Brevet FR2476120A1 — publié le 19810821

La présente invention concerne les combustibles solides, naturels et performants, pour gril ou barbecue, élaborés à partir d'au moins une essence végétale ligno-cellulosique, fragmentée, séchee et mise en forme. Les combustibles actuellement sur le marché du barbecue sont les suivants - le charbon de bois : il détient plus de 99% du marché mondial correspondant, malgré ses nombreux inconvénients : produit salissant, difficilement inflammable, d'un temps de mise à incandescence long, ne présentant aucune qualité culinaire particuliere, etc. - le sarment de vigne decoupé en morceaux : produit ayant fait son apparition en 1975 ; il est malheureusement en train de disparaitre car il est très volumineux et possède une braise de durée trop limitée. - le cep de vigne découpé en plaquettes : produit donnant de bons résultats sur les plan calorifique, culinaire et aromatique. Bien que possédant des avantages indéniables sur le plan pratique, (propre, facilement inflammable, temps de mise à incandescence court,etc), celui-ci présente encore des inconvénients faible densité, braise de durée encore limitée, difficultes de conditionnement,etc. - un produit, issu d'une "presse à briquettes",constitué de déchets de sciure et de copeaux agglomérés en cylindres de longueurs quelconques et conditionnés dans des sacs de 4 kg. Ce produit est identique aux produits du type " compacté" qui ont fait l'objet de nombreux dépôts de brevets d'invention et qui n ont rien à voir, comme nous allons le démontrer, avec la présente invention (les objectifs n'étant pas, à l'origine, les mêmes). Les brevets correspondants sont les suivants - Brevet US 3 192 561 (E. Archer) Il est décrit un appareil permettant d'élaborer un produit combustible destine au chauffage, à partir de bois fragmenté et séché, par une opération de pressage et par adjonction de paraf- "fine comme liant. - Brevet FR 604 372 (L. Chotin) Il est decrit une bûche, constituée de copeaux et de sciure fortement comprimés, destinée au chauffage et son procéde de fabrication. L'emballage est intégré à l'opération de pressage et est combustible. - Brevet FR 2 337 198 (R.Gunnerman) Il est décrit le procédé de fabrication de pellets combustibles contenant des matériaux fibreux organiques. Ce procédé fait intervenir des conditions de fragmentation, de température, d'hy grometrie et de pression bien particulières. Les pellets obtenus sont adaptés au chauffage mécanique et brûlent uniformément avec un pouvoir calorifique pratiquement uniforme et sans production d'une quantité importante de minéraux. - Brevet US 3846 086 (C.Bach) Il est décrit un "allumeur" destiné à enflammer le combustible principal et son procédé de fabrication. Il contient des particules de cellulose, de carbone et un liquide inflammable. - Brevet FR 2 310 402 (Burnco) Il est décrit une bûche artificielle à allumage facile. Elle contient des matières cellulosiques, de la paraffine, et des additifs chimiques. - Brevet US-3 492 134 (L.Brünnendorf) Il est decrit un procédé de fabrication de tablettes aromatiques combustibles destinées à parfumer les aliments en cours de cuisson. On comprime un mélange de copeaux, de sciure et d'aromates alimentaires. Le produit obtenu est ensuite seché jusqu a une teneur en humidité de 7 à 9 %. Il existe d'autres brevets similaires : ils ne présentent aucune particularité nouvelle intéressante vis- -vis des procédes et produits decrits ci-avant, ainsi que du procédé objet de la présente invention. Les equipements disponibles sur le marché pour élaborer des produits combustibles "compactes" à partir de sciure et de copeaux sont les suivants - l'appareil dénommé "Presse à Briquettes" Elaboration en continu de cylindres combustibles à base de sciure et de copeaux ayant une teneur en eau inférieure à 13 ó en poids. Les cadences de fabrication sont en pratique de 50 à 300kg de produit fini par heure. - L'appareil dénommé "Pres-to-Log" Elaboration de briquettes cylindriques de 10cm de diamètre et jusqu'à 30cm de long à partir de copeaux, de sciure et d'autres déchets réduits à la dimension de farine d'avoine. Il existe un autre modèle qui élabore des briquettes cylindriques de 2,5cm de diamètre convenant au chargement automatique des chaudières. -L'appareil dénommé "California Pellet Mill" Equipement du même type. La cadence de fabrication est très faible : 5 à 10 kg de produit fini par heure. Les divers procédés décrits présentent de nombreux inconvénients -certains necessitant des liants du type paraffine ; -d'autres des procédés d'élaboration très difficiles à mettre en oeuvre (température, humidité et pression très précises), de cadence de fabrication non industrielle (trop lente), d'un prix de revient élevé (c'est le cas du séchage après compactage),etc -aucun ne fournit un produit destine à la "grillade", où seul l'état de braise et l'énergie dégagée par rayonnement doivent être pris en consideration, aromatisé, en doses bien définies en poids et dimensions, faciles à conditionner, commercialiser et utiliser. Les divers appareils décrits ont été, à l'origine, conçus pour des besoins internes à l'entreprise, pour transformer ses propres déchets organiques en "briquettes" ou "pellets" combustibles destinés à alimenter ses propres chaudières afin d'économi- ser l'énergie. De par leur conception et leur faible rendement, ces appareils se prêtent mal à une utilisation industrielle performante, rentable et de grande série. En règle générale, les objectifs poursuivis par l'ensemble des chercheurs et industriels s'étant intéresses au problème du compactage des déchets végétaux ont été l'obtention d'un combustible industriel de combustion vive de longue duree et possédant un pouvoir calorifique homogène. Dans le cas d'un combustible "alimentaire", les objectifs sont totalement différents : combustion vive de courte durée et combustion lente (état de braise: ignition) la plus longue possible. Les divers paramètres tels que : dimension des fragments, dimension des doses obtenues, etc ont été définis pour répondre à ces nouveaux objectifs. Si le produit selon l'invention peut être également utilisé comme combustible industriel (combustion homogène sous atmosphère contrôlée), il a été sutout élaboré pour être performant dans le domaine du combustible alimentaire. Le procédé suivant l'invention permet - d'augmenter les performances énergétiques de l'essence vé gétale de base : inflammabilité, intensité et masse calorifique, durée et régularité de la combustion, etc ; - de diminuer ses coûts de fabrication et de distribution (produit de haute densité) ; Les nouveautés, par rapport à l'état de la technique, sont liées : - au procédé de fabrication correspondant ; - au processus physique de la combustion vive et du transfert de l'énergie résultante. Le procédé, objet de l'invention, s'établit de la manière suivante 1. Fragmentation : obtention de fragments, de dimensions inférieures à 20 mm pour la longueur et la largueur. et 2 mm pour l'épaisseur, faciles à - obtenir sur des appareils sans couteau (des types fragmenteurs. et déchiqueteurs) munis d'une grill-e de calibrage appropriée ; - convoyer de manière pneumatique dans toute la chaine de fabrication. 2. Etuvage : s'effectuant à une température comprise entre 120 et 1600C, de manière à ramollir la lignine contenue dans les fragments et à ramener leur degré hygrométrique à une valeur inférieure à 13% en poids ; - 163"C étant la température de plastification des essences ligno-cellulosiques, il est important de ne pas l'atteindre afin de ne pas être obligé, dans la phase suivante, de refroidir sous pression les doses compactées, ce qui a pour effet de freiner considérablement la cadence de fabrication (la lignine commence à se ramollir en pratique entre 120 et 1300C) ; - puisque les divers fragments vont être "collés" entre eux naturellement grâce à la lignine ramollie, il n'est pas nécessaire qu'elle le soit " à coeur" : il y aura ainsi enchevêtrement des fibres des divers fragments ; - il est plus rapide et économique de ramener des fragments à un degré hygrométrique inférieur à 13 % en poids que leur équivalent compacté. 3. Compression et mise en forme : lorsque le degré hygrométrique des fragments est inférieur à 13%, ils sont transférés, à la même température, dans l'unité de compression et de mise en forme de manière à obtenir des doses compactées ; cette opération s'effectue à une pression supérieure à 500 kg/cm 2. Par rapport aux procédés existants, le procédé objet de l'invention, présente de nombreux avantages ; - la déshydratation s'effectue au niveau des fragments et non du produit fini compacté : meilleur rendement calorifique ; - l'énergie servant à la déshydratation sert également au ramollissement de la lignine : meilleur rendement énergétique ; - l'énergie servant à la déshydratation et au ramollissement de la lignine sert également à la phase suivante de compression et de mise en forme : les fragments étant dans les conditions d'une bonne agglomération ; - le produit obtenu selon ce procedé peut être dégagé immediatement de la matrice sans être refroidi : augmentation des cadences de fabrication donc diminution du prix de revient du produit fini (la matrice peut par contre être régulée en température); - utilisation possible de techniques de compression et de mise en forme performantes (matrices adaptées). Il s'agit d'un procedé industriel très performant en cadence de fabrication et en rendement énergétique. Il peut être continu et entièrement automatisé, chaque étape de transformation profitant au mieux des resultats obtenus dans l'étape précédente. Il n a rien à voir avec certains procedes connus où il faut d'abord ramener les fragments à un degré hygrométrique compris entre 20 et 30% en poids puis, les comprimer de telle manière qu'il y ait elevation de température pour engendrer la plastification, ensuite refroidir sous pression le produit obtenu et enfin le sécher si l'on désire l'utiliser immediatement ou le conditionner pour une utilisation ultérieure. Dans le procédé selon la présente invention, le déposant a cherche à obtenir un produit très élabore, destiné au marché de grande consommation des combustibles alimentaires et réalisable industriellement. Le produit obtenu peut être utilisé soit pour des besoins locaux en transformant et utilisant dans un rayon limité les matières premières locales, soit pour des besoins nationaux, en le commercialisant à grande échelle. L'outil de production, pourra également faire l'objet d'une commercialisation "cle en mains". Un produit moins élaboré pourrait également être obtenu selon le même procédé pour une application industrielle (chaudiere, fourneaux). Le processus physique de la combustion vive du produit, objet de l'invention, est tres particulier et est fonction de la structure anatomique obtenue. Le produit se présente sous la forme de plaquettes ("macro-structure") collées les unes aux autres grâce à la lignine et qui se comportent favorablement vis-àvis de l'air comburant nécessaire à la combustion vive. Les flammes se propagent facilement par la multitude de points de contact et par également les fibres ("micro-strucutre") qui sont omnidirectionnelles et non orientees comme c'est le cas dans l'essence végétale de base. Grâce à cette excellente oxygénation, l'état de braise est rapidement atteint et la phase traditionnelle endothermique de passage à l'état de charbon de bois non incandescent est quasi-inexistante.La masse incandescente obtenue a donc une intensité calorifique supérieure à celle que l'on aurait obtenu à partir de la même essence non transformee. Cette masse calorifique va liberer toute son énergie dans un temps très supérieur à celui qui aurait été obtenu par l'essence végétale non transformee et ce avec une excellente intensité calorifique - d'une part parce que l'énergie calorifique initiale est superieure (phase endothermique quasi-inexistante), - d'autre part grâce aux macro et micro porosités qui ont pour effet de diminuer le transfert d'énergie par convection, donc d'accroitre le transfert d'énergie par rayonnement. C'est ce deuxième type de transfert qui est en plus favorable à la cuisson des aliments. Ce dernier point est très important pour l'application considérée. Le produit obtenu a une durée de braise supérieure à celle du charbon de bois traditionnel. Cette caractéristique est tout à fait nouvelle et n'a jamais été recherchée dans les autres procedes. Le régime de combustion vive se faisant avec un fort dégagement de chaleur, l'état de braise "inerte" (absence de substances organiques volatiles) est rapidement atteint. Le produit obtenu a tendance a "neutraliser' les graisses qui pourraient tomber des aliments en évitant leur inflammation (ce n'est pas le cas avec le charbon de bois). Pour bien comprendre ce phénomène nouveau par rapport aux autres produits obtenus selon d'autres procédés, il est important de rappeler ici les phases de la combustion du bois - Inflammation : sous l'effet d'une forte chaleur (300 C environ) et en présence de l'oxygène de l'air, les gaz libérés s'enflamment à la surface du bois. - Combustion vive : la chaleur croit, atteint les couches successives du bois et les gaz libérés s'enflamment au contact de l'air. La combustion ralentit, car la couche du charbon qui se forme à la surface s'epaissit, isolant de plus en plus le bois encore intact. Cette transformation, qui s'effectue à température moyenne, est endothermique. - Combustion lente : lorsque prend fin le dégagement de gaz, le charbon de bois ainsi formé se trouve en présence de l'oxygène de l'air et devient incandescent. Pour eviter cette formation de charbon de bois non incandescent (excellent isolant thermique) et cette transformation endothermique, il convient d'avoir une structure anatomique du type "macro-micro" précédente (facilitant la pénétration de l'air comburant) et des "doses" de dimensions et de formes facilitant l'inflammation. De nombreux essais ont éte effectués sur diverses essences de bois et les résultats correspondants sont les suivants - les conditions initiales d'hygrometrie etaient en général supérieures à 20% en poids (plus de 50% pour du bois fraîchement abattu et plus de 20% pour du bois abattu depuis plusieurs mois) ce qui correspond au cas pratique général ; - les meilleurs résultats de découpe, de ramollissement de la lignine et d'agglomération ont été obtenus pour des fragments de dimensions inférieures à 20 mm pour la longueur et la largeur et 2 mm pour l'épaisseur ; - la lignine commençant à se ramollir entre 120 et 1300C, il n'est pas necessaire d'atteindre les 163"C ; en outre, il est très difficile de maintenir la température, lors de la compression, entre 163 et 177"C à cause de l'échauffement résultant (audelà de 177"C, il y a désintégration de la lignine et de certains composants du bois) alors qu'il est plus facile de la maintenir entre 130 et 1600C ; - ramener le dégré hygrométrique des fragments à une valeur inférieure à 13% ne necessite plus un séchage long et onéreux comme c'est le cas après compactage ; en outre cette caractéristique est indipensable pour une meilleure conservation et utilisation du produit (meilleure inflammabilite, fumées quasi-inexistantes), - pour agglomérer correctement les fragments, à partir des conditions précédentes, il a fallu utiliser des pressions supé rieures à 500 kg/cm2. La combustion lente s'effectue avec emanation constante de substances organiques volatiles nocives. Un combustible adapté à la "grillade" doit être porté rapidement à l'état d'incandescence totale où seules subsistent les substances minérales (elles sont non volatiles et restent mélangées à la cendre). Dans les combustibles du type charbon de bois, l'état d'incandescence totale n'est obtenu, à cause de la faible dimension de la flamme, qu'au bout d'un temps relativement long. La figure 1 donne 3 courbes montrant bien le processus de la combsution dans les 3 cas suivants: produit selon l'invention, charbon de bois, produit agglo mere à base de sciure et de copeaux. Les dispositifs susceptibles de réaliser le procéde de mise en forme par compression selon l'invention sont nombreux - la figure 2 donne le dispositif le plus élémentaire : il est constitué d'une cavité et d'un piston dont la section peut être ronde, rectangulaire, triangulaire ou une combinaison de ces diverses figures géométriques simples - dans la phase 1 (piston en position haute), la cavité est remplie de fragments - dans la phase 2, le piston actionné par un moteur électrique, pneumatique, hydraulique, etc, comprime le produit ; - dans la phase 3, le fond de la cavité est dégagé pour permettre l'évacuation de la dose ainsi formée ;; - la cavité peut être légèrement conique pour eviter d'avoir une paroi amovible (phase 3 précédente) au fond de celle-ci dans le premier cas, la compression s'effectue entre le piston et le fond de la cavité, alors que dans le deuxième , elle s'effectue entre le piston et les parois latérales inclinées de la partie femelle du dispositif ; - partant de ces deux principes de base, il est possible de réaliser des outils composés de matrices mules et femelles aux nombreuses cavités pour rendre industrielle la fabrication des doses qui peuvent avoir une quelconque des formes géométriques simples connues ou une combinaison de celles-ci. Pour chacune de ces réalisations, il faudra tenir compte des éléments suivants - facilité de remplissage des cavités ; - facilité d'évacuation des doses obtenues (forme et constitution des matrices) ; - rendement - possibilité de réguler en température les matrices, etc. Ces divers outils pourront être montés sur des vérins, sur des presses, sur des marteaux-pilons,etc. Toutes les machines et les dispositifs compressant et mettant en forme des poudres, des granulés, etc, pourront être adaptés au procédé décrit selon l'invention. L'objet du procédé de la présente invention, est particulierement bien adapté au domaine de la cuisson des aliments sur gril ou sur barbecue. Bien entendu, l'invention n'est pas limitée aux modes de réalisations ci-avant décrits pour lesquels on pourra prévoir d'autres variantes sans pour cela sortir du cadre des revendications annexes. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un materiau combustible naturel à partir d'au moins une essence végétale ligno-cellulosique dans lequel cette dernière est fragmentée, étuvée, séchée et comprimée, CARACTERISE EN CE QUE l'étuvage de l'essence végétale fragmentée s'opère entre 120 et 1600C et QUE son séchage, avant l'étape de compression, est réalisé de manière à ramener le degré hygrométrique inférieur à 13% en poids. 2. Procedé de fabrication selon la revendication 1, CARACTE RISE EN CE QUE ladite essence végétale est réduite en fragments de dimensions inferieures d'une part à 20mm pour la longueur et la largeur et d'autre part, à 2mm pour l'épaisseur. 3. Procéde de fabrication selon la revendication 1, CARACTE RISE EN CE QUE l'essence végétale fragmentee, étuvée et séchée est comprimée et mise en forme sous une pression supérieure à 500 Kg/cm2. 4. Procéde de fabrication selon l'une quelconque des revendications 1, 2 et 3, CARACTERISE EN CE QUE la fragmentation, l'étu- vage, le sechage, la compression et la mise en forme s'opèrent de manière continue.