Le bois naturel et le métal sont des matériaux de construction essentiels pour l’homme depuis des milliers d’années. Les polymères synthétiques que nous appelons plastiques sont une invention récente qui a explosé au XXe siècle.
Les métaux et les plastiques ont des propriétés bien adaptées à un usage industriel et commercial. Les métaux sont solides, rigides et généralement résistants à l'air, à l'eau, à la chaleur et aux contraintes constantes. Cependant, ils nécessitent également plus de ressources (ce qui signifie plus cher) pour produire et affiner leurs produits. Le plastique fournit certaines des fonctions du métal tout en nécessitant moins de masse et est très bon marché à produire. Leurs propriétés peuvent être personnalisées pour presque toutes les utilisations. Cependant, les plastiques commerciaux bon marché constituent de terribles matériaux structurels : les appareils en plastique ne sont pas un C’est une bonne chose, et personne ne veut vivre dans une maison en plastique. De plus, elles sont souvent raffinées à partir de combustibles fossiles.
Dans certaines applications, le bois naturel peut rivaliser avec les métaux et les plastiques. La plupart des maisons familiales sont construites sur une charpente en bois. Le problème est que le bois naturel est trop mou et trop facilement endommagé par l'eau pour remplacer le plastique et le métal la plupart du temps. Un article récent publié dans la revue Matter explore la création d'un matériau en bois durci qui surmonte ces limitations. Cette recherche a abouti à la création de couteaux et de clous en bois. Quelle est la qualité du couteau en bois et l'utiliserez-vous bientôt ?
La structure fibreuse du bois est constituée d'environ 50 % de cellulose, un polymère naturel doté de bonnes propriétés de résistance en théorie. La moitié restante de la structure du bois est principalement constituée de lignine et d'hémicellulose. Tandis que la cellulose forme des fibres longues et résistantes qui confèrent au bois l'épine dorsale de sa nature naturelle. résistance, l'hémicellulose a peu de structure cohérente et ne contribue donc en rien à la résistance du bois. La lignine remplit les vides entre les fibres de cellulose et effectue des tâches utiles pour le bois vivant. Mais pour le but des humains de compacter le bois et de lier plus étroitement ses fibres de cellulose, la lignine est devenue un obstacle.
Dans cette étude, le bois naturel a été transformé en bois durci (HW) en quatre étapes. Tout d'abord, le bois est bouilli dans de l'hydroxyde de sodium et du sulfate de sodium pour éliminer une partie de l'hémicellulose et de la lignine. Après ce traitement chimique, le bois devient plus dense en pressant. sous presse pendant plusieurs heures à température ambiante. Cela réduit les interstices ou les pores naturels du bois et améliore la liaison chimique entre les fibres de cellulose adjacentes. Ensuite, le bois est pressurisé à 105° C (221° F) pendant quelques heures supplémentaires. heures pour achever la densification, puis séché. Enfin, le bois est immergé dans de l'huile minérale pendant 48 heures pour rendre le produit fini imperméable.
Une propriété mécanique d'un matériau structurel est la dureté d'indentation, qui est une mesure de sa capacité à résister à la déformation lorsqu'il est pressé par la force. Le diamant est plus dur que l'acier, plus dur que l'or, plus dur que le bois et plus dur que la mousse d'emballage. Parmi les nombreuses propriétés techniques tests utilisés pour déterminer la dureté, comme la dureté Mohs utilisée en gemmologie, le test Brinell en fait partie. Son concept est simple : un roulement à billes en métal dur est pressé dans la surface d'essai avec une certaine force. Mesurez le diamètre de la circulaire indentation créée par la bille. La valeur de dureté Brinell est calculée à l'aide d'une formule mathématique ; En gros, plus le trou touché par la balle est grand, plus le matériau est mou. Dans ce test, le HW est 23 fois plus dur que le bois naturel.
La plupart des bois naturels non traités absorbent l'eau. Cela peut dilater le bois et éventuellement détruire ses propriétés structurelles. Les auteurs ont utilisé un trempage minéral de deux jours pour augmenter la résistance à l'eau du HW, le rendant plus hydrophobe (« peur de l'eau »). Le test d'hydrophobie consiste à placer une goutte d'eau sur une surface. Plus la surface est hydrophobe, plus les gouttelettes d'eau deviennent sphériques. Une surface hydrophile (« qui aime l'eau »), en revanche, répartit les gouttelettes à plat (et par la suite absorbe l'eau plus facilement).Par conséquent, le trempage minéral augmente non seulement considérablement le caractère hydrophobe du HW, mais empêche également le bois d'absorber l'humidité.
Lors de certains tests techniques, les couteaux HW ont obtenu des résultats légèrement supérieurs à ceux des couteaux en métal. Les auteurs affirment que le couteau HW est environ trois fois plus tranchant qu'un couteau disponible dans le commerce. Ce résultat intéressant mérite toutefois une mise en garde. Les chercheurs comparent les couteaux de table, ou ce que nous pourrions appeler des couteaux à beurre. Ceux-ci ne sont pas censés être particulièrement tranchants. Les auteurs montrent une vidéo de leur couteau coupant un steak, mais un adulte raisonnablement fort pourrait probablement couper le même steak avec le côté émoussé d'une fourchette en métal, et un couteau à steak fonctionnerait bien mieux.
Qu'en est-il des clous ? Un seul clou HW peut apparemment être facilement enfoncé dans une pile de trois planches, bien que ce ne soit pas aussi détaillé que cela est relativement facile par rapport aux clous en fer. Des chevilles en bois peuvent alors maintenir les planches ensemble, résistant à la force qui les déchirerait. les séparant, avec à peu près la même ténacité que les chevilles en fer. Lors de leurs tests, cependant, les planches dans les deux cas ont échoué avant que l'un ou l'autre des clous ne cède, de sorte que les clous les plus solides n'ont pas été exposés.
Les clous HW sont-ils meilleurs à d'autres égards ? Les piquets en bois sont plus légers, mais le poids de la structure n'est pas principalement déterminé par la masse des piquets qui la maintiennent ensemble. Les piquets en bois ne rouilleront pas. Cependant, ils ne seront pas imperméables à l'eau ou biodécomposer.
Il ne fait aucun doute que l'auteur a développé un procédé permettant de rendre le bois plus résistant que le bois naturel. Cependant, l'utilité de la quincaillerie pour un travail particulier nécessite une étude plus approfondie. Peut-elle être aussi bon marché et sans ressources que le plastique ? Peut-elle rivaliser avec des matériaux plus solides ? , des objets métalliques plus attrayants et réutilisables à l'infini ? Leurs recherches soulèvent des questions intéressantes. L'ingénierie en cours (et finalement le marché) y répondra.
Heure de publication : 13 avril 2022
