes de masse II-2-2-1 Pertes de masse occasionnées par P. placenta ………. 81
II-2-2-2 Pertes de masse occasionnées par C. puteana……… 81
II-2-2-3 Pertes de masse occasionnées par G. trabeum ………. 82
II-2-2-4 Validité de l’essai biologique……… 82
II-2-2-5 Comparaison des pertes de masse des essences étudiées……….. 82
II-2-3 Détermination des classes de durabilité vis-à-vis des champignons lignivores II-2-3-1 Durabilité du bois de cèdre ……….. 83
II-2-3-2 Durabilité du bois de thuya ……….. 84
II-2-3-3 Durabilité de la loupe de thuya … ………... 84
II-2-4 Détermination des classes d’emploi ………. 86
II-3 DISCUSSION……… 86
Conclusion………. 89
CHAPITRE 3. CARACTERISATION CHIMIQUE ET EVALUATION DE LA BIOACTIVITE DES HUILES ESSENTIELLES (HE) DE THUYA ET DU CEDRE DE L’ATLAS VIS-A-VIS DES CHAMPIGNONS BASIDIOMYCETES LIGNIVORES Introduction………... 91 III-1 MATERIEL ET METHODES
III-1-1-3 Extraction des HE……… 93
III-1-2 Analyse chimique et identification des composés des HE III-1-2-1 Analyse chimique des HE extraites des sciures……….. 94
III-1-2-2 Identification des composés des HE……….. 94
III-1-3 Evaluation du pouvoir antifongique des HE III-1-3-1 Champignons lignivores utilisés………. 95
III-1-3-2 Technique microbiologique utilisée dans le biotest III-1-3-2-1 Préparations des dilutions III-1-3-2-1-1 Préparation de la solution mère………. 96
III-1-3-2-1-2 Préparation des dilutions successives de la solution mère……… 97
III-1-3-2-2 Préparation des milieux de cultures contenant les différentes concentrations des HE……….. 97
III-1-3-2-3 Ensemencement et incubation des boites de Petri……….. 98
III-1-3-2-4 Lecture et expression des résultats………... 99
III-2 RESULTATS ET DISCUSSION III-2-1 Rendements en HE……… 99
III-2-2 Analyse chimique des HE III-2-2-1 Bois de cèdre………... 100
III-2-2-2 Bois de thuya……… 103
III-2-2-3 Loupe de thuya……… 105
III-2-3 Activité antifongique des HE vis-à-vis des champignons lignivores III-2-3-1 HE du bois de cèdre………. 107
III-2-3-2 HE du bois de thuya………. 108
III-2-3-3 HE de la loupe de thuya……….. 108
III-2-3-4 Détermination des CMI des HE ………. 109
Conclusion……… 113
CONCLUSION GENERALE ET PERSPECTIVES……… 115
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES……….. 118
Liste des abréviations BO Bulletin officiel
CD Classe de durabilité CE Classe d’emploi
CMI Concentration minimale inhibitrice
CP Coniophora puteana
CPG Chromatographie en phase gazeuse CRF Centre de Recherche Forestière
CTBA Centre Technique de Bois et d’Ameublement
CV Coriolus versicolor
FSR Faculté des Sciences de Rabat
GT Gloeophyllum trabeum
HCEFLCD Haut Commissariat aux Eaux et Forets et à la Lutte contre la Désertification HE Huile essentielle
IK Indices de Kováts IR Indice de rétention
JETRO Japan External Trade Organization MPa Méga Pascal
PAM Plante aromatique et médicinale
PP Poria placenta
RMN-13C Résonance magnétique au carbone 13 SA Solution d’agar (eau gélosée à 0,2 %) SLM Solution mère
SM Spectroscopie de masse TR Temps de rétention V/V Volume par volume
LISTE DES TABLEAUX
Tableau I-1 Principales cédraies du Nord d’Afrique……… 18
Tableau I-2 Caractéristiques physiques et mécaniques du bois de cèdre………. 21
Tableau I-3 Composition chimique du bois de cèdre de l'Atlas……….. 21
Tableau I-4 Caractéristiques physiques et mécaniques du bois du tronc de thuya……….. 26
Tableau I-5 Composition chimique du bois de thuya……….. 27
Tableau I-6 Constituants chimiques du bois……… 34
Tableau I-7 Etats hygroscopiques du bois……… 35
Tableau I-8 Classes de durabilité naturelle définies par la norme EN 350-2……….. 42
Tableau I-9 Classes de risque d’emploi du bois selon la norme NF EN 335……….. 42
Tableau I-10 Classes de durabilité d’essences de bois appropriées pour l’emploi dans les clases de risques vis-à-vis des champignons lignivores selon la NF EN 460………… 43
Tableau I-11 Durabilité naturelle permettant d’utiliser le bois sans traitement dans les classes de risques. Essences Feuillues tempérées……….. 43
Tableau I-12 Classes d’imprégnabilité selon la norme EN 350-2………. 46
Tableau I-13 Principaux traitements chimiques, base de finitions de bois……… 48
Tableau I-14 Principales familles biochimiques des terpènes et dérivés dans les HE……….. 54
Tableau I-15 Principales familles biochimiques des composés aromatiques des HE……… 55
Tableau II-1 Répartition des différentes éprouvettes par type de bois et par champignon………... 75
Tableau II-2 Les trois champignons utilisés dans le test de virulence……….. 76
Tableau II-3 Classes de durabilité du bois massif vis-à-vis des champignons lignivores selon la norme NF EN 350 basées sur l’indice de durabilité "X"………. 80
Tableau II-4 Humidités moyennes des éprouvettes de conditionnement et leurs coefficients K………. 81
Tableau II-5 Pertes de masse moy. des éprouvettes de virulence des bois occasionnées par P. placenta 81 Tableau II-6 Pertes de masse moy. des éprouvettes de virulence des bois occasionnées par C. puteana 82 Tableau II-7 Pertes de masse moy. des éprouvettes de virulence des bois occasionnées par G. trabeum 82 Tableau II-8 Indices de durabilité et classes de durabilités du bois de cèdre……… 84
Tableau II-9 Indices de durabilité et classes de durabilités du bois du tronc de thuya……….. 84
Tableau II-10 Indices de durabilité et classes de durabilités du bois de la loupe de thuya………. 84
Tableau III-1 Rendements en HE des trois bois étudiés………. 99
Tableau III-2 Principaux constituants de l’HE du bois du cèdre provenant d’Azrou……… 102
Tableau III-3 Principaux constituants de l’HE du bois du tronc de thuya provenant de Khémisset…….. 104
Tableau III-4 Principaux constituants de l’HE de la loupe de thuya provenant de Khémisset………….. 106
Tableau III-5 Résultats de l’activité antifongique des HE de la sciure du bois de cèdre……… 107
Tableau III-6 Résultats de l’activité antifongique des HE de la sciure du bois de tronc de thuya………. 108
Tableau III-7 Résultats de l’activité antifongique des HE de la loupe de thuya……… 109
Tableau III-8 Les CMI des huiles essentielles étudiées………. 109
LISTE DES FIGURES
Figure I-1 Aire de répartition du Cèdre de l’Atlas………... 18
Figure I-2 Arbre du Cèdre de l’Atlas………...……… 19
Figure I-3 Aire de répartition du thuya au Maroc……….... 23
Figure I-4 Arbre du Thuya de Bérbérie………...………… 24
Figure I-5-a Différentes parties de l’arbre………...………… 30
Figure I-5-b Coupe anatomique et plans ligneux du bois de résineux………...………. 30
Figure I-6 Coupe d’une grume montrant les différentes couches du bois……….. 30
Figure I-7 Les différents tissus du bois………...………… 31
Figure I-8 Schéma éclaté montrant la paroi des cellules unitaires de bois………. 32
Figure I-9 Composition chimique de la cellulose, l’hémicellulose et de la lignine……… 33
Figure I-10 Coloration bleutée sur l’aubier de bois de pin due à la présence d’agents de bleuissement... 37
Figure I-11 Observation macroscopique d’un bois d’apparence cubique due à l’attaque du bois par la pourriture brune………...………. 37
Figure I-12 Observation macroscopique d’un bois d’apparence fibreuse due à l’attaque du bois par la pourriture blanche………...……….. 38
Figure I-13 Observation macroscopique d’un bois altéré par la pourriture molle……… 38
Figure I-14 (a) Hylotrupes bajulus adulte, (b) à l’état de larve et (c) les dégâts qu’elle provoque 39 Figure I-15 Termites ouvriers de la famille des Reticulitermes (a) et dégâts sur le bois (b) ……… 40
Figure I-16 Exemples de térébrants marins……… 40
Figure I-17 Représentation chimique des terpènes……… 44
Figure I-18 Montage d’hydrodistillation au laboratoire……… 59
Figure I-19 Montage de distillation par entraînement à la vapeur……… 60
Figure I-20 Montage de distillation par hydrodiffusion……… 60
Figure I-21 Montage d’extraction au CO2 supercritique……….. 61
Figure II-1 Etapes de confection des éprouvettes de la loupe de thuya ……….. 73
Figure II-2 Etapes de préparation des éprouvettes de bois de tronc du thuya………. 74
Figure II-3 Etapes de préparation des éprouvettes de bois de cèdre de l’Atlas……… 74
Figure II-4 Orientation des cernes par rapport à l’arête "largeur"……… 75
Figure II-5 Etapes de la culture des champignons et de l’inoculation des éprouvettes……… 78
Figure II-6 Incubation des éprouvettes inoculées dans une enceinte climatique………. 78
Figure II-7 Traitement des éprouvettes après 16 semaines d’incubation………. 79
Figure II-8 Pertes de masses moy. des bois étudiés après exposition aux 3 champignons lignivores…. 83 Figure II-9 Dégâts des champignons sur les éprouvettes de pin sylvestre et des bois testés……… 83
Figure II-10 Indices (X) et classes de durabilité (CD) des bois étudiés vis-à-vis des 3 champignons….. 85
Figure II-11 Durabilité naturelle des bois étudiés comparée à celle du pin d’Alep……… 85
Figure III-1 Matériel utilisé pour la préparation des sciures de bois………. 92
Figure III-2 Echantillons de sciure des bois préparés pour l’hydrodistillation………. 92
Figure III-3 Appareil d’hydrodistillation Clevenger utilisé……… 93
Figure III-4 Chromatographe en phase gazeuse (HP série 6890) ……….. 94
Figure III-5 Les champignons de pourriture de bois utilisés dans le biotest………. 95
Figure III-6 Dilutions effectuées pour chaque HE………. 97
Figure III-7 Les tubes à essai contenant les dilutions préparées dans le milieu de culture……… 98
Figure III-8 Etapes de l’inoculation par les souches fongiques du milieu de culture contenant les différentes concentrations de l’HE……… 98
Figure III-9 Incubation des boites de Petri du biotest………. 99
Figure III-10 Composés majoritaires de l’HE du bois de cèdre……… 101
Figure III-11 Composés majoritaires de l’HE du bois de tronc de thuya obtenu par CPG………... 103
Figure III-12 Composés majoritaires de l’HE de la loupe de thuya obtenu par CPG………... 105
INTRODUCTION GENERALE
Le cèdre de l’Atlas et le thuya, espèces résineuses autochtones de grand intérêt écologique et socio-économique, sont reconnus surtout pour leur bois nobles utilisés en menuiserie, ébénisterie et en artisanat.
Le bois a été toujours très apprécié comme matériaux de construction et de service. Les exemples foisonnent de bâtiments, meubles, outils remontant à plusieurs siècles, où il a été associé à d’autres matériaux. Très varié en couleur, en aspect et au toucher, ses utilisations pour différents usages, ont été rendues possibles grâce à un choix d’essences présentant diverses qualités technologiques telles que la résistance mécanique, la flexibilité, la résilience, la facilité d’usinage, la malléabilité et la grande stabilité à l’altération par les agents chimiques, physiques et biologiques. Dans le but de limiter les risques d’altération du bois dus à ces agents biologiques, la protection d’une essence de bois, dans une classe d’emploi bien déterminée, nécessite la parfaite connaissance de sa durabilité naturelle pour l’affecter à une utilisation finale bien définie.
Les variations de durabilité, sont en général liées à l’état biologique propre à chaque essence de bois, à sa structure, à l’action de l’agent biologique destructeur concerné et aux facteurs environnementaux liés à la sylviculture de l’espèce. Les facteurs affectant directement la durabilité du bois sont surtout, sa comestibilité conditionnée par sa richesse en substances favorables à la nutrition des microorganismes et larves d’insectes et sa résistance physique conférée par son anatomie. Le bois renferme en contre partie des substances chimiques, parmi les extractibles, qui sont impliquées dans le mécanisme de résistance du bois contre les attaques biologiques, notamment celles des champignons lignivores occasionnant diverses pourritures. Il s’agit généralement des molécules phénoliques et terpénoïdes des huiles essentielles dont certaines essences de bois durables en contiennent dans des proportions très variables qualitativement et quantitativement.
Au Maroc, peu de travaux ont été consacrés à l’étude de la durabilité naturelle des bois d’essences autochtones. A l’exception de la durabilité du bois du pin d’Alep qui a été étudiée, celles des autres essences résineuses et feuillues restent méconnues. Le présent travail fait partie des actions de recherche, menées par le Centre de Recherche Forestière dans le cadre du projet "caractérisation et valorisation du bois et dérivés" supervisé par le Service de Technologie de Bois et Valorisation des Produits Forestiers, qui est focalisé sur les espèces forestières autochtones.
Dans ce travail, nous nous sommes intéressés d’établir, expérimentalement, la relation entre la durabilité naturelle des essences de bois étudiées, à savoir les bois de tronc du cèdre et de thuya ainsi que celui de la loupe de thuya, et la bioactivité de leurs huiles essentielles vis à vis des champignons basidiomycètes responsables des pourritures, brune et blanche, des bois par le biais d’une caractérisation chimique de ces huiles essentielles extraites des sciures et l’évaluation de leur activité sur milieu gélosé.
Ainsi, le premier chapitre est consacré à une synthèse bibliographique ayant une relation avec notre sujet. Il est structuré en trois sous-chapitres, traitant en premier lieu les généralités sur le cèdre de l’atlas et le thuya, deux espèces résineuses de bioclimats différents et dont les bois sont très appréciés. L’exploitation des huiles essentielles extraites des différentes parties de l’arbre de ces deux essences, ouvre une voie de valorisation de ces espèces autochtones. Le deuxième sous-chapitre bibliographique est dédié au matériau bois qui est un matériau naturel renouvelable, ayant des atouts qui lui permet de convenir à de nombreuses utilisations. Des généralités sur les différentes échelles d’observations du bois, les caractéristiques d’usage ainsi que les différentes altérations biologiques ont été apportées dans ce sous-chapitre au même titre que la notion de durabilité qui est en relation avec ces caractéristiques et altérations. Le dernier sous-chapitre bibliographique est consacré à un aperçu sur les huiles essentielles et leur utilité.
La partie expérimentale du travail est constituée de deux chapitres, traitant chacun et respectivement une évaluation, au laboratoire, de la durabilité naturelle des bois de thuya et de cèdre vis-à-vis des champignons basidiomycètes lignivores, selon les normes Européennes NF EN 350, CEN/TS 15083-1 et l’évaluation de la bioactivité des huiles essentielles, extraites par hydrodistillation de la sciure de ces essences de bois, après caractérisation chimique par chromatographie en phase gazeuse couplée à la spectrométrie de masse (CPG-MS). La durabilité naturelle des deux essences de bois en relation avec l’activité antifongique de leurs huiles essentielles vis à vis des champignons lignivores a été discutée en dernier lieu.
La portée pratique de ce travail s’inscrit dans le cadre de la caractérisation technologique des bois locaux du Maroc, notamment dans son aspect de durabilité naturelle de ces bois. Aussi, la possibilité de valorisation des huiles essentielles, extraites des déchets de transformation des bois de thuya et de cèdre, dans le domaine de préservation de bois, tels que les pins, a été
CHAPITRE 1 :
REVUE BIBLIOGRAPHIQUE
LE CEDRE DE L’ATLAS ET LE THUYA
LE MATERIAU BOIS
I-1 LE CEDRE DE L’ATLAS ET LE THUYA Introduction
Les formations forestières marocaines, à l’instar des forêts méditerranéennes, sont composées d’essences très hétérogènes, souvent claires et à structures très diverses. Ces formations sont en majorité domaniales et s’étendent sur une surface d’environ 9 millions d’hectares dont plus de 3 millions d’hectares sous forme de nappes alfatières. Les écosystèmes forestiers, situés en majeure partie, dans les climats humide, subhumide et semi-aride, sont constitués de 66 % d’essences feuillues (chêne vert, chêne liège, arganier, acacias sahariens), de 18 % d’essences résineuses (cèdre de l’Atlas, thuya, pin d’Alep et pin maritime, genévriers, cyprès de l’Atlas et sapin du Maroc), de 9 % de plantations artificielles, et 7 % est occupé par des formations basses, plus ou moins ouvertes, de type matorral et essences secondaires résultant souvent de la dégradation des forêts. Malgré que leur capacité à résister au climat et à la pression humaine fût démontrée par le passé, ces écosystèmes forestiers sont au cœur du débat et de la problématique des changements climatiques en raison de leur double rôle de puits et de sources de carbone (HCEFLCD, 2015). Au Maroc, cette double importance s’additionne à l’importance cruciale que représentent les forêts pour la survie des populations rurales et de montagne, et surtout en raison de leur rôle dans le bilan hydrologique et les implications intersectorielles dans le développement socio-économique et humain. Au niveau économique, ces écosystèmes génèrent de multiples activités en milieu rural. Cependant, le cèdre, le thuya, le chêne-liège et les eucalyptus, présentent une valeur économique réelle. La diversité des produits mobilisables par les populations locales, joue un rôle très important ; les fourrages, le bois de feu, le bois pour les usages locaux, les tannins, constituent des apports économiques substantiels. D’autres produits forestiers non ligneux tels que les plantes aromatiques et médicinales et les champignons sauvages comestibles représentent un potentiel de développement significatif. Enfin, le potentiel touristique des espaces forestiers est un gisement important de nouvelles activités économiques et d’emplois en milieu rural (M’hirit et Blerot, 1999).
Les cédraies et les tetraclinaies sont surtout réputées pour leur produit forestier ligneux qui est le bois de bonne qualité et très prisé en menuiserie, ébénisterie et marqueterie. La gestion durable de ces massifs forestiers doit s’appuyer d’abord sur une sylviculture adéquate mais également sur une bonne valorisation de ces produits ligneux. Dans ce qui suit nous allons
I-1-1 Généralités sur le cèdre de l’Atlas I-1-1-1 Biogéographie
Le cèdre de l’Atlas, Cedrus atlantica Manetti est une espèce résineuse pinacée endémique de l’Afrique du Nord très réputée surtout pour son bois noble. Son aire naturelle est très disjointe, répartie en sept blocs biogéographiques (Tableau I-1), dans les montagnes de l’Afrique du Nord (Boudy, 1950 ; Panestos et al., 1992 ; M’hirit, 1999). Le Maroc en détient la plus grande surface, estimée à environ 140 000 ha et représente la principale source du bois d'œuvre du pays (HCEFLCD, 2015). C’est une essence qui a toujours suscité un grand intérêt en raison de ses nombreuses qualités forestières, notamment le maintien de la biodiversité, sa faible inflammabilité et sa production de bois d’œuvre (Toth, 1978 ; M’hirit, 1982 ; Ferrandes, 1986). En Algérie, le cèdre est très morcelé et ne s'étend que dans l'Est et le centre du pays (Atlas Saharien et Tellien) (Derridj, 1990).
Figure I-1. Aire de répartition du Cèdre de l’Atlas Source : M’hirit, 1999
Tableau I-1. Principales cédraies du Nord d’Afrique
Cédraie Superficie (ha)
Maroc
Rif
Moyen Atlas oriental Moyen Atlas central Haut Atlas oriental
Sous-total 15 000 20 000 80 000 25 000 140 000 Algérie Ouarsenis Djurdjura et Babors Aurès Sous-total 1 100 3 800 22 100 27 000 Total 167 000 Source : M’Hirit, 1999
I-1-1-2 Biologie et écologie
Majestueux, de grande taille, l’arbre du cèdre est susceptible de dépasser 50 m de hauteur. Sa longévité est très remarquable et peut dépasser 1000 ans (Boudy, 1950 ; Toth, 1978). Son port
pyramidal au stade juvénile présente des ramifications de premier ordre souvent redressées. A l’âge adulte (Figure I-2), il prend une forme tabulaire (Gaussen, 1967). Son écorce est divisée en petites écailles d’une couleur jaune brune puis grisâtre et crevassée profondément avec une couleur foncée à un âge avancé (Toth, 1971 et 1978).
Le cèdre de l’Atlas possède deux sortes de rameaux (longs et courts) et un feuillage sous forme d’aiguilles isolées sur les jeunes rameaux et sur les pousses de l’année, rigides à apex aigu et mesurant 1 à 2 cm (Arbez et al., 1978).
Figure I-2. Arbre de Cèdre de l’Atlas
Le cèdre de l’Atlas est une essence monoïque dont les inflorescences mâle et femelle ne se développent pas en même temps (Debazac, 1964). La pollinisation s’effectue à partir du mois d’octobre (Toth, 1978, 1982-1984). Le cône, de 5 à 8 cm de long, est cylindrique au sommet et aplati ou déprimé à la base, vert avant maturité puis brun et mûrit en deux annnées (Boudy, 1952 ; Toth, 1971 ; Riou-Nivert, 2007).
De point de vu écologique, cette essence est essentiellement montagnarde et bien adaptée au climat froid (Boudy, 1950). C’est une espèce mésophile occupant les étages bioclimatiques allant du semi-aride supérieur au subhimude à variantes fraiches à très froides (M’hirit, 1982).
système racinaire très étendue, ramifié et pivotant ; le cèdre s’accommode à toutes les compositions chimiques du sol (Boudy, 1952 ; Lepoutre, 1963 ; Toth, 1971).
Les limites altitudinales inférieures ou supérieures diffèrent d’une cédraie à l’autre. Ainsi, au Maroc, on distingue trois types de cédraies (Pujos, 1966) : basses (inférieures à 1800 m), moyennes (entre 1800 et 2100 m) et hautes (supérieures à 2100 m). Les plus culminantes peuvent atteindre 2500 m au niveau du Haut-Atlas oriental (M’hirit, 1982 ; Abourouh, 1994).
I-1-1-3 Etat sanitaire et pérennité de l’espèce
Le cèdre de l'Atlas peut être attaqué par la processionnaire du pin (Thaumetopoea pityocampa) ou par la processionnaire du cèdre (T. bonjeani) qui lui est spécifique. La tordeuse, Acleris undunala, provoque également des dessèchements sur de nombreux arbres à l'échelle de massifs entiers. Les pucerons, Cedrobium laportei et Cinara cedri s'attaquent aux jeunes rameaux ou aux aiguilles. Le chalcidien seminivore (Megastigmus suspectus var. pinsapinis) parasite les graines du cèdre. Les singes macaques (Macaca sylvanus) en écorçant les cimes constituent également une menace pour le cèdre. Il est sujet également à des pourritures de bois dues aux champignons Trametes pini (Pourriture annulaire ou M’jej), Phellinus chrysoloma, Fomes annosus ou Ungulina officinalis (Pourriture cubique ou Saboune) (M’Hirit, 1999 ; Aberchane et al., 2006).
Depuis le début des années 1980, le cèdre connaît un dépérissement préoccupant, diffus ou concentré, responsable d'un recul de ses peuplements. Le dépérissement atteint des proportions anormalement élevées dans un certain nombre de massifs forestiers de la région de Midelt et dans les Moyen et Haut-Atlas (Rhanem, 2011).
Certes, la pression anthropique s'accroît sur l’écosystème cèdre, mais conjuguée aux problèmes phytosanitaires et à l’aridification du milieu, elle contribue à la déstabilisation de cet écosystème et menace sa pérennité. Le rapport de L’UICN (Union internationale pour la conservation de la nature), publié en 2013, a en effet rajouté le cèdre de l’Atlas dans sa liste rouge des espèces en voie de disparition et a par ailleurs dressé un constat alarmant dans la région du Moyen Atlas, région abritant une des plus grandes réserves d’eau au Maroc (Thomas, 2013).
I-1-1-4 Caractéristiques du bois de cèdre
Le bois de cèdre de l'Atlas fait partie des résineux qui résistent mieux aux intempéries, ainsi qu'à la mérule (Jacquiot et Fougerousse, 1972). Son duramen est très durable à durable vis-à-vis des champignons lignivores. Par contre son aubier est non durable (Brunetti et al., 2001).
I-1-1-4-1 Caractéristiques physiques et mécaniques
Le bois de cèdre se comporte très bien par rapport aux autres résineux. Il présente une densité satisfaisante de l'ordre 600 kg/m3 et un faible un retrait et possède donc une bonne stabilité dimensionnelle. Il présente un duramen bien développé d'une couleur assez claire. On pourrait donc accroître ses utilisations "nobles" comme le déroulage et le tranchage, mais à condition d’adopter d'abord à une sylviculture appropriée (El Azzouzi et Keller, 1998). Selon l'échelle de comparaison établie par le Centre Technique du Bois et d’Ameublement (CTBA, 1988), le bois du cèdre est classé parmi les bois mi-lourds à lourds. Le tableau I-2, présente quelques caractéristiques technologiques de ce bois.
Tableau I-2. Caractéristiques physiques et mécaniques du bois de cèdre
Caractéristiques physiques Valeur moyenne
Densité basale 349 kg/m3 Densité à 12% d’humidité 600 kg/m3 Retrait tangentiel (Rt) 5,01% Retrait radial (Rr) 3,02% Retrait total 8,96% Anisotropie (Rt/Rr) 1,60
Caractéristiques mécaniques Valeur moyenne
Résistance au cisaillement 13,6 MPa
Résistance à la compression parallèle 62,0 MPa Module d’élasticité en flexion statique 10 001 MPa Module de rupture en flexion statique 105 MPa
Source : El Azzouzi et Keller, 1998
Il est à noter que ces caractéristiques restent cependant très influencées par la sylviculture pratiquée et également par la station (El Azzouzi et al., 1992 ; El Azzouzi et Keller, 1994, 1995 et 1998).
I-1-1-4-2 Caractéristiques chimiques du bois
Le bois de cèdre de l’Atlas est caractérisé par des teneurs élevées en cellulose et en lignine (Quiquandon, 1976). Dans le tableau I-3 sont donnés les principaux constituants chimiques du bois de cette essence.
Tableau I-3. Composition chimique du bois de cèdre de l'Atlas
Constituants Teneur (%) Cellulose 50 Hémicellulose 12,10 Lignine 32 Résine 1,45 Extraits à l’eau 3 à 4 Cendres 0,31
I-1-1-5 Utilisations du bois de cèdre
Le bois de cèdre est vénéré depuis la plus haute antiquité, non seulement pour son utilisation mais aussi par sa vigueur et sa longévité (Quiquandon, 1976). Il est utilisé principalement en menuiserie extérieure et intérieure (plafonds sculptés, portes et portails, escaliers et parquets), en ébénisterie (fabrication des meubles rustiques et des accessoires décoratifs) et dans la fabrication des crayons et des poteaux de lignes téléphoniques ou électriques.
Les produits secondaires extraits du bois de cèdre de l'Atlas lors de sa carbonisation sont : le charbon de bois (23%), les brais (3,5%), les huiles moyennes et lourdes (5%), les huiles légères (1,4%), l’acétone (0,8%) et l’alcool méthylique (0,5%) (El Azzouzi et Keller, 1998). I-1-2 Généralités sur le thuya de Berbérie
I-1-2-1 Biogéographie
Espèce résineuse appartenant à l’ordre des Pinales et la famille de Cupressacées, le thuya de Berbérie, Tetraclinis articulata (Vahl) Masters, connu au Maroc sous le nom de "araar ", est caractérisée par sa résistance aux agents destructeurs et par l’utilisation de son bois dans l’artisanat, la menuiserie et l’ébénisterie. Elle est endémique de la méditerranée sud occidentale et surtout du Maghreb (Dakak, 2002).
En Afrique du Nord, les forêts de thuya couvrent une superficie totale d’environ 800 000 d’hectares dont 80% se trouvent au Maroc (Fennane, 1984). On le trouve aussi, plus rarement, en Espagne et sur l’île de Malte (M’hirit et Blerot, 1999). Vu l’intérêt de cette essence, les autorités de la péninsule ibérique ont procédé, récemment, à sa conservation et sa réhabilitation (Esteve-Selma et al., 2010 et 2012).
Au Maroc, les peuplements occupent environ 566 000 ha, et se répartissent en 6 grands blocs biogéographiques au niveau du : Rif, l’oriental, Moyen Atlas oriental, vallées du plateau central et de la Meseta occidentale, Moyen Atlas occidentale et du Haut Atlas et l’Anti Atlas (Figure I-3).
Figure I-3. Aire de répartition du thuya au Maroc (Source :
http://foretmaroc.blogspot.com/2014/04/la-composition-du-domaine-forestier.html)
I-1-2-2 Biologie et écologie
De point de vue botanique, le thuya est une espèce résineuse à croissance très lente, longévive et qui peut dépasser 400 ans dans les marabouts (Boudy, 1950). En hauteur, l’accroissement annuel est estimé de 20 cm/an jusqu’à 25 ans, et de 10 cm/an jusqu’à 60 ans. Le diamètre d’un thuya à 1,30 m de hauteur est de l’ordre de 20 à 30 cm en moyenne dans les peuplements traités en taillis et allant de 50 à 60 cm dans les vieilles futaies (Boudy, 1952).
Le port est de forme pyramidale et tend à s’étaler en parasol avec l’âge. Le fût est bien rectiligne et peut atteindre 3 à 5 m de long (Figure I-4). L’écorce, crevassée dans les deux sens, peu épaisse et forme une sorte de quadrillage serré. Il contient des canaux résinifères renfermant une résine exploitable (gomme sandaraque). La ramification est implantée à la tige avec des inclinaisons très variables. Les branches sont de faibles dimensions et les jeunes rameaux sont aplatis et composés d’articles formés de feuilles opposées ce qui lui attribue le qualificatif de l’espèce T. articulata. Les feuilles sont réduites à des écailles aplaties, allongées et opposées-décussées (Boudy, 1952).
Le thuya est un arbre unisexué monoïque, ayant des fleurs mâles, en petits cônes de 3,5 mm et des fleurs femelles à quatre bractées entourant l’ovule. Les fruits sont de petits cônes solitaires (14-16 mm de diamètre) s’ouvrant par 4 valves cordiformes (Figure I-4).
Les racines sont généralement traçantes et peuvent aussi être pivotantes dans des situations particulières. Cette espèce émet abondamment les rejets de souche jusqu’à un âge très avancé (Fennane, 1984).
Loupe Fruits Ecorce
Figure I-4. Arbre de Thuya de Bérbérie
La grande partie de l’aire des tétraclinaies du Maroc se trouve dans l’étage bioclimatique semi-aride à variante tempérée, douce, chaude et très chaude (Fennane, 1984). Le thuya occupe une frange altitudinale importante, comprise entre le bord de la mer et 1000 m dans le Maroc septentrional, et de 1500 à 1700 m dans le Maroc méridional. Cette large frange explique la grande diversité des écosystèmes qu’engendre ce résineux.
De point de vue température, l’optimum thermique du thuya se situe dans les variantes douces, tempérées et chaudes. Le thuya est peu exigent en eau, son optimum pluviométrique se situe entre 250 et 600 mm/an (Fennane, 1984). Il pousse sur des sols peu profonds de type rendzine, sur des sols bruns ou rouges et sur des sols superficiels à horizons peu différenciés ou dégradés d’où son intérêt dans des milieux difficiles (Fennane, 1987).
L’une des particularités du thuya c’est la formation, chez certains sujets, d’une énorme verrue au niveau de collet et de la racine et qui donne naissance avec l’âge à une loupe dont le poids varie usuellement entre 25 et 100 kg (Figure I-4). Elle est considérée comme une anomalie ou une singularité de l'arbre, lui conférant un caractère de rareté. La loupe croit avec un rythme accéléré par rapport au bois du tronc. En effet, les cernes de croissance à l'intérieur de la loupe montrent des cernes plus larges que ceux du reste de l'arbre (Fennane, 1984 ; El Mouridi, 2011).
I-1-2-3 Etat sanitaire et pérennité de l’espèce
Les aléas climatiques et la sècheresse répétitive ont affecté le développement des arbres de thuya et leur croissance et ont contribué au problème de dépérissement des tetraclinaies marocaines (Dakak, 2002 ; Abbas et al., 2006). Egalement, le phénomène de désertification ainsi que la faible régénération des tertraclinaies, la dégradation du couvert et l’érosion des sols conjugués à l’action anthropique ont accéléré la disparition des arbres affaiblis (M’hirit et Blerot, 1999). D’ailleurs, l'espèce est même signalée comme rare sur la liste rouge de l'UICN, qui note que les peuplements de thuya sont vulnérables au Maroc et la priorité devrait être donnée à la conservation in situ dans les réserves et les aires protégées (Arjon et al., 1998). Etant donné que le thuya est une espèce à croissance lente, la reconstitution des peuplements de thuya capables de fournir du bois d’œuvre nécessite une longue période et des mesures urgentes de bonne gestion. Actuellement, les forêts de thuya semblent répondre aux besoins en matière de bois de feu, bois de service et produits divers. Le déficit est surtout enregistré pour le bois d’œuvre destiné à l’artisanat (Dakak, 2002). Mais, suite à une demande accrue en bois d’œuvre par le secteur artisanal, les tetraclinaies subissent une exploitation abusive. L’enquête menée par (Hatimi, 1994) auprès des artisans a montré, qu’à Essaouira, la quantité moyenne consommée en produits de thuya est de l’ordre de 212 kg de souches/artisan/mois et de 4 madriers/artisan/mois. Elle a en outre révélé l’existence d’un déséquilibre entre l’offre et la demande de la matière première (madriers et loupes) qui a conduit à une surexploitation de bois mort sur pieds et des souches mortes. Les vieux arbres capables de fournir des madriers de qualité sont très rares, les loupes sont aussi devenus très rares, d’où une réelle difficulté dans l’approvisionnement en ce produit. Pour faire face à cette situation, l’approvisionnement en matière première est assuré par d’autres régions comme celles du Sud (Tensift) et du Nord-Ouest (Khémisset) (Dakak, 2002).
I-1-2-4 Caractéristiques du bois et de la loupe
Le bois de thuya possède de bonnes propriétés technologiques (Boudy, 1950 ; Fennane, 1984). Le thuya développe parfois au niveau du collet une excroissance importante appelée loupe dont le bois est très apprécié par les artisans, les ébénistes et les marqueteurs. Cette loupe offre un bois de bonne qualité (dur, homogène et à grain fin), mais est recherchée surtout pour son aspect esthétique remarquable, conféré par la présence de petites excroissances foncées noyées dans la matière ligneuse plus claire (Dakak, 2002).
I-1-2-4-1 Caractéristiques physiques et mécaniques du bois
Le bois du tronc de thuya est un bois lourd ayant une faible hétérogénéité intracerne en comparaison avec d’autres espèces résineuses comme l’épicéa, le sapin et le cèdre (Dakak, 2002). Son infra-densité moyenne est d’environ 590 kg/m3. Il a des bonnes caractéristiques mécaniques sauf pour la tenue à la rupture transverse. Son séchage s’effectue très facilement avec des risques de fentes et de déformations qui sont très limités (Hatimi, 1994). L’anisotropie de retrait du bois de thuya est faible, de l’ordre de 1,38 en moyenne, ce qui lui permet d’avoir une bonne stabilité dimensionnelle. Le retrait chez le thuya reste faible comparé à celui d’autres essences résineuses à l’exception du cèdre et du pin radiata (Hatimi, 1994).
Les résultats de la caractérisation physique et mécanique du bois du tronc de thuya effectuée par El Bouhtoury-Charrier et al en 2009 sont résumés dans le tableau I-4.
Tableau I-4. Caractéristiques physiques et mécaniques du bois du tronc de thuya
Caractéristiques physiques Valeur moyenne
Densité basale 789 kg/m3
Retrait tangentiel (Rt) 5, 5%
Retrait radial (Rr) 4,6%
Retrait total 11,6%
Anisotropie (Rt/Rr) 1,38
Caractéristiques mécaniques Valeur moyenne
Résistance au cisaillement 13,6 MPa
Résistance à la compression parallèle 56,68 MPa Module de rupture en flexion statique 132,78 MPa
Source : El Bouhtoury-Charrier et al, 2009
A l’échelle microscopique, la loupe possède une structure différente de celle du bois (El Mouridi et al. 2011a). Les travaux antérieurs, sur la caractérisation de ce matériau, notamment l’identification du réseau de symétries matérielles en relation avec sa structure interne, ont montré que la loupe est un matériau ayant un comportement isotrope transverse et ne présente pas les mêmes symétries naturelles que celles du bois du tronc (Kassimi, 2005 ; Ejdae, 2007 ; El Bouhtoury-Charrier et al., 2009 ; El Mouridi, 2011 ; El Mouridi et al., 2011 a et b). Elle présente également une grande variabilité de l’énergie de rupture aussi bien suivant le plan transversal que longitudinal et elle est plus fissile suivant le plan LR que suivant le plan LT, permettant ainsi de mieux orienter son sciage (El Alami et al., 2013).
I-1-2-4-2 Caractéristiques chimiques du bois
Le bois de thuya présente une composition chimique qui l’apparente aux bois résineux de référence mais avec une teneur en lignine plus élevée allant de 35 à 41%. Cette teneur est généralement comprise, pour les résineux, entre 25% et 30% (Boudy, 1950). Le tableau I-5
donne les teneurs en constituants majoritaires qui varient en fonction du type de bois, aubier ou duramen et en fonction de l’âge de l’arbre (Haddad et al., 2006).
Tableau I-5. Composition chimique du bois de thuya
Constituants en % (par rapport au bois sec) Bois âgé Bois jeune Aubier Duramen Extrait à l’eau 3,4 1,7 3,2 Extrait alcool/toluène 2,3 7,3 2,1 Cellulose 41,3 40,1 41,5 Lignine 36,1 41,2 35,7 Indice de furfural 7 5,5 7,1 Taux de pentosanes 11,9 9,4 12,1 Taux de cendres 0,27 0,3 0,28
Source : Haddad et al., 2006
I-1-2-5 Utilisations du bois de thuya
Au Maroc, les tetraclinaies jouent un rôle socio-économique important dans le cadre de la satisfaction des besoins locaux des populations riveraines en matière de parcours (pour le bétail), produits ligneux (bois d’œuvre, bois de feu, bois de service et les loupes) et produits non ligneux (gomme sandaraque, tanin, goudron végétal, etc.). Les produits ligneux sont destinés au :
- bois d’œuvre est composé de madriers et de loupes, est destiné à la production d’objets artisanaux.
- bois de service est constitué de perches et de perchettes destinées généralement à la construction d’habitats (toiture) en milieu rural et en agriculture.
- bois de feu, à usage direct ou carbonisé, a été estimé à environ 5200 stères/an pour la période de 1990-2002, pour une superficie moyenne annuelle de 169,72 ha en plus des prélèvements illicites que connaissent toutes les forêts de thuya (Khotbi, 2004).
Les principaux produits non ligneux sont :
- la gomme sandaraque, qui exsude des canaux résinifères de l’écorce, a été longtemps exploitée dans la région d’Essaouira. Cette exploitation, souvent anarchique, est l’une des origines des mutilations de nombreux peuplements. Le rendement moyen est de l’ordre de 10 g/brin (Khotbi, 2004). Ce produit est exporté en totalité à l’étranger pour être utilisé dans la fabrication des vernis de luxe et en pharmacie.
- les tanins sont peu utilisés en artisanat mais restent d’utilisation locale et médicinale ; - le goudron végétal, obtenu par distillation, est exploité en faible quantité pour les besoins locaux.
Il y a lieu de noter que l’industrie du bois de thuya génère jusqu’à 50% de déchets de la quantité consommée. A Essaouira, ville marocaine connue pour son activité artisanale très importante, cette quantité est estimée annuellement à environ 2330 tonnes. Ce sous-produit de thuya est brulé pour servir de source d’énergie essentiellement pour les bains maures alors qu’il pourrait constituer une matière première pour la production des huiles essentielles (Dakak, 2002). Les huiles de thuya sont largement utilisées et valorisées en pharmaceutique et en cosmétique.
Conclusion
A travers cet aperçu bibliographique sur les deux essences résineuses autochtones, le cèdre de l’Atlas et le thuya, nous avons pu dégager les similarités suivantes :
- Ce sont des essences à croissance lente qui donnent du bois d’œuvre et jouent également un rôle socio-économique (bois, parcours) et écosystémique important au Maroc.
- Ce sont des essences menacées qui souffrent des mêmes problèmes de pression anthropique, de dégâts de dépérissement et d’aléas climatiques et également d’appauvrissement de leurs habitats naturels.
- Leurs bois, durables, possèdent de bonnes caractéristiques technologiques recherchées en menuiserie extérieure et intérieure et en ébénisterie.
- Elles engendrent divers produits secondaires (non ligneux) de grande valeur.
La caractérisation et la valorisation des produits issus des cédraies et des tetraclinaies couplée à l’adoption de sylvicultures appropriées, vont amplement contribuer à la préservation et à la gestion durable de ces écosystèmes.
I-2 LE MATERIAU BOIS : SPECIFICITES, DURABILITE ET PRESERVATION Introduction
Le bois est un matériau naturel renouvelable qui convient parfaitement à de nombreuses applications. Il dispose de nombreux atouts : léger, résistant, isolant thermique et acoustique, durable, esthétique,... En partant du plus valorisant vers le moins rémunérateur, le bois est utilisé en : tranchage ou déroulage, ébénisterie, bois de fendage (pour faire des tonneaux,…), menuiserie, charpente, menuiserie de second choix et pour la fabrication de palettes (CRPF, 2011). Il y a aussi des produits connexes de scierie avec les écorces, les sciures, les plaquettes, les dosses, les délignures et les tronçons de grumes non conformes aux normes en vigueur pour tel ou tel usage. Mais, parce qu’il est vivant, le bois est aussi sensible à différentes altérations d’ordres abiotique et biotique. Afin d’assurer la pérennité des ouvrages en bois, il est nécessaire de prendre en considération les risques biologiques, pouvant causer des dommages importants, lors de leur mise en œuvre (CTBA, 2011). Dans la pratique, pour augmenter la durée de vie des ouvrages en bois, deux options se présentent : soit utiliser une espèce de bois à durabilité naturelle élevée, soit augmenter la durabilité d’une espèce de bois, par des procédés spécifiques (chimiques, thermique,…) (CTBA, 2011).
Dans ce qui suit, nous allons présenter sommairement une synthèse bibliographique sur le matériau bois et en particulier celui des résineux, ses constituants, ses propriétés d’usage, ses défauts et ses principales altérations. L’autre partie de cette synthèse sera consacrée à la durabilité naturelle du bois et les facteurs influençant cette durabilité, ainsi que les normes conventionnels d’essais et de classification des différentes essences de bois selon les classes de risque et d’emploi. Egalement, les procédés d’amélioration des performances des bois (durabilité conférée) seront sommairement décrits.
I-2-1 Généralités sur le matériau bois
I-2-1-1 Différentes échelles d’observation du bois
Le bois est composé de cellules aux parois ligno-cellulosiques particulièrement performantes d'un point de vue mécanique, qui permet aux arbres d'atteindre des records de taille et de longévité dans le monde vivant. A l’échelle macroscopique, c’est une matière ligneuse et compacte qui compose les branches, le tronc et les racines des arbres et des arbrisseaux (Figure I-5-a). A l’échelle microscopique, c'est un ensemble de tissus composés de fibres, de
espèces mais également d'appréhender les propriétés physiques et mécaniques qui en découlent (Trouy et Triboulot, 2001 ; Colling, 2002a ; Trouy, 2015).
Figure I-5-a. Différentes parties de l’arbre Figure I-5-b. Coupe anatomique et plans ligneux du bois de résineux
(Source, Trouy, 2015)
I-2-1-1-1 Aspect macroscopique et plans du bois
Sur une coupe transversale du tronc de l’arbre, on peut observer, de l'extérieur vers l'intérieur, l'écorce, l'aubier, le bois parfait, la moelle, les rayons ligneux, les accroissements annuels, le bois initial, le bois final,... (Trouy, 2015) (Figure I-6).
Le bois est un matériau anisotrope et se comporte différemment selon ses trois directions privilégiées, à savoir : radiale, tangentielle et longitudinale, nous permettant ainsi de distinguer trois plans ligneux (plans de coupe) : radial, tangentiel et transversal (Figures I-6) :
Figure I-6. Coupe d’une grume montrant les différentes couches et plans du bois
I-2-1-1-2 Aspect microscopique du bois des résineux
Généralement, le bois possède une organisation micro-structurelle extrêmement élaborée. Les résineux ont une structure anatomique simple composée principalement de deux types de cellules ; les trachéides et les cellules parenchymes. En plus de ces deux cellules, d'autres éléments comme les cellules sécrétrices longitudinales, les canaux sécréteurs longitudinaux et les canaux sécréteurs transversaux, sont présents chez certaines espèces en très petites quantités réparties de manière homogènes (Figure I-5-b). Les trachéides du bois de printemps ou longitudinales (Figure I-7) constituent environ 90% de l'ensemble des cellules des bois résineux et possèdent de nombreuses ponctuations aréolées leur permettant l’échange de différentes substances, tandis que celles du bois d’été ont une paroi plus épaisse et remplissent d’avantage une fonction de soutien. Des cellules de parenchyme en orientation axiale et radiale qui permettent le stockage de substances nutritives, sont aussi présentes dans la structure des résineux. Enfin, chez certains résineux on rencontre des canaux résinifères en direction axiale, radiale ou les deux (Trouy, 2015).
Figure I-7. Représentation schématique d'une cellule de bois de printemps et d'une cellule de bois d'été. La longueur des cellules est environ 100 fois plus grande que leur largueur
L’anatomie du bois des feuillus est plus complexe que celle des résineux. En effet, la conduction de la sève et le soutien de l’arbre ne sont pas réalisés par les mêmes cellules. Le bois est dit héteroxylé (Trouy, 2015). On distingue plusieurs éléments :
Les fibres libriformes qui sont des éléments de soutien rangés longitudinalement, dans le sens de l’axe de l’arbre. Elles sont fusiformes et ne comportent pas de ponctuation.
Les fibres-trachéides ayant une double fonction de conduction de la sève et de soutien de l'arbre.
Les rayons ligneux orientés dans le sens radial, ne sont composés que de cellules de parenchyme.
Les vaisseaux (ou pores) sont les cellules permettant le transport de la sève. Ils sont implantés de manière longitudinale dans le bois et peuvent être ou non juxtaposés.
Le bois est un matériau fibreux. Plus de 90 % du volume des bois résineux sont formés de fibres. La figure I-8 montre une représentation schématique d’une cellule longitudinale. Elle comprend de l'extérieur vers l'intérieur, la lamelle moyenne (ML), la paroi primaire (P) ainsi que trois couches de la paroi secondaire (S1, S2, S3) (Rowell, 1984).
Figure I-8. Schéma éclaté montrant la paroi des cellules unitaires de bois. (ML) Lamelle moyenne, (P) paroi primaire, (S1, S2, S3) couches de la paroi secondaire
(Source, Rowell, 1984)
I-2-1-1-3 Composition chimique du bois
Le bois est un polymère naturel, composé principalement de :
- la cellulose, est un homopolymère linéaire dont la macromolécule est constituée d'une seule chaîne composée d'unités de β-D-glucose (Figure I-9) les molécules de cellulose sont liées latéralement par des ponts hydrogène (faibles, mais nombreux) formant ainsi des fibrilles élémentaires de section de l'ordre de 3 à 5 nm (Rowell, 1984 ; Sjöström, 1981).
- les hémicelluloses sont des polymères amorphes ramifiés dont la chaîne principale possède des chaînes latérales. Les hémicelluloses (Figure I-9) sont constituées d'unités de différents résidus de polysaccharides (Sjöström, 1981).
- la lignine est formée de macromolécules qui résultent de la polymérisation oxydative de trois alcools phénoliques : coumarylique, coniférylique et synapylique (Figure I-9). La nature aromatique de l'unité phénolique rend la lignine hydrophobe et sa structure tridimensionnelle présente une grande rigidité (Rowell, 1984).
Représentation schématique d'une trois unités de glucose
Principaux polysaccharides des hémicelluloses
Monomères de base de la lignine : (I) Alcool coumarylique, (II) Alcool coniférylique et (III) Alcool synapylique
Figure I-9. Composition chimique de la cellulose, l’hémicellulose et de la lignine (Sjöström, 1981)
- Il existe en plus d'autres composants organiques nommés les extractibles (résines, tanins,...) et des substances minérales (les cendres). Les extractibles ne font pas partie intégrante de la paroi cellulaire et sont déposés sur celle-ci pendant la duraminisation. Ils
sa résistance du bois parfait à la pourriture et aux attaques des insectes (Rowell, 1984). Le tableau I-6 donne le pourcentage volumique de chaque composant chimique, leur nature polymérique, leur degré de polymérisation et leur fonction.
Tableau I-6. Constituants chimiques du bois
Teneur (%) polymérique Nature polymérisation* Degré de Monomère de base Fonction
Cellulose 45 - 50 Molécule
linéaire, semi-cristalline
5 000 – 10 000 Glucose Fibre
Hémicellulose 20 - 25 Molécule ramifiée amorphe
150 - 200 Sucres
non glucosés Matrice
Lignine 20 - 30 tridimensionnelle Réticulée
amorphe ? Phénylpropane Matrice Extractibles 0 - 10 Molécule polymérique - Polyphénols Élément de protection * Le degré de polymérisation (DP) définit la longueur d'une chaîne polymère. DP est le nombre d'unités monomères (unités répétitives) constitutives de cette chaîne. Le DP est directement proportionnel à la masse molaire du polymère
Source : Rowell, 1984
I-2-1-2 Propriétés physico-mécaniques de référence du bois
La qualité du bois, en tant que matériau, dépend de sa structure anatomique et de sa composition chimique. Trois caractéristiques fondamentales distinguent le matériau bois des autres matériaux utilisés dans l’industrie, à savoir : l’hétérogénéité (grande variabilité dans les composantes du bois), l’hygroscopicité (capacité d’ajuster sa teneur en humidité) et l’anisotropie (variabilité des propriétés du bois suivant les plans ligneux) (Trouy et Triboulot, 2001 ; Navi et Heger, 2005). Les propriétés physico-mécaniques de référence du bois sont citées ci-après.
I-2-1-2-1 Taux d’humidité dans le bois
Les polymères constitutifs du bois présentent une affinité pour l’eau. Le taux d’humidité joue donc un rôle important dans la stabilité et les usages du bois. Il représente, pour une humidité relative donnée, la quantité d’eau que le bois peut fixer. On définit le taux d’humidité (H%) du bois de la manière suivante :
100
m
-(%)
0 0 h
m
m
H
où mh la masse de l’échantillon du bois à l’état d’humidité H et mo la masse anhydre de l’échantillon.
