logiciel Image J afin de déterminer le niveau de pixels bleus représentatifs des teneurs en lignine/extraits. La flèche verte représente la direction principale du vent.

# PARTIE IV. PROGRAMME ET PERSPECTIVES SCIENTIFIQUES

Comme le montre la synthèse des principales activités scientifiques menées au cours de ces dix dernières années, l'intention a toujours été de réaliser des recherches par le biais de projets inter ou transdisciplinaires axés sur la valorisation de biomasses ligneuses ou de substances naturelles disponibles vers une transformation en biomatériaux durables et à faible impact environnemental. Depuis le début, une attention particulière a également été portée sur le maintien d'un équilibre entre des réflexions et apports de nouvelles connaissances fondamentales en sciences du bois et le développement de recherches appliquées en réponse aux besoins des partenaires, et plus particulièrement ceux issus des pays du Sud.

Le fil conducteur de ce début de carrière réside en l'étude de la composition chimique de biomasses ligneuses, et plus précisément celle de leurs composés extractibles, en vue d'une valorisation optimale de celles-ci. Les recherches se sont positionnées autour de trois axes principaux : (i) modifications thermiques et thermochimiques pour des biomatériaux durables ; (ii) valorisation d'extractibles et de substances naturelles dans le domaine la préservation des bois et des matériaux dérivés ; (iii) impacts des conditions de croissance des arbres sur leurs compositions chimiques.

Par ailleurs, et comme le reflète ma production scientifique et les différents projets réalisés, d'autres questions de recherches plus annexes, telles que le développement de matériaux composites à base de bois ou encore la modélisation des cinétiques de torréfaction ou de carbonisation de biomasses ligneuses, ont également été investiguées mais par choix ne sont pas détaillées dans ce manuscrit.

Si la volonté de poursuivre des projets multidisciplinaires est à mon sens évidente, celle d'alimenter et d'approfondir des domaines spécifiques aux sciences du bois et au matériau lui-même l'est tout aussi, avec comme point focal les propriétés de durabilité vis-à-vis des agents de dégradations (principalement les champignons et termites) en lien avec la composition chimique.
A. Caractérisations biochimiques et valorisation de la diversité des biomasses ligneuses en Guyane Française

Une des ambitions à court terme est donc d'approfondir mes recherches dans le domaine des caractérisations biochimiques et la valorisation de la diversité des biomasses ligneuses en Guyane Française. De manière plus globale, cette activité s'appuie sur le montage d'un nouveau partenariat avec l'Unité de Recherche EcoFoG basée en Guyane Française, afin de répondre à des besoins locaux en termes de matériaux durable et écologiques utilisant des ressources renouvelables et disponibles sur le territoire.

Cette thématique de R&D est une approche pertinente dans la continuité des différentes activités présentées dans ce mémoire. Par ailleurs, cette thématique est en adéquation avec les axes de recherches prioritaires du Cirad, à savoir :

- Approches territoriales comme leviers de développement durable et inclusif : Les activités de recherche menées dans le cadre de ce projet permettront l'émergence d'une nouvelle voie de valorisation de la biomasse résiduelle issue des coproduits de la filière bois guyanaise, qui pourra s'insérer dans un modèle de bioéconomie circulaire. L'approche interdisciplinaire et intégrative déployée couvre plusieurs disciplines concernées par l'axe : mobilisation et réemploi des bioressources, amélioration des propriétés des matériaux biosourcés. Le projet proposé se caractérise également par un fort ancrage territorial : il pourra permettre de dynamiser la filière bois-construction en Guyane en motivant la création d'une nouvelle chaîne de valeur génératrice d'activités et d'emplois.

- Biodiversité comme levier de développement et de résilience : Ces travaux permettront d'obtenir une meilleure évaluation de la diversité chimique des espèces guyanaises, thématique jusqu'ici encore peu couverte. Ces nouvelles connaissances représenteront une base de données d'intérêt pour guider les futures recherches dans le développement de produits et traitements biosourcés.

- Une seule santé : Le projet contribue à adapter l'industrie du bois en Guyane aux exigences du règlement européen en garantissant une meilleure sécurité au travail au sein des entreprises dont l'activité concerne le traitement des bois et en protégeant la santé du public en contact avec le bois traité tout au long de sa mise en service. L'utilisation de méthodes d'extractions et d'imprégnations dites « vertes » garantit finalement le développement d'itinéraires techniques à faible impact environnemental.

Cette nouvelle thématique correspond également aux attentes des projets scientifiques développés au sein de BioWooEB et EcoFoG. D'une part, les activités de recherche qui seront développées répondent aux enjeux scientifiques des deux Unités de Recherche, à savoir « la valorisation de biomasses végétales et de leur diversité, dans l'objectif de mettre en place des solutions concrètes pour la production de produits bio-sourcés dans les pays du sud en intégrant l'ensemble de la filière ». D'autre part, ce projet s'intègre aussi idéalement avec l'axe thématique BUT (Biodécouverte Usages et Technologie) de l'UMR EcoFoG.

Les enjeux scientifiques d'un tel projet sont primordiaux sur le territoire Guyanais, mais seront transposables à l'ensemble du bassin Amazonien. Les liens de ce projet avec le dispositif de recherche et de formation en partenariat – Amazonia - Forêts, agricultures et territoires en
Amazonie du Cirad, permettront donc de répondre par la recherche, l'innovation et la formation à des défis de développement spécifiques, axés sur une meilleure rentabilité économique dans cet ancrage territorial, un meilleur compromis entre l'utilisation des ressources naturelles et les objectifs de production.

Avec plus de 1800 essences de bois présentes sur le territoire forestier guyanais (environ 300 espèces d'arbres à l'hectare), seule une poignée est actuellement exploitée et transformée de manière industrielle.

Pour répondre aux besoins de la filière de demain, il est aujourd'hui nécessaire de viser une diversification des essences, mais également des usages, pour valoriser de façon optimale la ressource présente. En effet, à l'heure actuelle, au-delà du fait que seul un petit nombre d'espèces soient exploitées commercialement, les deux voies de valorisation quasi exclusives restent encore le bois massif pour la charpente et la combustion en centrale biomasse pour la production d'électricité. L'optimisation de cette formidable ressource passe donc aussi par la diversification des voies de valorisation des coproduits de l'exploitation forestière avec entre autres le développement de biomatériaux répondant à des besoins en termes d'isolation (thermique, acoustique, etc.) ou de bioprotection (traitements biosourcés anti-xylophages), mais aussi de tout autres domaines d'applications (cosmétique, nutraceutique...).

Le projet de recherche envisagé se décline donc suivant les trois axes suivants : (i) Caractérisation des propriétés biochimiques corrélées avec la durabilité naturelle des bois guyanais, en lien avec la taxonomie des espèces ; (ii) Evaluation des activités biochimiques des molécules conférant aux bois ou autres plantes ligneuses leur résistance face aux xylophages, avec la possibilité d'extraire ces composés pour transférer la durabilité à des bois plus sensibles ; (iii) Evaluation des durabilités naturelle et conférée des bois tropicaux pour diversifier les ressources et les usages.

# 1. Compréhension de la structuration de la diversité chimique et des activités des extractibles de bois amazoniens

La forêt guyanaise présente une diversité d'arbres exceptionnelle, caractérisée par un très large panel de propriétés physiques et mécaniques, mais aussi chimiques. L'ojectif est donc de pouvoir identifier rapidement des composés extractibles (métabolites secondaires du bois contenus dans le bois de cœur), dôtés de propriétés actives interssantes, nottament pour ce qui est de leurs activités antifongiques et anti-termites, avec pour objectif de les utiliser comme base dans des formulation de produits biocides naturels pour le secteur de la préservation des bois.

Suivant l'hypothèse chimiotaxonomique selon laquelle les espèces proches présenteraient des compositions chimiques similaires, une telle approche semble donc pertinente pour appréhender la diversité des extractibles des bois guyanais. On peut ainsi faire l'hypothèse, qu'au sein des mêmes familles botaniques, on puisse trouver des molécules de familles chimiques proches, ayant des activités biologiques similaires, et qu'on puisse, en étudiant plusieurs familles, étudier un maximum de composés chimiques disponibles.
De par les récentes collaborations tissées entre EcoFoG et BioWooEB, les projets de recherches en cours (et au stade de montage ou encore en réflexion), et ma forte implication dans la mise en place d'un laboratoire de préservation et protection des bois (qui viendra compléter les compétences fortes en physique et mécanique du laboratoire en sciences du bois d'EcoFoG), les avancées scientifiques et appliquées sont les suivantes :

* Optimiser les procédés d'extractions avec des solvants verts, puis de caractériser les principales familles chimiques (NIRS, GC-MS, HPLC) des différentes fractions d'extraits obtenues. Cette tâche vise à dresser une distribution phylogénétique des familles chimiques de différentes espèces ;

* Fournir de nouvelles connaissances sur la structuration de la diversité chimique et l'activité des extractibles des bois tropicaux. Pour la première fois, cette tâche se propose d'interroger les liens existants entre la taxonomie et la biochimie, afin d'identifier des familles botaniques clés produisant des molécules chimiques proches, pour élargir le spectre des ressources d'intérêt ;

* Développer des méthodes rapides d'évaluation de l'activité fongicide et anti-termite en conditions tropicales d'un large panel d'extractibles et de substances naturelles, pour identifier les molécules qui présentent un intérêt fort pour le développement de biotraitements, dans le cadre de la protection des bois blancs trop peu valorisés ;

* Mettre au point des outils et des procédés d'extraction/purification à faible impact environnemental afin d'isoler la fraction d'extractibles d'intérêt pour les activités ciblées et l'usage visé.

## 2. Valorisation des essences dites « secondaires » en matériaux durables, répondant aux enjeux de la filière bois en milieu tropical

Chaque espèce de bois est, entre autres, caractérisée par sa durabilité naturelle, qui se traduit par sa résistance face aux attaques de champignons lignivores et d'insectes xylophages. Comme précisé dans la section précédente du manuscrit, la durabilité naturelle est en grande partie conférée par des composés accumulés dans le bois, lesquels peuvent être isolés par extraction. Les travaux menés depuis plusieurs années au sein d'EcoFoG et de BioWooEB ont ainsi pu montrer que, grâce à ces extractibles, la durabilité d'un bois peut être transférée par imprégnation à un bois blanc, plus sensible voire appétant, afin de protéger ce dernier. Ces biotraitements, applicables au bois massif si l'on parvient à l'imprégner à cœur, pourraient permettre de réintégrer des bois blancs jusqu'ici non exploités et écartés par la filière en raison de leur faible durabilité naturelle. Leur faible coût environnemental représente aussi un atout majeur.

Ce deuxième volet se basera fortement avec les résultats produits par l'étude de la distribution phylogénétique des familles chimiques, qui constitue une première approche de la diversité chimique du bois des espèces d'arbres en Guyane, décris précédement.
L'approche et la méthodologie adoptée dans le cadre de ce projet serait la suivante :

* Analyser rapidement les activités antifongiques et anti-termites des extraits cibles. En termes de méthodologie, l'activité antifongique et anti-termite et les modes d'actions des extraits testés seront analysés grâce à la réalisation d'essais dits « screening », qui permettent d'effectuer un grand nombre d'essais en un temps relativement court pour identifier les extraits le plus intéressants en vue de l'application visée, via des tests d'inhibition fongique en boite de Petri et des tests de non choix termites sur papiers de cellulose imprégnés.

Ces premiers tests ont pour objectif d'identifier les familles chimiques les plus intéressantes, et les familles botaniques associées pour orienter la recherche d'extraits qualitatifs. Dans un second temps, le but est de sélectionner des extraits ou des mélanges d'extraits à fort potentiel biochimique pour le passage à l'étape de transfert de durabilité vers de nouveaux matériaux bois.

Le développement de telles méthodes représente un enjeu fort en Guyane pour accélérer les recherches dans le domaine des bio-préservants, dans un contexte où les seuls essais réalisables localement sont des essais longs (au moins un an) en conditions non contrôlées et seulement pour les champignons.

* Effectuer un transfert de durabilité, qui consiste en des traitements de préservation par imprégnation de bois « blancs » (peu durables) avec des formulations basées sur les extraits cibles.

Ce transfert de propriétés comprend plusieurs étapes.

Des imprégnations de bois « blancs modèles » dont les particularités anatomiques éventuelles, la composition chimique, l'imprégnabilité et la durabilité (naturelle) préalablement déterminées, seront au centre de cette activité. La rétention et l'homogénéité de la pénétration/répartition des produits bio-inspirés dans les bois « blancs » seront évaluées suite au traitement. Puis, l'efficacité biologique des traitements vis-à-vis des champignons et des termites, avec un vieillissement préalable (de type lessivage et/ou évaporation) ou non sera évaluée.

Les objectifs principaux sont de sélectionner des solutions finales de couple « extraits/bois blanc » les plus prometteurs et de mettre en place des essais normalisés de résistance aux souches fongiques et aux termites, à plus grand échelle (suivant les normes EN113-1 et EN 117 en vigueur), pour déterminer les seuils d'efficacité.

Au regard des analyses précédentes, et du fait que les formulations de traitement du bois à base de substances naturelles sont souvent lessivables à l'eau, des pistes d'optimisation au niveau de chaque étape du processus (solution d'imprégnation bio-inspirée, méthode de traitement, séchage, taux de rétention et fixation du produit) seront mis à l'étude.

Au-delà des aspects de préservation naturelle, d'autres composés issus de substances naturelles peuvent être employés pour développer des adhésifs biosourcés ou encore des additifs pour améliorer d'autre propriétés comme la réaction au feu des matériaux.

Des projets sont actuellement amorcés en ce sens. Issus d'approches multidisciplinaires mêlant sciences du bois, biotechnologie et chimie verte, ces innovations ont le potentiel d'aboutir à des produits à très forte valeur ajoutée et à faible impact environnemental. Pouvant être produits et utilisés localement, ces nouveaux éco matériaux ont pour but d'être
plus durables que les produits commerciaux correspondants, et se montrent plus adaptés aux contraintes de mise en œuvre en milieu équatorial. Cette thématique de recherche appliquée représente une réelle opportunité pour développer de nouvelles filières industrielles performantes et durables en Guyane.

### 3. Evaluation des durabilités naturelle et conférée des bois tropicaux pour diversifier les ressources et usages

Le bois est depuis longtemps l'un des principaux matériaux de construction dans le monde, et il le reste aujourd'hui malgré la concurrence de matériaux alternatifs (par exemple, le PVC, la fibre de verre, le béton). La consommation mondiale de bois est en hausse et cette tendance devrait se poursuivre, compte tenu de l'importance croissante de la bioéconomie (FAO, 2022). Cette demande croissante de bois pour fournir des matériaux de construction locaux à faible impact environnemental est d'autant plus prononcée dans les pays du sud, où la croissance démographique est forte. En réponse à la hausse de la consommation de bois, la superficie occupée par les plantations forestières augmente dans la plupart des pays développés, tandis que la déforestation dans les régions tropicales du monde reste très préoccupante (Fisher et al. 2020).

Dans la plupart des pays tropicaux, avec de grandes surfaces forestières et une grande diversité en termes d'essences, la production locale de bois ne se concentre généralement que sur quelques espèces abondantes (souvent associées à une longue période de renouvellement) et ne valorise que les vieux arbres de grande taille (d'un diamètre supérieur à 50 cm). Dans un contexte de besoins croissants en bois, une chaîne de valeur aussi restrictive peut exacerber la pression sur les écosystèmes forestiers tropicaux. Il est donc essentiel d'élargir nos connaissances sur la possibilité d'utiliser davantage d'espèces de moindre qualité pour la production de bois. Les forêts tropicales humides couvrent actuellement 1070 millions d'hectares de la surface du globe (90 % d'entre eux sont situés en Afrique centrale, en Amérique du Sud et en Asie du Sud-Est), avec plus de 50 000 espèces de bois d'œuvre, mais seule une poignée d'entre elles est utilisée. On estime que 400 millions d'hectares de ces forêts sont actuellement consacrés à la production de bois. Cependant, les recherches menées depuis plusieurs décennies ont montré que les réglementations qui régissent l'exploitation du bois dans les forêts tropicales - actuellement basées sur l'intensité de l'exploitation et le cycle de coupe - ne permettent pas la reconstitution à long terme du volume de bois exploité dans ces écosystèmes. Il est donc urgent de rechercher de nouvelles sources de bois (Putz et al. 2012).

De nombreux types de bois sont aujourd'hui négligés sur le marché international, car la demande porte sur les essences de bois les plus connues. Il est donc important d'envisager des options alternatives et de choisir le bois en fonction des qualités et des caractéristiques requises pour répondre aux applications finales ciblées.
Pour de nombreuses espèces forestières tropicales, les propriétés du bois sont mal décrites et le bois est sous-valorisé. En même temps, pour maximiser le rendement, les forestiers ont tendance à appliquer une gestion sylvicole intensive aux espèces d'arbres à croissance rapide, ce qui donne du bois avec des cernes de croissance larges, une densité de bois plus faible, une proportion plus faible de bois de cœur et, dans de nombreux cas, une durabilité du bois plus faible (Kojima 2009).

La protection du bois fait référence à des mesures qui, de diverses manières, visent à améliorer la résistance du bois et des matériaux à base de bois à la biodégradation et à la biodétérioration. Ces organismes comprennent les champignons lignivores, les termites et autres insectes xylophages, les térébrants marins et les micro-organismes de décoloration tels que le bleuissement ou la moisissure (Jones et Brischke 2017). Les champignons lignivores sont les organismes destructeurs les plus courants dans les climats tempérés, tandis que les termites sont un vecteur dominant dans les régions tropicales.

Dans ce contexte, et bien que des méthodes de préservation ou de modification visant à améliorer la durabilité du bois aient été mises au point, certains de ces procédés ou produits chimiques restent coûteux, ne sont pas disponibles dans le monde entier, ou présentent des risques potentiels pour l'environnement. Alors que des recherches sur des méthodes de préservation et de modification efficaces et durables sont encore nécessaires, l'étude des caractéristiques liées à la durabilité naturelle du bois est d'une grande importance pour choisir une essence de bois appropriée pour une application et augmenter la durée de vie des produits (Martin et López 2023). En outre, le contexte actuel de mondialisation et de changement climatique influence les agents biologiques qui détériorent les matériaux en bois et les produits à base de bois. D'une part, la mondialisation du commerce du bois et des emballages en bois augmente la probabilité d'introduction accidentelle de pathogènes forestiers et de micro-organismes xylophages qui, dans certains cas, deviennent des espèces envahissantes susceptibles de s'attaquer aux forêts et aux différents produits à base de bois. D'autre part, le changement climatique modifie la répartition mondiale et la virulence de certains organismes lignivores. Le commerce mondial et le changement climatique induisent un changement dans la répartition des organismes envahissants (par exemple, en favorisant la propagation à des altitudes plus élevées) ayant le potentiel de causer des dommages aux forêts et aux éléments bois, une tendance qui sera probablement exacerbée au cours des prochaines décennies (Brischke et Rapp 2010). Il existe encore d'importantes lacunes dans les connaissances concernant les mécanismes utilisés par les organismes de détérioration du bois pour attaquer le bois, leur écologie et leur mode de dispersion, et, en outre, la manière dont certaines caractéristiques du bois affectent la durabilité naturelle du bois en service. Pour améliorer la perception sociale du bois en tant que matière première, des recherches supplémentaires sont nécessaires pour développer ou améliorer les méthodes durables de préservation des espèces de bois à faible durabilité naturelle contre la détérioration biologique. Enfin, il reste important de continuer à développer des méthodes d'essai de durabilité, des études expérimentales et des approches de suivi en condition d'emploi (Brischke et al. 2023).

Suite à ce constat, une de mes activités à court terme (qui est même déjà en cours) est de mettre en place un « laboratoire de durabilité des bois », basé dans les locaux du campus
AgroParisTech de Kourou, en Guyane. Les activités associées à ce futur laboratoire consistent à proposer des essais de durabilités naturelle et conférée, des bois locaux afin de mieux connaitre leurs propriétés (en compléments des essais physiques et mécaniques pouvant d'hors est déjà être réalisés au laboratoire de sciences du bois d'EcoFoG) [AF 48]. L'objectif est de proposer des voies de valorisation aux essences disponibles localement encore trop peu ou pas du tout exploitées, pour des applications en milieu et conditions tropicales. Cette démarche consiste à changer de paradigme et de proposer une gamme d'essences associées à des usages au regard des propriétés technologiques recherchées : favoriser l'usage du « bon bois au bon endroit ».

Bien qu'une partie des essais proposés est basée sur les normes européennes (essais réalisés en routine à BioWooEB), l'innovation de ce nouveau laboratoire réside dans l'étude des microorganismes bien spécifiques aux territoires concernés (espèces de champignons et termites tropicaux) (Figure 22), et à développer de nouvelles méthodes de caractérisations (essais de champs, vieillissements accélérés et naturels adaptés au contexte, etc.) pour approcher le plus possible des conditions d'emploi réelles des matériaux bois et de pouvoir en estimer leur durée de vie en milieu tropical (Figure 23).

<figure><img src="image_24.png" /><figcaption>Figure 22. Essais rapides de résistance fongique vis-à-vis de *Pycnoporus sanguineus* (a) et de résistance vis-à-vis de termites de bois sec *Cryptotermes sp.* (b).</figcaption></figure>

<figure><img src="image_25.png" /><figcaption>Figure 23. Dispositif de tests de durabilité en essais de champs en contact avec le sol (a) et hors sol (b). Cet exemple montre des essais de durabilité naturelle de différentes essences de bois guyanais pour de potentielles utilisation dans la construction sous forme de bois-ronds.</figcaption></figure>
Des essais inter laboratoires, entre BioWooEB et EcoFoG seront également envisagés pour permettre d'évaluer les niveaux de durabilité d'une même essence de bois, à la fois dans des contextes tempéré et tropical. Par ailleurs, une telle comparaison apportera de nouvelles données pour adapter les normes qui ne correspondent pas toujours exactement aux exigences et aux besoins relatifs à des usages spécifiques liées à certaines conditions environnementales et pressions d'agents pathogènes (ex : métropole vs. Guyane).

Il est important de noter que cette démarche scientifique s'inscrit dans les activités de l'IRGWP (International Research Group On Wood Protection), réseau au sein duquel mon niveau d'implication est grandissant depuis plusieurs années [AF 47].

## B. Activités d'édition et de rédaction

Suite à ces cinq années passées en tant que Rédacteur Scientifique de la revue *Bois et Forêts des Tropiques*, je me suis engagé à prendre en charge la Rédaction-en-Chef de cette revue à partir de Novembre 2023. Cette évolution me permet aujourd'hui de jouer un rôle plus important et d'avoir une vision élargie dans le milieu de l'édition scientifique. Cette tâche constitue un réel défi en vue de faire évoluer les contenus scientifiques, techniques et appliqués publiés dans la revue, tout en maintenant son cap éditorial et sa promotion à l'international.

A l'interface de la recherche et du développement, la revue *Bois et Forêts des Tropiques* est entièrement dédiée aux sciences et techniques de la foresterie en régions chaudes, foresterie au sens large incluant les sciences et technologies du bois et de ses matériaux dérivés. Le Cirad en assure le financement et le fonctionnement, et s'est engagé dans une stratégie institutionnelle pour la science ouverte, la valorisation et la libre diffusion des connaissances tout en contribuant à répondre aux enjeux de développement des partenaires francophones dans le monde. Cette stratégie a notamment pour finalité de promouvoir les principes FAIR (Facile à trouver, Accessible, Interopérable, Réutilisable) pour la gestion des données de la recherche, tout en tenant compte des cadres juridiques et éthiques qui s'imposent à certaines disciplines scientifiques, notamment en matière d'ouverture et de réutilisation des données. La vision, le mandat et les engagements de la revue *Bois et Forêts des Tropiques* [AF41] correspondent à ma volonté de diffuser et de partager les connaissances scientifiques dans le domaine Forêts Bois, et me conforte davantage dans ma prise de fonction en tant que prochain Editeur-en-Chef de ce journal.
C. Activités de médiations scientifiques et de partage de connaissances

Il est important pour moi de conclure cette partie du manuscrit par un court chapitre qui parle de mon désir de diffusion de connaissances, de savoirs, mais aussi de partage de la culture scientifique, vers le grand public et plus particulièrement les plus jeunes. L'engagement des chercheurs en médiation scientifique demeure pour moi encore une action trop peu valorisée dans le cadre de leurs carrières. Mais cet engagement est à mon sens essentiel pour mon épanouissement dans mes activités de recherche.

A ce stade de ma carrière, où mes activités de recherche, mon positionnement scientifique, mes réseaux internationaux et ma stratégie géo partenariale sont stables est bien définis, j'ai la volonté de contribuer au développement d'une société apprenante, dans laquelle chaque individu doit pouvoir avoir accès au savoir, construire et partager ses connaissances et ses découvertes avec les autres, documenter ses apprentissages, disposer des ressources, des lieux et des accompagnements nécessaires pour progresser mais aussi pour permettre à d'autres de s'en inspirer et d'améliorer leurs pratiques.

A travers cet engagement dans les relations entre Sciences et Société, notamment via mes collaborations avec l'AFPER (Association française pour l'éducation par la recherche) [AF32; AF33; Pjt13; O9], je souhaite dynamiser ce volet de mes activités, afin de :

- servir l'égalité des chances et l'accessibilité aux savoirs (publics « éloignés » des sciences).

- proposer un mode de médiation scientifique innovant, basé sur les échanges d'expériences et le dialogue, en dynamisant les initiatives de partage des savoirs, méthodes, résultats, enjeux et questionnements, entre élèves, enseignants et chercheurs.

- contribuer à la visibilité des métiers scientifiques, du Cirad, et de l'Université en facilitant l'accès aux formations de l'enseignement supérieur auprès du jeune public.

L'ouverture en 2021 du Master Sciences du Bois à l'Université de Montpellier, dans lequel je suis impliqué depuis la phase de montage, constitue un formidable outil de formation pour sensibiliser les acteurs du monde socioéconomique porteur de solutions alternatives pour les matériaux bois. Il s'agit de former autrement des étudiants pour le monde académique et industriel, pour en faire des spécialistes en sciences du bois ayant la capacité :

* d'apprendre autrement (la formation étant basée sur l'Apprentissage Par Problème) ;

* de travailler en transdisciplinarité et d'apporter des innovations soutenables ;

* de comprendre et interagir avec le monde de la recherche, les collectivités et les industriels de la filière bois ;

* d'éclairer les décideurs dans leurs choix ;

* de valoriser la ressource lignocellulosique.
# PARTIE V. CONCLUSION

Je ne cache pas le fait que ce soient les opportunités de collaborations et de financements qui ont jusqu'à aujourd'hui guidé en partie mes travaux de recherche. Cependant, le reste est gouverné par ma curiosité et l'attention particulière que je porte au fait que l'ensemble de mes activités corrobore les axes thématiques de ma direction et corresponde à la volonté de répondre aux enjeux locaux et globaux orientés vers la valorisation des bois et biomasses ligneuses pour la confection de biomatériaux durables et viables, dans le contexte du réchauffement climatique et de la transition écologique dont les développement industriels et socio-économiques de demain ne peuvent plus faire abstraction.

Lors de cette rédaction, je me suis attaché à expliciter, et à rendre cohérent un parcours que d'aucun pourrait considérer dispersé, comme peut le laisser envisager la Figure 2. Cette schématisation montre bien les champs thématiques et disciplinaires couverts, mais aussi l'aspect complémentaire de mes activités scientifiques. Le bilan d'activité, la production scientifique, les perspectives envisagés et les quelques activités annexes (peu détaillées dans ce document) mettent bien en évidence le fait que l'objet d'étude, le bois, prime dans l'orientation que je donne à mes travaux, et non pas les disciplines.

Cependant, ce dossier d'habilitation à diriger des recherches propose un ensemble de « stratégies », parmi d'autres, qui s'attachent à valoriser les biomasses ligneuses en produits durables pour les filières matériaux et énergie, le tout basé sur la compréhension de la diversité et de la variabilité de la composition chimique de la ressource à transformer. Ces aspects, comme nous l'avons vu, prennent différentes formes :

- La diversité et la variabilité chimique des ressources ligneuses engendre une large gamme de propriétés et offrent ainsi un grand spectre de voie de valorisation : matériaux, énergie, molécules pour la chimie verte, etc.

- La combinaison de plusieurs disciplines et de nombreux champs d'expérimentations et de caractérisations, alliant biologie, mécanique, physique et génie des procédés, permettent de confronter les idées et les points de vue et fait ainsi émerger des avancées scientifiques en sciences du bois.

Au-delà et avant d'être un bilan personnel basé sur une construction intellectuelle, ce manuscrit d'HDR met en valeur les usages et les services rendus du bois, matière qui donne sens à mon travail. Pour moi, les sciences du bois remplissent un rôle fédérateur, avec une grande capacité à rallier de nombreuses disciplines et un large panel d'acteurs. La matière première, les prélèvements et essais en extérieurs ou en laboratoire, le tout réalisé dans le cadre de nombreuses collaborations internationales, représentent pour moi le triptyque idéal et le terrain de jeu adéquate pour mener à bien une recherche scientifique et appliquée directement en lien avec les grands enjeux environnementaux d'aujourd'hui et de demain.
C'est dans cette lignée que je souhaite d'une part continuer à progresser dans le domaine de la chimie du bois et des biomatériaux en y apportant ma contribution scientifique, et d'autre part à m'impliquer fortement dans la formation et le partage de connaissances, à savoir :

- Produire des connaissances scientifiques utilisables pour répondre à des enjeux de développement durable ;

- Renforcer les compétences scientifiques des partenaires par la formation et l'enseignement supérieur ;

- Identifier les enjeux de développement et les besoins, propres à une région donnée ;

- Impliquer le grand public, notamment les plus jeunes, dans cette démarche scientifique à la recherche d'innovations.
PARTIE VI. REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES

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LISTE DES FIGURES

Figure 1. Répartitions des publications en fonction des thématiques principales des journaux à facteur d'impact dans lesquels celles-ci sont parues (sources : Web of Science™). 25

Figure 2. Schématisation des principales thématiques qui caractérisent mes travaux de recherches et d'expertises. 45

Figure 3. Place de la torréfaction parmi les procédés de transformation thermochimique de la biomasse ligneuse. © Kévin Candelier 46

Figure 4. Bilan global des conséquences des modifications chimiques intervenant lors du traitement thermique de la biomasse ligneuse (adapté de Ramage et al. 2017). 48

Figure 5. (a) Croissance de *Trametes versicolor* et *Rhodonia placenta* en fonction de l'inhibition des extraits de bois de frêne (*Fraxinus spp.*) non traités et traités thermiquement (1200 µL), après sept jours d'exposition. (b) Efficacité des extraits de bois de frêne non traités et traités thermiquement (1200 µL) contre *Reticulitermes flavipes* après 21 jours d'exposition. 51

Figure 6. Compositions chimiques des extraits à l'eau (a) et à l'acétone (b) du bois de frêne (*Fraxinus spp.*) non traité et traité thermiquement, identifiée par GC-MS, en fonction de la température du traitement thermique. 52

Figure 7. Evolution du pouvoir calorifique (HHV0) de la bagasse de canne à sucre (*Saccharum spp.* Hybrids) naturelle (SCB-ref) et traitée thermiquement (SCB-HT-durée de traitement en minutes à 290°C), en fonction de la durée d'exposition aux champignons *Coniophora puteana* (a) et *Trametes versicolor* (b), respectivement des champignons de pourritures brune et blanche. 53

Figure 8. Variabilité des valeurs de pertes de masses dues à la dégradation fongique, pour toutes les essences de bois traitées thermiquement (240°C - 4h) et lessivées, en fonction des classes de durabilité (classe 1 : Très durable ; classe 2 : Durable : classe 3 : moyennement durable ; classe 4 : Faiblement durable ; class 5 : Non durable). 55

Figure 9. (a) Détermination de la surface relative et (b) Prédiction des pertes de masses dues à *Poria placenta*, par la détermination de la surface relative, pour différentes espèces de bois [pin d'Alep (*Pinus halepensis*), pin radiata (*Pinus radiata*), pin maritime (*Pinus pinaster*), et chêne Zeen (*Quercus canariensis*). Pour chaque espèce de bois, la surface relative est corrélée à la perte de masse (WL) due à l'exposition fongique. 56

Figure 10. (a) Liste et répartition des principaux composés chimiques (%) présents dans la fraction organique du liquide de pyrolyse de la bagasse de canne à sucre (*Saccharum spp.*), analysés par GC-MS. 62

Figure 11. (a) Pertes de masse des échantillons de hêtre (*Fagus sylvatica*) traités avec le liquide de pyrolyse (concentration à 20, 50 et 100%) après 8 semaines d'exposition à *Trametes versicolor*, *Coniophora puteana* et *Rhodonia placenta*, avant et après lessivage. (b) Pertes de masse et aspects visuels des échantillons de hêtre traités avec le liquide de pyrolyse (concentration à 100%) contre les termites (*Reticulitermes flavipes*), après lessivage. 63

Figure 12. (a) Rôles et réactions potentiels des isomères de la taxifoline et de la catéchine, impliqués dans la durabilité naturelle du duramen du cèdes de l'Atlas (*Cedrus atlantica*). 65

Figure 13. Effet des différentes fractions d'extractibles issus de l'écorce de noisetier d'Afrique (*Coula edulis*) sur l'inhibition de la croissance de différents champignons lignivores. 67

Figure 14. (a) Développement de formulations à base d'oléorésines naturelles et de tébuconazole pour la préservation des bois. 71
## RESUME

Le bois et toute autre biomasse ligneuse constituent une ressource abondante et disponible à l'échelle mondiale qui peut jouer un rôle majeur en réponse aux enjeux environnementaux actuels et de demain. Cette ressource renouvelable est essentielle pour la mise en place d'une économie biosourcée dans le cadre de la transition écologique, du fait qu'elle constitue un produit de substitution au regard des ressources pétrosourcées. Les voies de valorisations sont nombreuses et peuvent se faire notamment dans les domaines de la production d'énergie, des matériaux de construction, de la formulation de molécules chimiques nouvelles ou semblables à celles issues de la pétrochimie et dans la production de nouveaux matériaux durables et à faible impact environnemental.

Le point commun des différentes activités de recherches présentées dans ce mémoire d'HDR concerne la valorisation de la biomasse ligno-cellulosique pour des applications dans le domaine de la chimie verte. La composition biochimique des composés extractibles, leur diversité et leur variabilité, ainsi que leur potentiel de valorisation dans le domaine de la préservation des bois représente la grande majorité de mes recherches.

Avec une vision globale axée sur une « approche multidisciplinaire » de la valorisation des biomasses ligneuses en bioproduits durables, les trois principaux axes étudiés sont :

- Les procédés de modifications thermiques et thermochimiques du bois et des biomasses ligneuses ;

- Les caractérisations biochimiques des biomasses en vue de leur valorisation en matériaux durables et bioproduits ;

- L'impact du mode sylvicole (cas de l'agroforesterie) sur la composition chimique du bois.

L'ensemble de ce travail est avant tout le fruit de différents environnements (scientifiques et géographiques), de diverses collaborations, de rencontres et de partages. Il convient préciser que ces travaux ont toujours été orientés vers une recherche appliquée, encouragée par des projets nationaux et internationaux répondant à des besoins de développement bien spécifiques.

**Mots-clés** : Biochimie, Bioproduits, Bois, Durabilité, Extractibles, Modifications thermochimiques.

## ABSTRACT

Wood and other ligneous biomass constitute an abundant and worldwide available resource that can play a major role in reaching today's environmental challenges. This renewable resource is essential to the development of a bio-based economy as part of the ecological transition, as it is a substitute for petroleum-based resources. There are many ways in which it can be used, notably in the fields of energy production, construction materials, the formulation of new chemicals or molecules similar to those produced by petrochemicals, and the production of new sustainable materials with low environmental impact.

The common thread running through the various research activities presented in this manuscript is the valorization of lignocellulosic biomass for green chemistry applications. The biochemical composition of extractives compounds, their diversity and variability, and their value-adding potential in the field of wood preservation represent the most part of my researches.

With a global vision based on a "multidisciplinary approach" to the valorization of ligneous biomasses into sustainable bioproduits, the three main following areas studied are developed:

- Thermal and thermochemical modification processes for wood and woody biomasses;

- Biochemical characterizations of biomasses for use in sustainable materials and bioproduits;

- Evaluation of the impact of the silvicultural practices (such as agroforestry) on the wood chemical composition. All this work is primarily the result of different environments (scientific and geographical), various collaborations, relationships and sharing. It should be pointed out that this work has always been oriented towards applied research, encouraged by national and international projects responding to very specific development needs.

**Keywords:** Biochemistry, Bioproduits, Wood, Durability, Extractives, Thermochemical modifications.