Brevet FR2745818A1 — publié le 19970912

La présente invention concerne des matériaux composites écologiques et recyclables obtenus à partir de déchets cellulosiques agricoles, ainsi qu'un procédé de valorisation de ces déchets cellulosiques agricoles. Le développement prévu de la production de bioéthanol à partir de betteraves et de blé va rapidement avoir pour conséquence la mise sur le marché d'une grande quantité de pulpes et de son. On a pu déterminer que 100.000 ha de jachères de betteraves correspondent à un excédent de 300.000 tonnes de pulpes séchées par rapport aux pulpes existantes que les sucreries ont déjà du mal à écouler. De même 200.000 ha de céréales correspondent à 200.000 tonnes de sons de blé. Le problème de l'écoulement des pulpes de marc de raisin se pose également dans certaines régions. C'est le problème de la valorisation de ces pulpes et sons que l'inventeur s'est efforcé de régler. L'inventeur a pu en effet déterminer tout l'intérêt que représentaient ces déchets, constituant une matière première abondante et bon marché, pour l'obtention de matériaux composites écologiques et recyclables. Les matériaux composites selon l'invention sont essentiellement constitués de matériaux cellulosiques choisis parmi les pulpes de betteraves, les sons de b'lé et les pulpes de marc de raisin, déshydratés à une teneur en eau se situant entre 5 et 25%, broyés et calibrés, associés à un liant. Le liant est choisi parmi les colles classiques et les résines thermoplastiques, telles que les copolymères vinyliques, popypropylènes ou les polyamides ; il peut également être choisi parmi les résines thermodurcissables de type isocyanates, urée-formol, mélamine-urée-formol ainsi que parmi les colles amylacées. Selon un mode de réalisation de l'invention, des fibres sont ajoutées aux pulpes ces fibres sont choisies parmi les fibres de résistance élevée telles que les fibres de carbone et les fibres de verre. Le procédé de valorisation de déchets cellulosiques agricoles selon l'invention consiste essentiellement à récupérer ces déchets, éventuellement à les ramener à une teneur en eau se situant entre 5 et 25 %, à les mélanger à des liants choisis parmi les colles classiques, les liants thermoplastiques ou thermodurcissables, puis à les transformer par tout moyen connu en soin en poudres, granulés ou objets moulés. La fabrication à chaud, dans une extrudeuse de granulés fins ou directement de panneaux de particules permet, par injection de réaliser des objets moulés. Les éléments de granulométrie supérieure sont utilisés dans des presses classiques avec des moules adaptés permettant de comprimer à haute pression dans un moule chauffant la matière, le liant étant alors de préférence du type thermodurcissable les matériaux ainsi obtenus sont particulièrement destinés aux domaines de l'automobile ou du matériel de bureau. L'utilisation d'une extrudeuse-souffleuse permet de réaliser des bidons résistants allant du flacon de shampoing aux bidons de produits phytosanitaires: on recommande alors d'utiliser entre 15 et 30 % d'un mélange de sons et de pulpes déshydratées avec 60 à 70 % de liant thermodurcissable et de 15 à 30 % de fibres de verre ; dans le cas de produits corrosits, il est préférable de compléter la fabrication par formation, par tout moyen connu en soi, d'un revêtement intérieur et extérieur. La présente invention va maintenant être plus particulièrement décrite en référence à l'utilisation de pulpes de betteraves, sans qu'il en résulte nullement une limitation de sa portée, comme on le verra rapidement plus loin. La fabrication de sucre à partir de betteraves sucrières permet d'obtenir des produits dérivés de grande valeur. L'extraction du sucre se fait grace à une circulation d'eau chaude sur des betteraves coupées en languettes (appelées cossettes). Ce sont ces cossettes, dont on a extrait le sucre, qui constituent la pulpe; celle-ci, à l'heure actuelle, constitue le co-produit le plus important issu de l'industrie sucrière. La pulpe de betteraves est valorisée comme aliment du bétail. Aujourd'hui pourtant les sucreries ont de plus en plus de mal à écouler les pulpes, et celles-ci sont de plus en plus souvent déshydratées et exportées. L'ensemble de la production a jusqu'à présent trouvé un débouché malgré la hausse de volume, mais l'arrivée des jachères énergétiques rend nécessaire la découverte de nouveaux débouchés valorisant le revenu des agriculteurs supportant la politique agricole commune européenne. Actuellement, les sucreries déshydratent une grande partie de leur production et l'évolution des techniques de déshydratation permet une diminution des coûts de cette opération. Les pulpes de betteraves proviennent - soit des déchets de l'extraction du sucre des betteraves sucrières (composition : 22 % d'éléments pectocellulosiques, 23 % d'éléments hémipectocellulosiques et 22 % d'éléments cellulosiques, 10 % de protéines et 5 à 10 % de sucres liés) - soit du cracking végétal des betteraves destinées à la production de l'éthanol ; les pulpes sont essentiellement composées de cellulose déjà broyée qui n'a plus de valeur nutritive et dont la valeur est nulle puisque les autres constituants intéressants en ont déjà été extraits. Les propriétés des fibres de ces pulpes se rapprochent de celles du bois, avec une résistance à la rupture en traction allant de 50 à 200 MPa et un module d'élasticité autour de 10 000 MPa. A l'état nu, elles sont sensibles à l'humidité, mais associées à un liant, leur tenue à l'eau est satisfaisante, à condition d'éviter un contact prolongé avec l'eau. Le matériau composite selon l'invention comporte entre 10 et 80 % en poids de pulpes déshydratées (issues de betteraves ou de marc de raisin) ou de son de blé et entre 20 et 90 % de liant, I'ensemble étant éventuellement additionné de 1 à 40 % de fibres de résistance élevée, telles que les fibres de verre ou de carbone. Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, le mélange est constitué de 5 à 90 % en poids de pulpes de betteraves présentant une teneur en eau entre 5 et 15 %, de 1 à 70 % en poids de son de blé, 1 à 70 % en poids de pulpes de raisins, 10 à 80 % en poids d'un liant, le tout étant éventuellement additionné de 1 à 30 % en poids de fibres. Dans le procédé de valorisation de déchets cellulosiques agricoles selon l'invention, on mélange les pulpes, sortant du déshydrateur, ou les sons avec des liants (colles classiques ou liants thermoplastiques) destinés à leur agglomération, auxquels on aura ajouté d'autres éléments éventuels tels qu'agent de démoulage, agent de mûrissement, catalyseur.. Un passage dans un granulomètre permet d'obtenir des granulés homogènes du nouveau matériau servant à l'obtention de différents objets moulés. Dans le cas où le liant est choisi parmi les résines thermodurcissables isocyanates, urée-formol, mélamine-formol...,le mélange pulpes/liant se fait directement dans la presse. Les sons de blé (actuellement utilisés pour l'alimentation animale) proviennent des moulins ; il se trouvent sous deux formes : farine ou granulé et leur utilisation ne comporte ni broyage, ni déshydratation. L'utilisation des pulpes de marc de raisins trouvera surtout une application dans les régions viticoles ou betteravières comme la Champagne, ce qui permettra d'augmenter la rentabilité des produits. La présente invention sera mieux comprise et ses avantages ressortiront bien des exemples suivants qui l'illustrent, sans nullement la limiter. Exemple 1: 20 g de pulpes de betteraves, déshydratées à une teneur en eau de 10%, sont broyées et tamisées sur un tamis de 2 mm et mélangées à 30 g de polymère synthétique "Hot Melt" tel que celui commercialisé par la Sté Soretrac sous la dénomination BAM 198, préalablement fondu à 1800C ; le mélange obtenu est coulé entre deux plaques d'acier puis mis sous presse, de façon à obtenir une planchette de 17 cm de long sur 1 1 cm de large et 2 mm d'épaisseur et 1,3 Kg/dm3 de densité. Après refroidissement, la planchette obtenue ne présente aucune odeur particulière ; il est possible de la clouer ou de l'agrafer. II est pbssible d'améliorer l'allure de la planchette en la revêtant, après refroidissement d'une couche de film plastique transparent résistant à la température. La structure reste pratiquement inchangée après avoir été plongée dans de l'eau pendant quinze jours. Au bout de six mois, I'allure de la planchette reste intacte mais l'on observe un gonflement des pulpes et la structure se décompose au toucher. Exemole 2: On a répété les conditions de l'exemple 1 mais en portant l'épaisseur de la planchette à 4 mm et l'on pu constater une amélioration des propriétés physiques. Exemple 3: Des essais similaires ont été effectués en remplaçant le polymère synthétique "Hot Melt" par une colle à base de copolymère éthylène-acétate de vinyle (EVA). Les résultats obtenus sont très satisfaisants. Exemple 4: On reprend les conditions de l'exemple 2, en ajoutant aux pulpes sèches et broyées 20 grammes de fibres de verre ; on peut constater un renforcement très net de la résistance de la planchette ; celle-ci est moins souple mais résiste à des chocs importants. On a réalisé dans cet exemple une planchette d'environ 4 m d'épaisseur que l'on a pu facilement fileter afin d'y visser des boulons par exemple. La masse volumique des planchettes obtenues se situe entre 1 kg et 1,4 kg/dm3. ExemPle 5: Des essais semblables à ceux de l'exemple 1 ont été réalisés en remplaçant les pulpes de betteraves par du son de blé ; on a pu ainsi réaliser de fines plaquettes de 1 à 2 mm d'épaisseur et obtenir des résultats très satisfaisants, encore améliorés par addition de fibres de verre. Le procédé selon l'invention permet de valoriser des sous-produits agricoles ayant de moins ne moins de débouchés. Les nouveaux produits composites selon l'invention, de masse volumique légèrement supérieure à celles des matériaux classiques en carton, bois ou matière plastique : 0,45 à 0,60 Kg/dm3, peuvent être utilisés dans de nombreux domaines tels que l'emballage, les carrosseries ou les objets moulés à vie plus ou moins longue : plateaux-repas, caisses, barquettes...) REVENDICATIONS 1. Matériaux composites écologiques et recyclables, caractérisés en ce qu'ils sont essentiellement constitués de matériaux cellulosiques choisis parmi les pulpes de betteraves, les sons de blé et les pulpes de marc de raisin présentant une teneur en eau se situant entre 5 et 25%, broyés, calibrés, et associés à un liant. 2. Matériaux composites écologiques et recyclables selon la revendication 1, caractérisés en ce que le liant est choisi parmi les colles classiques, les résines thermoplastiques, de type copolymères vinyliques, popypropylènes ou polyamides, les résines thermodurcissables de type isocyanates, urée-formol, mélamine-urée-formol et les colles amylacées. 3. Matériaux composites écologiques et recyclables selon la revendication 1 et la revendication 2, caractérisés en ce que des libres, choisies parmi les fibres de résistance élevée telles que les fibres de carbone et les fibres de verre sont ajoutées aux pulpes. 4. Matériaux composites écologiques et recyclables selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisés en ce qu'ils comportent entre 10 et 80 % en poids de pulpes déshydratées (issues de betteraves ou de marc de raisin) ou de son de blé et ventre 20 et 90 % de liant. 5. Matériaux composites écologiques et recyclables selon la revendication 4, caractérisés en ce que l'ensemble est additionné de 1 à 40 % de fibres de résistance élevée, choisies parmi les fibres de verre ou de carbone. 6. Matériaux composites écologiques et recyclables selon l'une des revendications 1 à 5, caractérisés en ce qu'ils comportent entre 5 à 90 % en poids de pulpes de betteraves présentant une teneur en eau de 5 à 15 %, additionnées de 1 à 70 % en poids de sons de blé, de 1 à 70 % en poids de pulpes de raisins, de 10 à 80 % en poids d'un liant, et de 1 à 30 % en poids de fibres. 7. Procédé de valorisation de déchets cellulosiques agricoles caractérisé en ce qu'il consiste à récupérer lesdits déchets, choisis parmi les pulpes de betteraves broyées, triées et calibrées, les sons de blé et les pulpes de marc de raisin, à les ramener à une teneur en eau se situant entre 5 et 25 %, à les mélanger à des liants choisis parmi les colles classiques, les liants thermoplastiques ou thermodurcissables, puis à les transformer par tout moyen connu en soin en poudres, granulés ou objets moulés. 8. Procédé de valorisation de déchets cellulosiques agricoles selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on mélange les pulpes, sortant du déshydrateur, ou les sons avec des liants, choisis parmi les colles classiques ou les liants thermoplastiques destinés à leur agglomération, le dit mélange étant suivi d'un passage dans un granulomètre pour obtenir des granulés homogènes servant à l'obtention de différents objets moulés. 9. Procédé de valorisation de déchets cellulosiques agricoles selon la revendication 7, caractérisé en ce que l'on mélange directement dans la presse les pulpes, sortant du déshydrateur, ou les sons, avec des liants choisis parmi les résines thermodurcissables telles que isocyanates, urée-formol, mélamineformol et les résines thermofusibles.