Brevet FR2578187A1 — publié le 19860905

UTILISATION D'ECORCES D > ARBRES,DANS LA COMPOSITION DE NOUVEAUX MATERIAUX DE CONSTRUCTION.PROCEDES DE FABRICATION ET PRODUITS AINSI OBTENUS. La présente invention concerne la composition de nouveaux matériaux,destinés à la construction ou à l'entretien de bâtiments.Ces matériaux ayant des propriétés spécifiquement recherchées et obtenues,par incorporation, lors de leur fabri -cation,dtun certain pourcentage écorces d?arbres,broyées à diverses moutures. L'écorce étant définie comme la partie extérieure de l'arbre, qui comprend de l'extérieur vers l'intérieur du fût,ce que les botanistes nomment le suber,le périderme,le liber et le cam -bium.Elle constitue de 7 à 20 % du poids de l'arbre. Les industries de l'utilisation ou de la transformation du bois : grandes scieries, fabriques de papiers et cartons, ou de cellulose et de dérivés cellulosiques, sont confrontées avec le problème,que pose l'accumulation des écorces des arbres qut elles consomment. Ce sous-produit,inévitable,est considéré tel un déchet encombrant, dont la disposition ou l'élimination coûte cher. Ltimportance de ce problème sera mieux comprise,quand on saura,quten France,certaines usines produisent plus de 500 tonnes par mois,dtécorces,et aucune estimation récente évalue à sept millions de tonnes la production du Ganada,et à plus de cinq millions de tonnes celle de l'ouest des Etats-Unis. La production d'écorces reste constante en fonction des volu -mes de bois traités. Elles doivent être rassemblées et stoc -kées en énormes tas,qui font penser dans certaines régions aux crassiers des pays miniers. Depuis longtemps,on recherche,non pas une solution,mais des solutions à ce problème préoccupant. Jusqu'à présent on a pu en utiliser : soit comme combustible, car en théorie leur pouvoir calorifique est intéressant,mais on se heurte à de graves inconvénients dans la pratique. Les écorces étant expo -sées aux intempéries,leur taux d'humidité est souvent très élevé ( de l'ordre de 30 % d'eau ). Leur combustion provoque l'émission dtabondantes fumées,qui entraînent de fines parti -cules,en polluant l'atmospnère dans un important rayon. La teneur en soufre des écorces ntest pas moindre que celle des autres combustibles,et pour toutes ces raisons,on doit pré -voir des chaudières spécialement aménagées. Leur destruction sauvage,qui consiste à les brûler en plein air,en pure perte, ne pourra pas être tolérée bien longtemps, à cause de la pollution de l'air et de l'eau qui s'ensuit. Soit comme compost , ou supports de culture,mélangées à dtau- -tres produits,après traitements variés, Soit comme stabilisant de sols ou de talus dtautoroutes, Soit comme litière, pour volaille ou bétail, Soit comme agent de traitement des effluents,grâce à leur fort pouvoir adsorbant, Soit,comme panneaux dans la construction,l'ameublement ou la décoration. Mais tous les types de panneaux décrits dans la littérature à ce jour,sont présentés comme des associations, entre des écor -ces et - des fibres de bois,ou de la sciure de boisjpour arriver à des variantes/des panneaux de particules de bois ou dtagglo -mérés bien connus dejà, - des matières plastiques ( polyéthylène,polypropylène,poly -styrène,... ) pour obtenir des plaques moulées par injec -tion,ou pressées, - des résines synthétiques diverses ou des colles : acryliques phénoliques,vinyliques,cellulosiques,...... - des aldehydes cyclisés ou non ( formaldéhyde,trioxane,... ), qui réagissent à chaud, entre 2000 et 3000C , et sous forte pression,pour donner avec les polyphenols contenus dans la lignine des écorces,un liant naturel, plus ou moins accepta -ble,formé "in stu ". - des fibres de verre,de la laine de roche,du feutre,.... le tout pressé à chaud. La présente invention permettra d'utiliser, comme matière pre -mière,dtimportants tonnages dtécorces,pour fabriquer des matériaux de conception toute nouvelle. En effet,il ne sera jamais question dremployer des liants ou des matières organiques ( résines,plastiques,colles,....) dans les procédés de fabrication que nous allons décrire. I1 ne sera jamais question,non plus,dtutiliser du bois,de la fibre de bois, sciures ou farines,déchets de coeur ou dtau -bier,copeaux,celluloses ou dérivés cellulosiques, que de nombreux inventeurs ont préconisé ou utilisé,dans la cons -truction,en association avec des écorces broyées, ou comme adjuvants de liants minéraux hydrauliques -ou aériens. Les écorces d'arbres, sont par leur nature physique,et par leur composition chimique,très différentes,des produits li -gneux constituants le bois. Lorsque lton veut agglomérer des écorces pour en faire des panneaux,leur défaut de matières fibreuses, rend leur module de rupture faible, et leur cohésion aléatoire. D1autre part, leur pouvoir absorbant très élevé,nécessite ltemploi de très forts pourcentages de résines ou de colles pour obtenir une cohésion acceptable. On doit aussi les traiter pour les débar -rasser dtimpuretés inacceptables ( terre,sable,mousses,... ) et surtout les sécher pour les rendre compatibles avec les solvants auxiliaires, ou les diluants des résines utilisées. Ces frais de préparation et de sechage,compensent largement ltavantage de leur bas prix,au départ. Par contre,on reconnait aux écorces des propriétés très inté -ressantes : - Conductivité thermique très inférieure à celle du bois ( ce tissu extérieur de l'arbre ayant pour rôle de protéger et d'isoler le bois ), donc excellent produit iso -lant. ( Exemple dtune écorce particulière : le liège.) - Indifférence à l'humidité, les écorces ne sont pas hygroscopiques comme le bois, - Densité plus faible que celle du bois,allègeant les structures ou on les incorpore. La presente invention recherche donc à utiliser les écorces pour bénéficier de leur prix de revient excessivement avanta -geux,et des qualités spécifiques exposées ci-dessus,tout en surmontant le désavantage dissuasif,que représente leur défaut de cohésion. I1 ne sera pas nécessaire de nettoyer, de désabler ou même de sécher les écorces, qui pourront être employées brutes,dans les procédés décrits dans la présente invention PRINCIPE : Les écorces humides ( dont le pourcentage d'eau tel quel,pourra varier indifféremment de 10 à 30 % ), brutes ( net -toyées ou non ), broyées ou concassées à mouture variable seront mises au contact dtun liant minéral aérien ou hydrauli -que,en présence dune quantité dteau d'appoint, représentant la différence,entre la quantité d'eau nécessaire à la bonne prise du liant, et la quantité dteau apportée par lthumidité des écorces mises en oeuvre. L'ensemble : écorces - liant minéral - eau d'appoint , étant convenablement mélangé par un moyen mécanique , puis coulé avant la prise ; ou convenablement pressé pour obtenir des plaques ou des panneaux. Les liants minéraux retenus dans la présente invention pouvant être des plâtres de construction, des plâtres à mouler ou des plâtres fins de construction type T.H.D.,tels qu'ils sont par exemple définis,dans les normes B de ltAFNOR. Les liants minéraux retenus dans la présente invention pouvant être aussi des ciments : liants hydrauliques divers tels que les ciments Portland; les ciments de haut-fourneau,les ciments de laitiers,et d'une façon générale les liants définis dans les normes pt de ltAFNOR., ou les chaux hydrauliques naturel -les ou artificielles définies dans ces mêmes normes. Ces liants pourront être mise en oeuvre,en présence d'autres matières minérales couramment utilisées avec eux, tels que le sable ( silice ) , les silicates ( talc , kaolin,... ),le car -bonate de calcium , ltoxyde de titane,....... Les écorces pourront provenir de gisements d'écorces de rési -neux ( sapin , pin sylvestre , pin d'Orégon , épicéa , pin maritime,... ) ou de bois feuillus ( chêne , hêtre , noyer châtaignier , merisier ,... Nous allons décrire ci-après,à titre exemples illustratifs et non limitatifs,des préparations de matériaux réalisés, en laboratoire ou en semi-industriel , selon ltinvention. A - EXEMPLE SELON LEQUEL,LE MATERIAU EST PREPARE AVEC UN PLATRE A MOULER COMME LIANT. AFNOR NF B 12-302. Pour faciliter les calculs, nous ramenerons les données à une mise en oeuvre de : 1 Kg. de plâtre.Il s'agit de plâtre MOLDA 3 NORMAL, avec lequel une fabrication-témoin,sera réalisée, dans les mêmes conditions,pour comparaison pratique.Les taux de gâchage : Plâtre/eau étant de 1000/700 # 1,4. Les écorces séchées et broyées sont du pin maritime. Mise en oeuvre : Témoin . Exemple A. Plâtre Molda 3 Normal : 1.000,-- g. . f.000,-- g. Eau de la ville : 700,-- g. . 700,-- g. Ecorces . : . 250,-- g. Volume du matériau sec : 1.000,-- cc. . 1.410,-- cc. Poids du matériau sec : 1.150,-- g. . 1.270,-- g. Densité obtenue : 1,15 . 0,90 Gain en volume : 410,-- cc. Dans cet exemple ltutilisation de 250 g. d'écorces séches, provoque un gain en volume de 410 cc. de matériau. Dtaprès ltessai-témoin,il aurait fallu utiliser 410 g. de plâtre en supplément pour arriver au même résultat. On peut établir une relation pratique,en disant que : 1 Kg. dtécorces occupent un volume de : 410 x 1000 /250 = 1.640 cc. qui correspond à 1.640 g. de plâtre. Poids d'écorces ( en sec ) dans le matériau : 250 x 100/1.270 #i 19,7- g % g. Essais réalisés par gâchage manuel,à la truelle. B - EXEMPLE SELON LEQUEL,LE MATERIAU EST PREPARE AVEC UN PLATRE FIN DE CONSTRUCTION PFC 2 . AFNOR NF B 12-301. Un Kg. de plâtre, ci-dessus, sera mis en oeuvre avec un poids dteau de : 800 g. Taux de gâchage Plâtre/eau étant :-1000/800 = 1,25 . Cette eau sera constituée,à la fois,par liteau provenant des écorces utilisées à l'état humide,et par de l'eau d'appoint. Mise en oeuvre de 500 g. d'écorces de sapin des Vosges à 22,4g % g. d'humidité mesurée. Soit : 22,4 x 500/100 = 112 g.d'eau de la part des écorces et : 800 - 112 = 688 ( ## 700 g.) dteau d'appoint rajoutée. On mélange cette charge : 500 g. d'écorces à 22,4 % d'humidité plus 700 g. d'eau , plus 1.000 g. de plâtre PFC 2, à l'aide dt un mélangeur électrique,jusqutà obtention d'une pâte dtaspect et de consistance homogène. La pâte est coulée sur une plaque de verre, entre des baguettes d'acier, constituant un moule de 2 cm. dtépaisseur. On réalise une plaque de : 30 x 30 x 2 cm soit : 1.800 cc. Après séchage à poids constant,la plaque pèse 1.435 g. , pour une densité de : j 0,80. Poids d'écorces ( en sec ) dans le matériau : 500 - 112 = 388 x 100/1.435 = 27 g.%g C - EXEMPLE SELON LEQUEL, LE MATERIAU EST PREPARE AVEC UN PLATRE T.H.D. AFNOR NF B 12-303. Un Kg. de plâtre ci-dessus,sera mis en oeuvre de la façon sui -vante . Taux de gâchage Plâtre/eau : 1000/600 = 1,66. Mélange d'écorces de pin sylvestre (Massif Central) et de pin maritime (Landes),conditionnése au préalable,pour quelles aient une hu -midité optimum : 31 %.,et finement broyées à mouture sans re -fus,au tamis de 2,5 mm. ( NF X 11-501 ). On mélange dans un malaxeur mécanique, la charge suivante : 2.000 g. écorces ci-dessus et 1.000 g. de plâtre ci-dessus. Le plâtre étant saupoudré sur les écorces placées dans le ma -laxeur. L'ensemble est ensuite vidé dans un moule en acier, et pressé,pour donner une plaque de : 25 x 40 x 3,5 cm., soit un volume de : 3.500 cc.L'eau nécessaire à la prise du plâtre est exclusivement issue de l'humidité des écorces : 31 x 2000/100 soit : 620 g. théoriques. Après séchage à poids constant,la plaque ci-dessus pèse : 2.555 g., pour une densité de 2555/3500 soit : 0,73, et un taux dtécorces ( en sec ) de : 2000 - 620 = 138) x 100/2555 = 54 g.%g. Ces trois exemples non limitatifs,montrent comment un plâtre de qualité courante, peut être utilisé comme liant,pour cons -tituer,avec des écorces d'arbres comme aggrégats,un nouveau matériau allégé. On connaissait déjà un produit prémélangé,et constitué par du plâtre,pour au moins 66 % ( exprimé en S04Ca 1/2 H2 O )et par des fibres de bois,issues de copeaux propres secs et calibrés,sous le nom de "Gypsum wood-fibered plaster" ou Gypsum concrete",qui pourrait se traduire par "Plâtre à la fibre de bois et Béton de plâtre". Ce produit est défini dans les normes américaines A.S.T.M.C 28 et C 317,mais il ne contient pas dtécorces d'arbres,qui nous l'avons vu, ont des propriétés et un comportement très sensiblement différents de ceux de la fibre de bois. D'autres exemples qui suivent,montrent d'une façon, non limita -tive,comment il est possible dtutiliser des écorces comme ag -grégats,avec des liants hydrauliques,pour accéder à des pro -duits homologues de ceux qui ont été préparés avec des plâ -tres,dans les exemples A, B, et C. D - EXEMPLES SELON LESQUELS, LE MATERIAU EST PREPARE AVEC UN LIANT HYDRAULIQUE. Défini par les normes AFNOR NF P 15. On prépare un mortier normal : Norme NF P 15-403. Soit Liant type CPA 55 : 500 g. Sable normal sec (x3) : 1.500 g. Eau de gâchage (x0,5) : 250 g. A ce mortier,on ajoutera,au cours de trois opérations successives, et pendant le malaxage,les quan -tités dtécorces de chêne,broyées et séches,selon tableau Opération. Poids dlécorces. . % écorces/sec. Densité matériau Témoin . O . 0 . 2,14 (sec) n 1 . 250 g.(x 0,5 liant). 10 % . 1,70 (sec) n 2 . 500 g.(x 1 liant). 19 % . 1,55 (sec) n0 3 . 750 g.(x 1q5 liant). 26 % . 1,25 (sec) On obtient ainsi,des matériaux qui après une prise, non pertur -bée par la présence dtécorces,montrent une bonne cohésion, et une bonne homogénéité d'aspect,avec une baisse de la densité, qui est fonction de la teneur en écorces dans le matériau sec. E - EXEMPLE SELON LEQUEL, LE MATERIAU EST PREPARE AVEC DE LA CHAUX COMME LIANT HYDRAULIQUE. Ciment de laitier à la chaux CLX Norme NF P 15-306. On prépare au malaxeur,un mortier dans le -quel on introduit,en cours de malaxage,des écorces humides de châtaignier des Pyrénées ( ii 17 % d'eau ), de façon à être dans un rapport de 20 % d'écorces séches pour 80 % de liant tel quel.On obtient un matériau allégé de densité ff 1,30 et dont la résistance à la compression après un mois est voisine de 100 Kg/cm2. On a choisi,cet exemple illustratif parmi dtautres réalisés à l'aide de chaux hydraulique naturelle XHN et de chaux hydrau -lique artificielle XHA,qui donnent des résultats analogues. F - EXEMPLE SELON LEQUEL, LE MATERIAU EST PREPARE AVEC DES LIANTS MINERAUX COMPOSES,A PRISE AERIENNE. Des écorces de pin maritime,à 14 % d'humidité,passant au tamis 2,5 mm.,sont mélangées au malaxeur avec du Carbonate de calci -um type Durcal 15 OMYA,de la chaux hydratée pour maçonnerie, (Type ASTM C 207 ),et mouillées avec une solution de silicona -te de sodium. I1 se forme un gel de siliconate de calcium ad -sorbé par les écorces, et après pressage et séchage à ltair du produit, on peut -obtenir des plaques dures parfaitement hy -drofuges. On peut également conserver cette pâte à l'abri de l'air, et sen servir comme mastic hydrofuge,pour remplir des fissures, crevasses, ou lézardes en extérieur ou intérieur de constructions : plafonds,terrasses,sols,murs,...... Le pourcentage écorces (en sec) pouvant atteindre 10 %,et former une structure ténue,hydrofugeant la masse. Les produits obtenus, selon l'invention, dans les exemples cidessus,qui ne sont aucunement limitatifs, pourront donner lieu à toute modification désirable,par adjonction de matières mi -nérales,dont l'utilisation est autorisée et courante dans le bâtiment ou la construction. Par exemple : addition de vermiculite ou de perlite dans les plâtres;de dolomies,de calcites,dtalumines,de pouzzolanes > de silices,de silicates insolubles ( talcs,kaolins,... ) dans les chaux; d'accélérateurs ou de retardateurs de prise dans les ciments ( chlorure de calcium ); de pigments minéraux blancs ou colorés ( oxydes,chromates ) dans tous les liants. REVENDICATIONS 1 ) Composition de nouveaux matériaux de construction, ou dtentretien de bâtiments,caractérisée par le fait,qutelle contient un pourcentage significatif,dtécorces arbres rési -neux ou feuillus,dans un liant minéral aérien ou hydraulique à l'exclusion de fibres de bois et de liants ou colles orga -niques qui en assureraient la cohésion. 2 ) Composition selon la revendication 1,caractérisée par le fait,que le pourcentage pondéral d'écorces d'arbres, dans le produit fini,est compris entre 5 et 60 g % g. Valeur exprimée en matières organiques sèches issues des écorces. 3 ) Composition selon la revendication 1,caractérisée par le fait, que les écorces sont broyées et tamisées après séchage,pour calibrage à la maille NF X 11-501, comprise de préférence entre 12,5 mm et 2 mm. 4 ) Composition selon la revendication 1,caractérisée par le fait,que les écorces sont utilisées brutes,telles qut elles se trouvent sur le gisement,humides et non calibrées. 5 ) Composition selon les revendications 1 à 4,carac -térisée par le fait,que le liant est du plâtre. Produit dé -fini par les normes NF B 12 et ASTM Gypsum plastes. 6 ) Composition selon les revendications 1 à 4,carac -térisée par le fait que le liant est un liant hydraulique défini par les normes NF P 15 et ASTM "Cements't. 7 ) Composition selon les revendications 1 à 4,carac -térisée par le fait que le liant est de la chaux,définie par les normes NF P 15 et ASTM "Llmes. 8 ) Composition selon les revendications 5,6,7,carac -térisée par le fait, que les liants peuvent être utilisés en association avec des charges minérales normalement autorisées dans le bâtiment : dolomies,calcites,alumines,pouzzolanes, silices,silicates insolubles ( kaolins,tales,argiles,... ), vermiculite,perlite,pigments ( oxydes,chromates,... ) ,accé- -lérateurs ou retardateurs de prise,... 9 ) Composition selon les revendications de 1 à 8, caractérisée par le fait,que la fabrication est effectuée manuellement, à la truelle, à partir dtun sac contenant le prémélange conditionné,dtécorces et de liant. 10 ) Composition selon les revendications de 1 à 8, caractérisée par le fait,que sa fabrication est effectuée par malaxage mécanique, avec coulage du produit en continu sur une bande transporteuse,ou en discontinu dans des moules. 11 ) Composition selon les revendications de 1 à 8, caractérisée par le fait, que sa fabrication est effectuée par saupoudrage du liant sec,en poudre,sur les écorces humides; liteau contenue dans les écorces servant exclusivement,à la bonne prise du liant,ltensemble étant moulé et formé par un pressage convenable. 12 ) Composition selon les revendications 7 et 8,carac -térisée par le fait,que les écorces sont mouillées avec une solution d siliconate de sodium ou de potassium,en présence de chaux libre,pour donner-après pressage et séchage à l'air un produit hydrofuge,ou pour constituer à labri de l'air un mastic hydrofuge de remplissage,pour fissures et lézardes.