Brevet FR2553443A1 — publié le 19850419

La présente invention se rapporte à un procédé industriel de fabrication de parcelles élémentaires stabilisées à partir de déchets ligno-cellulosiques, en particulier de bois et produit ainsi obtenu. On a cherché et on continue à le faire avec plus ou moins de succès, à incorporer des matières ligno-cellulosiques et en particulier des déchets de bois aux matériaux de construction et notamment aux ciments et bétons. On prépare un mélange homogène à partir de ciment et de matières classiques en bâtiment, auquel on incorpore des déchets ligno-cellulosiques bruts ou traités en présentations physiques les plus diverses, fonction des qualités et des propriétés du produit à obtenir. Pour accélérer la prise du ciment on ajoute en proportion variable du chlorure de calcium ou autre sel équivalent. Cet adjuvant s' avère bien connu en batiment et d'usage presque universel notamment dans les centrales de production du béton. Il contribue à l'obtention d'un mélange homogène et à une intime liaison entre les matières ligno-cellulosiques et le ciment pour former un produit compact et solide. Le soin particulier apporté dans la fabrication de ces produits ne permet pas d'échapper à divers inconvénients ultérieurs de comportement de ce type de produits, liés à la structure meme des matières ligno-cellulosiques qui ne perdent pas complètement leurs propriétés de variations dimensionnelles et giissement de structures, sources de fissuration. Or, chacun sait qu'en batiment, la stabilité et le caractère inerte du matériau sont des qualités essentielles, hautement recherchées et appréciées. Mdl heureusement, les produits décrits ci-dessus et objets de nombreux brevets ne correspondent pas aux attentes des professionnels du bâtiment car ne présentent pas toutes les garanties de tenue dans le temps. En fait, ces produits, parfaitement connus et largement disponibles sur un plan commercial, ne sont que d'un usage limité car leurs propriétés de départ, isolation thermique, résistance mécanique, isolation phonique se dégradent dans le temps. Le produit selon l'invention diffère large ment de ces produits antérieurs car il s'agit d'une véritable matière première à utiliser directement en remplissage normal ou compacté ou bien moulé. Cette matière première peut entrer en tant que composant dans les mélanges utilisés en bâtiment béton, mor tier... et les produits semi-oeuvrés tels que les blocs de construction agglomérés composites, parois, panneaux de cloisonnement, de bardage... Les principales qualités et propriétés sont énoncées comme suit Il s'agit d'un produit stable et inerte présentant toutes les qualités du bois recherchées et appréciées en bâtiment. Son procédé de fabrication consiste à dévitaliser et à stabiliser dimensionnel lement et chimiquement le bois, tout en gardant ses qualités propres. Il s'agit d'un produit résistant au feu. De façon tout à fait surprenante, ce produit formé de bois traité, résiste au feu. II peut être employé en couches protectrices et en panneaux ignifuges. Il s'agit d'un produit chimiquement neutre qui n'attaque pas les bétons et mortiers à la manière des additifs employés actuellement. Son Ph voisin ; de 7 en fait un composant inactif. Par ailleurs, ce produit montre une grande universalité d'applications. Le domaine d'utilisations s' avère particulièrement étendu. En effet, outre ses multiples usages en bâtiment comme isolant thermique, élément ou revêtement pare-feu, accumulateur de chaleur, absorbant d'humidité, il s'avère d'une grande utilité dans l'amélioration des substrats de culture, notamment en sols lourds et peu perméables, il augmente sensiblement le rendement dans le cas de cultures hydroponiques. Il retient l'eau et aère les sols, et favorise ainsi le métabolisme des végétaux. Par ail leurs, il couvre toutes les applications classiques du bois et des déchets de bois en tant que matière première dans la confection de panneaux et de blocs préfabriqués. En dalles ou en revêtement continu, il constitue un habillage de sol idéal : pistes, courts de tennis... Sa stabilité dimensionnelle lui permet de couvrir les applications mécaniques les plus diverses. Le produit selon l'invention remédie aux -inconvénients classiques des mélanges à base de bois et de ciment connus en bâtiment mais délaissés actuel le ment pour des matières plus traditionnelles. A cet effet, I'invention se rapporte à un procédé de fabrication industrielle de parcelles élémentaires stabilisées à partir de déchets ligno cel lulosiques, notamment de déchets de bois, caractérisé par une action mécanique préalable de calibrage par découpage et écrasement suivie d'un traitement thermique de stérilisation par passage dans la flamme d'un brûleur et le long d'un four rotatif. Le procédé est achevé par un traitement chimique d'imprégnation absorption par une solution d'un sel de calcium, suivi par Ip pu la pulvérisation d'une solution d'un s i I icate avec incorporation éventuelle de colorant noir lors de la dernière phase. Comme déjà indiqué ci-dessus, les nombreuses qualités et propriétés de ce produit isolant thermique et phonique, stable, imputrescible, ininflammable et léger, lui ouvrent de multiples possibilités d'applications dont on indiquera ci-après quelques exemples isolation de remp!issage en bâtiment et applications industrielles. Isolation par l'extérieur des ma i sons et bâtiments. Absôrbeur pour capteurs solaires et accumulation de calories pour chauffe eau. Applications en bâtiment : matière premiè re entrant dans la fabrication de bétons et mortiers légers, élastiques, clouables. Isolation thermique et phonique et absor beur hygroscopique. Matière première à mélanger aux liants hydrauliques divers ainsi qu'à toutes les résines synthétiques pour la réalisa tion d'une agglomération de granulats sous les formes les plus diverses. Isolation au feu, par exemple en sous face des hourdis. Applications dans le secteur agricole et horticole en tant que substrat de culture apportant la régulation de la température et de l'hygrométrie et une amélioration de l'oxygénation. Par ailleurs, son procédé de fabrication s'avère particulièrement conforme aux souhaits actuels de notre économie industrielle : utilisation de déchets et faible consommation énergétique de mise en oeuvre et de traitement. D'autres caractéristiques et avantages sont consignés dans la description ci-après effectuée sur deux variantes de base du proédé s( I t > ii I ' i nvt'rit i On décrira le procédé selon l'invention en prenant comme exemple de matière première des déchets de bois de dimensions suffisamment importantes pour nécessiter une réduction mécanique, tels que branchages, perches de délignure ou d'éclaircie, rémanants forestiers, branches,cîmes, déchets de scieries... La description ci-après concerne une installation d'une capacité de 250 m3/jour. II est bien entendu que certaines variations et adaptations seront nécessaires lors d'une augmentation de capacité. Le bois, son écorce et son aubier subissent un premier traitement mécanique par une découpeuse de scierie à couteaux qui a pour but de former des plaquettes de dimensions approximatives égales à 10 x 20 x 5 mm. Ces plaquettes sont ensuite admises dans un concasseur à marteaux dont les deux disques porteurs des marteaux tournent dans le même sens à une vitesse de l'ordre de 3000 tr/mn. Ce concasseur réalise le martelage et le défibrage mécanique nécessaires. Le calibrage des morceaux sortant est réalise à l'aide des grilles de réception du produit qui est évacué par aspiration ou tout autre moyen vers un four rotatif pour y subir un traitement thermique. Les dimensions des fragments ou parcelles élémentaires résultant varient légèrement en Ponction de l'application visée : industrie, isolation thermique, agriculture, horticulture... Les fines, c'est-à-dire les poussières et les particules de trop faible calibre sont récupérées à la sortie du concasseur. Le bois écrasé et défibré se présente sous la forme de parcelles allongéesdans le sens des fibres. Bien entendu, toutes autres formes restent possibles dans le cadre d'applications particulières. Les dimensions de ces parcelles élémentaires sont variables entre . 1-10 mm en longueur et en largeur . 1- 5 mm en hauteur. Selon le type d'application, on préférera les dimensions approximatives suivantes Industrie et bâtiment : isolation accumulation 5-10 mm en longueur 1- 4 mm en largeur 2- 5 mm en hauteur Substrat de culture 5-10 mm en longueur 1- 3 mm en largeur 1- 4 mm en hauteur. 1) Traitement thermique Le bois ainsi divisé est projeté devant la flamme du brûleur dans un four rotatif linéaire qu'il traverse pendant trois minutes environ à température décroissante. Admis devant la flamme, les morceaux de bois sont projetés le long du four à l'entrée d'une vis d'Archimède qui les achemine à vitesse lente vers la sortie du four pendant que la température décroît lentement. A titre indicatif, la température à l'entrée du four se situe entre 700-800 C et s'abaisse jusqu'aux environs de 750 C. La vitesse de progression dans le four est de 3 mètres/minute pour un brûleur à mazout ou à gaz d'une puissance de 100.000 Kcal/h. Dans le cas d'une application en substrat de culture, le passage dans le four est porté à cinq minutes au lieu de trois. Le traitement thermique et flambage produit la dégazéification du bois, I'autocombustion des résines sans calcination et la coagulation des tanins et des phénols, et, d'une manière générale, la stérilisation la distillation partielle et l'expansion de la matière. Lors de l'autocombustion, la vapeur d'eau et les alcools font éclater les fibres. Au cours de ce traitement, sont éliminés, en particulier, les mousses, les lichens et les parasites de toutes sortes. Les morceaux de bois sortent ii I' t LcrsclL tSi i I i Ce traitement a également pour but d'ouvrir les pores du bois, en vue de sa préparation au traitement ultérieur, au cours duquel il doit s'imprégner entièrement, à la manière d'une éponge ou d'une mousse synthétique à structure microcel lulaire ouverte. Les morceaux de bois sortant du four à une température de 750 C environ subissent un calibrage intermédiaire d'élimination des fines dans un séparateur, en vue d'éliminer les particules de plus faible calibre générées au cours du traitement thermique. Les fines, c'est-à-dire les particules d'une section comprise entre O et 1 mm2 sont récupérées par exemple par gravité à l'aide d'un filtre à poussière et acheminées vers le brûleur où elles sont utilisées en tant que combustible. 2) Traitement d'imprégnation-absorption-précipitation : a) Imprégnation négative par une solution d'un sel de calcium. Le produit est acheminé ensuite à tempéra ture ambiante et admis dans un malaxeur linéaire à vis, où il subit une imprégna tion négative par un premier arrosage d'une solution d'un sel de calcium, de préférence le chlorure de calcium, en concentration égale à 50 kg de sel pur par m3 d'eau, soit une concentration en poids de 5 %. La valeur de cette concentration peut varier dans les limites de 2 à 10 % en fonction des applications envisagées et de la nature du bois. Par exemple, pour une application d'isolation, la concentration pourra augmenter selon de degré de résistance au feu souhaité. L'arrosage est effectué à température ambiante en quantité comprise entre 2 et 10 % en volume de produit traité, mais de préférence 5 % jusqu'à pénétration et absorption complètes, ceci à une température de solution égale à l'ambiante, soit 10-300 C sur un produit dont la température est comprise entre 300 C et 600 C, de préférence à une température de 400 C qui est égale à celle atteinte par son cheminement à la température ambiante et par la pulvérisation dès la sortie du four. Cet arrosage ou pulvérisation s'effectue en continu au cours du malaxage jusqu'à saturation pendant la progression le long du malaxeur par l'intermédiaire d'une rampe de pulvérisation haute disposée le long du malaxeur. La vitesse de rotation de la vis est réglée pour que le produit avance dans le malaxeur à une vitesse d'environ 3 m/mn. On estime qu'au bout d'une durée de 2 à 5 minutes la saturation est atteinte. Cette première imprégnation effectuée à chaud, dilate complètement les pores du bois déjà ouverts par le traitement mécanique et nettoyés par le traitement thermique. L'ouverture complète des pores permettra au traitement ultérieur de se faire parfaitement au coeur même du bois. b) Imprégnation positive par une solution d'un silicate et précipitation On fait agir ensuite, dans le même malaxeur, des son entrée dans la deuxième partie linéaire du malaxeur une solution d'un silicate d'un métal alcalin de même concentration, par pulvérisation à température ambiante, à l'aide d'une rampe supérieure en quantité, comprise entre 2 et 15 % en volume, mais de préférence 10 %. Les sels retenus pour ce traitement sont le silicate de sodium ou le silicate de potassium en concentration comprise entre 2 et 15 % en poids, mais de préfé rence 10 %. Le sel choisi dépend de l'application visée. La réaction s'effectue également sur un produit chaud à température comprise entre 30 et 600 C mais de préférence 500 C. L'arrosage s'effectue pendant la durée de transit du produit, soit environ 3 minutes. La réaction chimique s'effec tue en quelques minutes. Au cours de cette réaction, i I se forme, au plus profond du bois, du silicate de calcium qui obture les pores et tapisse les microcavités. Cette véritable pétrifica tion par ce sel dur et inaltérable réalise la dévitalisation complète du bois et une augmentation notable de sa résistance physique et chimique. Le Ph du bois qui était, à l'origine, compris entre 4 et 5 est amené en sortie à une valeur comprise entre 6,8 et 7, c'est-à-dire égale à la neutralité. On a formé ainsi un produit inerte, chimiquement neutre qui présente toutes les qualités physiques du bois : isolation, mais aussi, à un degré moindre, celle de la pierre : résistance au feu. Le produit est ensuite égoutté puis séché à l'air libre ou à l'intérieur selon les conditions atmosphériques. Aprés un terme de stabilisation d'environ 48 heures pendant lequel ont lieu la fixation et le durcissement~, le produit est pret pour son conditionnement ou son chargement en vrac en vue de ses nombreuses utilisations. A titre de variante, on pourra intervertir les actions du sel de calcium et du silicate. Cette interversion aboutit à un produit plus proche du bois et de ses qualités. On pourra plonger le produit dans un bain colorant noir qui permet d'augmenter le rendement du pouvoir d'absorption et d'accumulation de la chaleur en atténuant les pertes au rayonnement. La coloration du produit en noir pourra être effectuée de la façon suivante. On fait agir une quantité réduite de silicate qui ne provoque pas la précipitation totale. Le complément est apporté dans une phase ultérieure sous la forme d'un mélange avec une teinture noire qui précipitera avec la quantité de chlorure de calcium restant libre, ceci à ltextérieur de chaque parcelle élémentaire pour former une carapace de silicate teintée en noir, mais aussi à l'intérieur. Le silicate joue le rôle de fixateur de la teinture du produit qu'il rendra pratiquement indé lébi le. On pourra, par exemple, faire agir le silicate en quantité réduite de moitié et apporter l'autre moitié contenant le colorant noir en phase finale. On pourra aussi intervertir les sels et incorporer la teinture -noire au chlorure de calcium. Bien que l'invention ait été décrite dans ses moindres détails, diverses variantes directes et modifications sans apport inventif restent possibles sans sortir du cadre de la présente invention. REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication industrielle de parcelles élémentaires stabilisées à partir de déchets ligno-cellulosiques en partirculier de bois et produit ainsi obtenu, caractérisé en ce .qu'après un traitement de réduction mécanique à la découpeuse, écrasement à l'aide d'un concasseur à marteaux et calibrage, on procède à un traitement thermique de stérilisation et de distillation par passage pendant trois minutes dans un four rotatif à une température décroissante de 8000 C à 750 C à une vitesse de progression de 3 mètres/minute, le traitement thermique étant suivi d'un traitement chimique d'imprégnationabsorption-précipitation par une première pulvérisation à la sortie du four pendant le mélange d'une solution d'un sel de calcium, de préférence le chlorure de calcium, en concentration en poids comprise entre 2 et 10 %, en quantité comprise entre 2 et 10 % en volume de produit traité, ceci à température comprise entre 10 et 300 C, jusqu'à absorption complète pendant une durée de 2 à 5 minutes à une vitesse de progression d'environ 3 mètres/minute, à une température légèrement décroissante à partir de 750 C, cette première pulvérisation étant suivie par une imprégnation d'une solution de silicate d'un métal alcalin, de préférence de silicate de sodium ou de potassium à une concentration comprise entre 2 et 15 % en poids- à une quantité comprise entre 2 et 15 % -en volume sur un produit chaud en cours de malaxage à température comprise entre 300 et 600 C pendant une durée de progression de 3 minutes, le produit résultant étant ensuite égoutté puis séché. 2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on plonge le produit résultant sec dans un bain de colorant noir-. 3. Procédé selon la revendication 1, caracté risé en ce que l'on fait agir une quantité réduite de silicate et en ce que l'on apporte la quantité supplémentaire mélangée avec une teinture noire en phase finale. 4. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les concentrations des sels sont égales à 5 % en poids. 5. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que l'on inverse l'ordre d'action du sel de calcium et du silicate. 6. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que, dans le cas d'une application en substrat de culture, le passage dans le four est porté à cinq minutes au lieu de trois minutes. 7. Procédé selon la revendication n 1, caractérisé en ce que les pulvérisations s'effectuent en continu à la sortie du four le long d'un malaxeur à vis, par l'intermédiaire de rampes successives de pulvérisation. 8. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dimensions des parcelles en sortie du concasseur à marteaux sont comprises entre les valeurs suivantes 1-10 mm en longueur et largeur, 1-5 mm en hauteur. 9. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que les dimensions des parcelles en fonction des deux principales series d'application sont les suivantes Industrie et bâtiment : 5-10 mm de longueur 14 mm de largeur, 2-5 mm de hauteur ; 5-10 mm de longueur, 1-3 mm de largeur, 1-4 mm de hauteur. 10. Produit obtenu par application du procédé tel que revendiqué ci-dessus.