Brevet FR2663257A1 — publié le 19911220

PROCEDE DE FABRICATION D'UN MATERIAU ARTIFICIEL A PARTIR DE DECHETS, MATERIAU ARTIFICIEL OBTENU ET PARPAINGS CONFECTIONNES AVEC CE MATERIAU La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un matériau artificiel en poudre à partir de déchets ménagers incinérés ou de cendres industrielles. Ce matériau peut être utilisé comme base dans la confection d'élements de construction moulées du type de plaques, de blocs, de parpaings ou de tuiles destinés au domaine du bâtiment. Les techniques actuelles d'élimination des ordures ménagères sont très diverses ; à cet égard, les décharges contrôlées, les fosses de fermentation naturelle ou accélérée, les zones de compostage et les installations d'incinération offrent une panoplie de solutions d'usage plus ou moins facile et coûteux. Dans cette dernière catégorie, le recyclage des résidus ménagers en tant que combustible permet de récupérer une chaleur utile au chauffage urbain ou à la production d'électricité ; en outre, les cendres et les scories résultant de la combustion sont le plus souvent déferraillées et vendues aux entreprises de travaux publics pour servir, par exemple, de remblais ou de sous-couches de routes.Les mâchefers (résidus de combustion de la houille), qui représentent 30% du poids des résidus ménagers avant incinération, peuvent également rentrer dans la constitution de mortiers, de bétons ou de briques où leur porosité est appréciée. Sous cette forme, les cendres d'incinération, au sens le plus large, ne sont donc pas vraiment valorisées mais constituent un matériau très commun d'intérêt réduit. En outre, même lorsqu'elles sont utilisées comme élément rentrant dans la composition de parpaings, elles ne subissent généralement aucun traitement préalable normalisateur (calibrage et triage), ce qui serait nécessaire à la confection de parpaings aux propriétés mesurables et reproductibles. La présente invention vise à remédier à ces inconvénients en proposant un procédé de fabrication d'un matériau artificiel en poudre à partir de déchets ménagers incinérés ou de cendres industrielles, caractérisé par la succession d'étapes suivantes - tamisage des cendres accompagné d'un broyage des charbons et des mâchefers, - dégraissage des cendres tamisées et/ou broyées, - mélange des cendres dégraissées avec un liant complexe contenant de l'argile, éventuellement un liant hydraulique, de l'amidon et une combinaison d'une résine d'accrochage et d'une résine synthétique avec durcisseur, ces composants entrant dans ledit mélange selon des proportions en poids respectivement égales à 89% + 2% pour les cendres dégraissées, 7% + 2% pour l'argile et éventuellement le liant hydraulique, 1% pour l'amidon, 1% pour la résine d'accrochage et 2% pour la résine synthétique avec durcisseur, - moulage du mélange obtenu sous forme de blocs, postérieurement séchés et durcis, - démoulage puis concassage des blocs secs jusqu'à obtention d'une poudre présentant une granulométrie prédéterminée. Naturellement, il ne s'agit pas de confectionner des blocs directement utilisables comme matériaux de construction, ce qui serait peu réaliste compte tenu de la forte teneur en cendres de ces blocs qui sont, de ce fait, très friables ; par ailleurs, une plus forte proportion d'argile, qui agit comme un durcisseur naturel, ou encore d'un liant hydraulique dont on connaît les emplois multiples, présenterait l'avantage d'augmenter la résistance spécifique des blocs mais augmenterait sensiblement leur coût de fabrication sans garantir pour autant que le matériau de construction obtenu soit très durable.C'est pourquoi, la réduction en poudre des blocs secs présentent l'avantage de produire un matériau artificiel pouvant être directement utilisé en combinaison avec un liant hydraulique pour la confection de plaques ou de parpaings destinés au domaine du bâtiment, ce matériau artificiel étant disponible en sacs utilisables à la manière d'un ciment. A cet égard, selon l'emploi qu'on désire faire du matériau artificiel conforme à l'invention, on mélange, à sec, un pourcentage en poids compris entre 50% et 70% de matériau artificiel en poudre, avec 5% d'un mélange d'une résine d'accrochage et d'une résine synthétique contenant un durcisseur époxydique, ainsi qu'un pourcentage complémentaire d'un liant hydraulique ou d'un mélange de liants hydrauliques, dont la nature dépend de l'application spécifique envisagée.Ce mélange est ensuite gâché à l'eau et préparé suivant les techniques habituelles de la maçonnerie il peut ainsi être moulé sous forme de plaques ou de parpaings, puis éventuellement chauffé à basse température (de l'ordre de 40"C) afin d'accélérer son séchage et la prise des liants hydrauliques sous les effets conjugués bien connus de l'hydratation et de la polymérisation des résines. Un séchage naturel d'une huitaine de jours sous hangar abrité est recommandé avant utilisation des plaques ou des parpaings, ce qui est courant dans le domaine du bâtiment lorsqu'on utilise des liants hydrauliques. D'autres caractéristiques et avantages ressortiront mieux de la description qui va suivre d'une forme d'exécution donnée à titre d'exemple non limitatif du procédé de fabrication conforme à la présente invention. Selon cette forme d'exécution préférée, les déchets ménagers traités selon l'invention proviennent d'une décharge et ont été préalablement triés afin d'en extraire les verres et les métaux. Sous cette forme brute, ces déchets sont brûlés dans un four à tirage classique, voir dans un four domestique, à une température avoisinant les 400"C. I1 est clair qu'on pourrait directement employer les cendres résultant de l'incinération contrôlée des déchets dans une installation élevant la température au-dessus de 1000"C et récupérant la chaleur de combustion pour un usage urbain ou pour la production d'électricité ; les cendres d'incinération à haute température présentent sensiblement la même nature que les cendres obtenues par brûlage à plus basse température, et en particulier, il est inutile de les dégraisser, les graisses ayant été éliminées à sec par élévation de température. A partir des cendres quelle que soit leur nature, on procède à un tamisage suffisamment fin pour que la surface des cendres susceptible d'être traitée soit relativement importante - il est, en effet, bien connu que plus la granulométrie d'un matériau pulvérulent est faible, plus la surface totale des poudres par rapport à leur volume est grande -. Les particules brûlées de trop fort calibre, telles les charbons ou les mâchefers, sont quant à elles broyées puis à nouveau tamisées jusqu'à obtention d'un mélange de cendres homogène présentant une granulométrie v réguliere. Dans cet état, les cendres non dégraissées à sec sont très grasses et elles ne peuvent être liées de manière satisfaisante et durable avec un autre matériau que si elles sont dégraissées. Selon une forme d'exécution préférée de l'invention, le dégraissage des cendres consiste en un lavage à l'eau bouillante ou presque bouillante (à une température de l'ordre de 80"C), puis en un décantage, les graisses surnageant et étant éliminées par vidange, tandis que les cendres dégraissées forment une boue au fond d'un bac de décantation adapté à cet usage. Cette boue est alors séchée avant d'être mélangée au liant complexe dont la composition a déjà été donnée ; on notera que le séchage des boues peut être incomplet, et qu'il n'est pas nécessaire de disposer de cendres dégraissées sèches pour la bonne marche du procédé de fabrication selon l'invention. En effet, le mélange des boues de décantation et du liant complexe dans les proportions citées est moulé sous forme de blocs puis séché et durci, par exemple d'une manière accélérée dans un four élevant la température de l'ensemble aux environs de 1500C à 200"C pendant 2 heures ; on conçoit donc bien qu'il est inutile de déshydrater complètement les cendres dégraissées à l'eau chaude avant de les mélanger au liant complexe. Bien entendu, le pourcentage de cendres dégraissées rentrant dans la composition du matériau artificiel conforme à l'invention, qui est donné en poids, doit s'entendre pour des cendres dégraissées sèches ou pratiquement sèches ; dans cette variante de l'invention, la mesure du poids est en fait réalisée préalablement au dégraissage des cendres tamisées et/ou broyées, le poids des graisses étant négligeable.Avant leur séchage complet, les blocs de matériau artificiel sont démoulés, et après un durcissement suffisant, ils sont concassés et réduits en poudre dans un broyeur dont on peut régler la puissance ; on peut ainsi obtenir une poudre dont la granulométrie peut varier fortement depuis un grain proche de celui de la farine (très pulvérulente) jusqu'à un grain comparable au sable fin. On expliquera maintenant plus en détail le rôle de chacun des constituants du liant complexe qui est mélangé aux cendres tamisées et dégraissées avant moulage et cuisson des blocs. Le liant complexe représente entre 9% et 13% du poids du matériau artificiel, le reste étant constitué par la cendre. On a mis en évidence qu'un tel pourcentage permettait de garantir l'obtention d'un matériau en poudre utilisable en complément direct d'un liant hydraulique, du type d'un plâtre ou d'un ciment, pour la confection de plaques, de hourdis ou de parpaings, mais il est clair qu'un autre pourcentage ne doit pas être exclu dans des applications différentes.Le rôle général du liant complexe est d'enrober les particules de cendres tamisées et dégraissées afin de constituer, après durcissement de ce liant, un agglomérat de poudres de cendres totalement ou partiellement enrobées, stables et imputrescibles. A cet effet, on utilise principalement dans ce liant complexe de l'argile jouant le rôle de durcisseur naturel suivant un pourcentage en poids du matériau artificiel égal à 7% + 2%, valeur choisie en fonction de la nature particulière et de la taille des cendres tamisées et dégraissées ; un plus fort pourcentage aurait tendance à fragiliser l'enrobage car l'argile est cassant une fois durcie, et inversement un plus faible pourcentage serait inutile car l'argile ne pourrait enrober convenablement toutes les cendres.Par ailleurs, le liant complexe comporte une plus faible part d'amidon, par exemple tiré directement d'épluchures de pommes de terre, son rôle étant d'accélérer la prise et de faciliter le démoulage des blocs. La résine d'accrochage incorporée au mélange est un agent promoteur d'adhésion des autres constituants, à savoir les cendres, l'argile et l'amidon ; son dosage est fonction de la proportion de ces autres constituants, un pourcentage plus faible n'étant pas efficace tandis qu'un pourcentage plus fort n'apporterait aucun bénéfice.Enfin, une résine synthétique avec durcisseur, normalement disponible dans le commerce, permet d'accélérer la prise, de durcir l'enrobage des cendres constitué par le mélange d'argile, d'amidon et de résine d'accrochage, donnant enfin une résistance élevée aux cendres sèches après traitement ; le pourcentage de cette résine synthétique est habituel et suffisant pour l'obtention des effets désirés qu'on vient de citer, cette résine étant employée dans le domaine du bâtiment pour favoriser la prise de certains bétons ; on peut à cet égard considérer que les cendres enrobées du matériau artificiel se comporte un peu comme du sable ou des granulats. On notera que l'opération de broyage des blocs de matériau artificiel, secs et durcis, est tout à fait inattendu dans le domaine du bâtiment, dans la mesure où tous les procédés connus qui pourraient se rapprocher du procédé conforme à l'invention ne prennent en compte les cendres d'incinération des ordures ménagères que comme des granulats directement utilisables par incorporation à l'état brut dans des liants classiques. Suivant l'invention, le broyage en poudre du matériau artificiel obtenu est ainsi particulièrement original et avantageux dans la confection de plaques ou de parpaings destinés au domaine du bâtiment. En effet, la granulométrie de cette poudre peut être très faible, ce qui favorise l'obtention de plaques très résistantes à la fissuration tout en éliminant les ponts thermiques ou acoustiques ; de cette manière, les matériaux de construction fabriqués à partir du matériau artificiel en poudre conforme à l'invention sont d'excellents isolants thermiques et phoniques. De même, la faible porosité et la faible rugosité de tels matériaux moulés en forme de plaques procurent des surfaces d'apprêt particulièrement adaptée au revêtement de plâtres, d'enduits, ou de revêtements décoratifs. Par ailleurs, il est important de noter que le matériau artificiel en poudre ne craint pas le gel, ni l'humidité, et qu'il peut donc être stocké dans des sacs sous un abri aéré à la façon de certains enduits et ciments. En outre, ce matériau est ininflammable, ce qui est une condition impérative pour pouvoir être employée dans le domaine de la construction. A titre d'exemples non limitatifs, il est proposé ciaprès deux compositions types élaborées à partir du matériau artificiel en poudre selon l'invention. La première composition est destinée à la confection de parpaings légers pour l'isolation ou le montage de parois intérieur ; sa résistance spécifique à la compression n'a, par conséquent, pas besoin d'être très élevée. On a ainsi démontré que la composition suivante était satisfaisante dans ce type d'applications : on mélange à sec 55% de matériau artificiel en poudre avec 40% de plâtre (liant hydraulique), 3% de résine d'accrochage et 2% de résine synthétique avec durcisseur époxydique, puis on gâche ce mélange avec une proportion d'eau variable selon les conditions du moulage des parpaings légers ou des plaques que l'on veut fabriquer cette quantité d'eau de gâchage dépend en fait de paramètres normalement accessibles à l'homme de métier et résultant de son expérience sur des enduits comparables à base du même liant hydraulique.Après moulage, on notera qu'il est possible, dans certains cas, de presser les parpaings ou les plaques au cours de leur séchage. La deuxième composition type proposée est destinée à la confection de parpaings lourds pour murs porteurs, dalles de plancher ou de toiture (du type de tuiles moulées), ou encore au remplissage de banches à ossature renforcée par des fils de fers à béton ; dans ce cas, la résistance spécifique à la compression doit être suffisamment élevée ce qui a été démontré avec la composition suivante : on mélange à sec 65% de matériau artificiel en poudre avec 30% de ciment (liant hydraulique), 2% de résine d'accrochage et 3% de résine synthétique avec durcisseur époxydique, puis on procède comme précédemment pour la confection de parpaings légers ou de plaques. Cette composition peut également servir au ragréage de sols à la façon d'un béton.On notera que le retrait de séchage de tous les éléments de construction, moulés à partir d'une telle composition ou de la composition précédente, est très faible par rapport à ceux du béton ou de matériaux plastiques thermodurcissables du type de l'argile employée pour la confection des tuiles, ce qui est un avantage considérable. I1 ressort de ce qui précède que les mêmes produits rentrent, selon des proportions relatives différentes, dans la confection de tous les matériaux de construction élaborés à partir du matériau artificiel en poudre conforme à l'invention, cette poudre pouvant par ailleurs présenter une granulométrie adaptée à chaque usage.Ainsi, hormis un fort pourcentage de matériau artificiel, d'autant plus important que l'on réalise un parpaing léger n'ayant pas besoin d'une forte résistance, le choix du liant hydraulique différencie le plus nettement les deux compositions types ; on veillera de la sorte, conformément aux enseignements de la présente invention, à choisir un liant hydraulique ou un mélange de liants hydrauliques présentant une résistance spécifique à la compression appropriée à l'application visée s'il était employé seul, le pourcentage total en poids du mélange à sec de ce liant et du matériau artificiel en poudre étant généralement égal à 95%, ou voisin de ce rapport.Les 5% restants sont pris par des résines dont les proportions respectives dépendent de celles dudit liant et dudit matériau artificiel, la tendance générale devant être la suivante plus la proportion de liant hydraulique est forte par rapport à celle du matériau artificiel en poudre, plus le mélange de ces deux éléments doit être rendu homogène pour éviter les ponts thermiques ou phoniques, et plus on augmentera le dosage de la résine d'accrochage (qui facilite l'enrobage) par rapport au dosage de la résine synthétique avec durcisseur. Dans le cas contraire, le matériau artificiel domine nettement en pourcentage et on a besoin de résistance et de ténacité, ce qui nécessite d'augmenter le dosage de la résine synthétique avec durcisseur par rapport au dosage de la résine d'accrochage. Rappelons qu'il s'agit uniquement de tendances et que l'homme de métier est à même de trouver un compromis satisfaisant dans la plupart des cas. La présente invention n'est bien entendu pas limitée par la description qui vient d'être donnée à titre d'exemples non limitatifs d'une forme d'exécution du procédé de fabrication d'un matériau artificiel en poudre à partir de cendres d'incinération d'ordures ménagères, et de son emploi dans des compositions types pour la confection de parpaings lourds ou légers, mais s'étend au contraire à toutes les formes d'exécution dudit procédé présentant des étapes techniquement équivalentes opérées dans son esprit, à tous les matériaux en poudre élaborés au moyen d'un liant complexe similaire à celui décrit, et à toutes les compositions incorporant des tels matériaux en poudre. REVENDICATIONS 1 - Procédé de fabrication d'un matériau artificiel en poudre à partir de déchets ménagers incinérés sous forme de cendres ou directement à partir de cendres industrielles, caractérisé par la succession d'étapes suivantes - tamisage des cendres accompagné d'un broyage des charbons et des mâchefers, - dégraissage des cendres tamisées et/ou broyées, - mélange des cendres dégraissées avec un liant complexe contenant de l'argile, éventuellement un liant hydraulique, de l'amidon et une combinaison d'une résine d'accrochage et d'une résine synthétique avec durcisseur, ces composants entrant dans ledit mélange selon des proportions en poids respectivement égales à 89% + 2% pour les cendres dégraissées, 7% + 2% pour l'argile et éventuellement le liant hydraulique, 1% pour l'amidon, 1% pour la résine d'accrochage et 2% pour la résine synthétique avec durcisseur, - moulage du mélange obtenu sous forme de blocs, postérieurement séchés et durcis, - démoulage puis concassage des blocs secs jusqu'à obtention d'une poudre présentant une granulométrie prédéterminée. 2 - Procédé de fabrication d'un matériau artificiel en poudre selon la revendication 1, caractérisé en ce que le dégraissage des cendres consiste en un lavage à l'eau bouillante ou presque bouillante, puis en un décantage, les graisses qui surnagent étant alors éliminées par vidange, tandis que les cendres dégraissées se déposent sous forme d'une boue humide au fond d'un bac de décantation approprié. 3 - Matériau artificiel en poudre issu du procédé de fabrication conforme à l'une quelconque des revendications précédentes. 4 - Composition pour la fabrication de plaques, de parpaings lourds ou légers, ou pour le remplissage de banches, caractérisée en ce qu'on mélange, à sec, un pourcentage en poids compris entre 50% et 70% d'un matériau artificiel en poudre selon la revendication 3, avec 5% d'un mélange d'une résine d'accrochage et d'une résine synthétique contenant un durcisseur époxydique, et un pourcentage complémentaire d'un liant hydraulique ou d'un mélange de liants hydrauliques, dont la nature dépend de l'application spécifique envisagée. 5 - Composition pour la fabrication de parpaings légers selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'on mélange, à sec, 55% de matériau artificiel en poudre selon la revendication 3, avec 40% de plâtre, 3% de résine d'accrochage et 2% de résine synthétique avec durcisseur époxydique. 6 - Composition pour la fabrication de parpaings lourds ou pour le remplissage de banches selon la revendication 4, caractérisée en ce qu'on mélange, à sec, 65% de matériau artificiel en poudre selon la revendication 3, avec 30% de ciment, 2% de résine d'accrochage et 3% de résine synthétique avec durcisseur époxydique. 7 - Plaques et parpaings réalisés par gâchage à l'eau puis moulage, et éventuellement pressage, d'une composition conforme à l'une quelconque des revendications 4 à 6.