Brevet FR2741835A1 — publié le 19970606

La présente invention concerne un nouveau matériau aggloméré à base d'écorces, un procédé pour la fabrication de ce matériau, et les produits ou objets réalisés dans ce matériau. L'agglomération d'écorces ou de déchets de bois et d'écorces est dejà connue pour différentes applications telles que: fabrication de plaques ou produits d'isolation phonique, préparation de sols, fabrication de plaques de liège. A titre d'exemple, le brevet FR 2 529 509 concerne un aggloméré à base d'écorces d'arbres, par exemple de résineux pour la fabrication notamment de panneaux d'lsolation phonique ou thermique. Le matériau est obtenu par un brassage dans un malaxeur d'un mélange de fines particules d'écorces (de 500 11 à 15 mm) et de liant, suivi d'une étape de moulage. La polymérisation du liant et la prise en masse est déclenchée dans la malaxeur par simple échauffement des particules par brassage. Le moulage sous presse à froid nécessite des pressions considérables, et le matériau ne présente aucun caractère esthétique. En outre, pour des raisons techniques, la taille maximale des particules imprégnées par le liant dans le brevet cité est de 15 mm. Le seul matériau à base d'écorces connu à ce jour pour présenter un caractère esthétique est l'aggloméré à base de liège mais sa faible dureté en limite l'utilisation. Jusqu'à cejour, on ne savait pas réaliser un matériau aggloméré à base de déchets d'écorces relativement gros (supérieur à 15 mm pour obtenir un effet esthétique intéressant) et d'une dureté suffisante pour être travaillé comme du bois. En effet, le problème technique d'imprégnation de grosses particules d'écorces par un liant n'a pas été résolu à ce jour. L'écorce est en effet une matière de densité plus faible que le bois, très poreuse et très friable. Un but de la présente invention est de résoudre ce problème. Un autre but de l'invention est d'obtenir un produit économique présentant l'aspect esthétique dit de "loupe" ou de "ronce" d'arbre. Un autre but de l'invention est de valoriser les déchets de bois, en particulier les écorces. Ces buts sont atteints grâce à un matériau à base de déchets de bois, en particulier des particules d'écorces, agglomérées par un liant de synthèse, caractérisé en ce que les particules d'écorces ont majoritairement une granulométrie supérieure à 15 mm conférant au matériau un aspect esthétique type loupe ou ronce de bois massif. De préférence, les écorces utilisées sont des écorces de résineux, plus particulièrement des écorces de pin et le liant est choisi dans l'ensemble (résines polyesters insaturées, résines phénoliques, résines isocyanates). Un procédé d'obtention du matériau est un procédé classique du type consistant à mélanger particules et liant puis à presser le mélange à chaud et pour l'obtention du matériau selon l'invention on sèche préalablement les écorces et on augmentera l'effet esthétique du matériau par un ponçage optionnel en sortie de presse. L'atout principal des composites à base d'écorces selon l'invention est sans conteste leur aspect esthétique qui rappelle celui des ronces et des loupes de bois massif. Outre cette caractéristique, ces matériaux présentent l'avantage majeur d'être tridimensionnels. Sous forme de plaques, ils présentent des chants d'aspect proche de celui de leurs parements et peuvent être usinés dans la masse, par opposition à la contrainte bidimensionnelle des panneaux revêtus d'une décoration mélaminée ou d'un placage. Moulables, ils permettent l'obtention de formes complexes et asymétriques, ce qui constitue une propriété nouvelle par rapport aux pièces de bois tournées utilisées en décoration et en ameublement. Leur résistance mécanique superficielle peut en outre être augmentée par une finition de plus grande dureté. On peut également modifier l'aspect esthétique en ajoutant aux écorces d'autres composants. On comprendra mieux l'invention grâce à la description qui suit faite en référence aux figures annexées suivantes: - Figure 1: reproduction d'une photographie: taille réelle d'un d'échantillon de panneau selon l'invention contenant 26 % de polyester, - Figure 2: reproduction d'une photographie réalisée au microscope électronique de l'échantillon de la figure 1, - Figure 3 : graphe montrant la densité des composites composés de 26 % de polyester en fonction de la pression appliquée lors de la fabrication, - Figure 4: graphe montrant la contrainte de rupture de composites composés de 26 % de polyester en fonction de la pression appliquée lors de la fabrication, - Figure 5: graphe montrant le module d'élasticité de composites composés de 26 % de polyester en fonction de la pression appliquée lors de la fabrication, - Figure 6: graphe montrant la contrainte de rupture des composites en fonction de leur teneur en polyester: (pression commune appliquée: 21 bars), - Figure 7: graphe montrant le module d'élasticité des composites en fonction de leur teneur en polyester: (pression commune appliquée: 21 bars), - Figure 8: graphe montrant le profil de densité d'un composite composé de 26 % de polyester ayant subi une pression de 14 bars, - Figure 9: graphe montrant le profil de densité d'un composite composé de 26 % de polyester ayant subi une pression de 21 bars, - Figure 10: graphe montrant le profil de densité d'un composite composé de 26 % de polyester ayant subi une pression de 28 bars. Selon l'invention, les écorces sont utilisées sous forme de particules de dimensions comprises entre 5 et 100 mm de préférence entre 15 et 60 mm. Elles proviennent de préférence d'essences résineuses, par exemple et non limitativement de Pin Maritime ou de Pin Sylvestre. On décrit d'abord un premier procédé d'obtention du matériau selon l'invention. Préalablement séchées (à environ 2 à 10 %) puis tamisées, les écorces sont mélangées dans un mélangeur rotatif de type connu avec une résine thermodurcissable. Cette résine encolle les particules tout en les imprégnant. La nature et la quantité de résine utilisée est fonction des caractéristiques d'état de surface et de résistance physico-mécaniques souhaitées. On citera plus particulièrement l'emploi de résines polyesters insaturées, de résines phénoliques, et de résines isocyanates. Les proportions de liant par rapport à la masse du matériau final sont comprises entre 10 et 60 %, de préférence entre 20 et 40 %. Le mélange écorces/liant est mis sous une presse de type classique pour la fabrication de matériau aggloméré, à la température nécessaire à la réticulation du liant choisi (généralement entre 80 et 1700 C). La pression est fonction de la densité souhaitée du matériau et de préférence comprise entre 5 et 30 bars. La durée du pressage à chaud est fonction de l'épaisseur du matériau, elle doit être suffisante pour initier la réticulation du liant au coeur du matériau, de préférence 3 à 20 mm. Pour mettre en valeur l'aspect esthétique des écorces agglomérées, le principe consiste à poncer les composites en sortie de presse : I'enlèvement de matière fait apparaître des motifs correspondant aux cernes ; cernes dont les contours sont tourmentés suite à la compression subie lors de la fabrication. II en résulte un matériau à l'aspect proche de celui des loupes et ronces de bois massif. Des essais préliminaires ont montré que plus les copeaux d'écorces sont gros, plus les motifs obtenus sont attrayants. Toutefois, L'écorce étant un matériau très friable, I'utilisation de gros copeaux conduit à des surfaces de panneaux facilement rayables à l'ongle: le liant utilisé n'imprégnant pas les particules à coeur. Il convient donc de choisir un compromis entre esthétique et dureté de surface ce compromis dépend à la fois de la taille des copeaux d'écorces et de la fluidité du liant utilisé. Des copeaux d'écorces de Pin Maritime de 10 à 60 mm ont été agglomérés avec différents types de résines thermodurcissables : Isocyanate, Urée Formol, Polyester, Résorcine. Selon une variante de réalisation préférée, on emploie des copeaux d'écorces de granulométrie comprise entre 15 et 25 mm, et d'une résine polyester à faible extrait sec (Polyesters insaturés isophtaliques Norsodyne G 703 de la Société Cray Valley, d'extrait sec 55 %). Le premier procédé décrit ci-dessus permet l'obtention de plaques ou de produits moulés dont l'aspect esthétique rappelle celui des ronces et des loupes de bois massifs (voir figure 1). Les utilisations sont notamment l'ameublement, la décoration, I'agencement, les bibelots et jouets... puisque le matériau selon l'invention peut être poncé, meulé, tourné, percé, usiné comme du bois. Il permet par exemple la réalisation d'objets à symétrie axiale (pied de lampe, pied de meuble...) ou d'objets moulés de forme complexe. Selon une variante du procédé, on peut réaliser sous presse un aggloméré bi ou tri-couches en utilisant comme support de l'aggloméré d'écorces un panneau de particules ou de fibres. On obtient alors un panneau en matériau X dont l'une des faces est recouverte d'un aggloméré à base d'écorces selon l'invention ou un panneau sandwich formé d'un panneau X compris entre deux agglomérés à base d'écorces selon l'invention. Selon une autre variante de l'invention, on peut ajouter aux écorces d'autres composants pour modifier l'aspect esthétique par exemple des feuilles, des particules minérales (cailloux), des nodosités d'arbres. Les caractéristiques mécaniques des panneaux réalisés en agglomérés d'écorces selon le premier procédé sont mises en valeur par les essais décrits ci-après et par les figures 3 à 7. Bien que la résistance en flexion ne soit pas une caractéristique déterminante par rapport à une utilisation de type décoratif (décors muraux, objets décoratifs...), différents types de panneaux écorces-polyester ont été testés en flexion trois points dans le but d'étudier l'incidence du cycle de fabrication et de la teneur en polyester sur la résistance finale des composites. L'ensemble des panneaux testés a subi un cycle de pression constante d'une durée de 13 minutes à une température de 1500C. L'augmentation de la pression appliquée lors de la fabrication conduit à une densification importante lors du passage de 14 à 21 bars puis plus modérée lors du passage de 21 à 28 bars (figure 3). Visuellement, les surfaces des panneaux réalisés à une pression de 14 bars présentent des interstices de section proche du mm2, situés à la jonction des particules d'écorces ; tandis que les surfaces des panneaux réalisés à 21 et 28 bars en sont quasi-exemptes et possèdent, I'une et autre, un aspect très similaire. Concernant les tests en flexion, chaque essai correspond à la valeur moyenne de dix échantillons de dimensions 250 x 75 x 18 mm, issus de panneaux de même composition et ayant subi un cycle de fabrication identique. Dans l'intervalle de pression considéré, les caractéristiques mécaniques des panneaux évoluent linéairement en fonction de la pression (figures 4 et 5). Le doublement de la pression (passage de 14 à 28 bars) accroît la contrainte de rupture de 38 %. La réalisation de composites écorces-polyester d'une teneur en résine inféneure à 20 % conduit à l'obtention de panneaux dont la surface est marquée par de nombreux interstices. Si l'on augmente fortement la teneur en polyester (figures 6 et 7), les gains en terme de résistances mécaniques et de rigidité paraissent faibles et particulièrement coûteux ; le prix d'achat du polyester étant très supérieur à celui de I 'écorce. En conclusion, I'ensemble des panneaux écorces-polyester présente des caractéristiques mécaniques relativement faibles ; les meilleurs d'entre eux atteignent à peine 50 % de la résistance d'un panneau de particules en flexion. Le facteur le plus efficace pour augmenter la résistance des panneaux paraît être la pression appliquée lors de la fabrication. L'augmentation de cette pression conduit à une densification du matériau et à une imprégnation supérieure des particules d'écorces par la résine qui pallie ainsi, pour partie, la faible résistance mécanique des écorces vierges. D'autres caractéristiques des composites selon l'invention sont les suivants: - Enrobage et imprégnation des écorces par la matrice polyester: De manière à vérifier l'adhésion entre les écorces et la résine polyester, des échantillons de panneaux contenant 26 % de polyester ont été observés au M.E.B. (Microscope Electronique à Balayage). Une reproduction de photographie prise avec un grossissement de 50 est en figure 2 : la résine polyester obstrue en grande partie les porosités des particules d'écorces et les structures cellulaires ne sont plus guère décelables du fait de leur enrobage par le polymère. Les observations microscopiques confirment donc l'existence d'une structure composite dans laquelle la matrice polyester d'aspect microcristallin imprègne et protège les particules d'écorces. - Profils de densité des composites écorces-polyester: L'analyse des profils de densité d'échantillons écorces-polyester corrobore les résultants mécaniques et les observations microscopiques. Les figures 8 à 10 présentent trois profils de densité : il s'agit de composites contenant 26 % de polyester, ayant respectivement subi une pression de 14 , 21 et 28 bars lors de leur fabrication. La densification du composite s'accompagne d'un aplanissement de son profil de densité (homogénéisation de la densité sur toute l'épaisseur du composite) lors du passage de 14 à 21 bars de pression. La compression des écorces et leur imprégnation par la résine polyester permettent donc l'obtention d'un produit de densité homogène dans la masse. Quant à l'augmentation de la pression de 21 à 28 bars, elle n'apporte pas de gains notables en terme d'aplanissement des profils. - Résistance au feu des composites à base d'écorces: Etant pour partie destinés à une utilisation de type "décoration et aménagement intérieur", les panneaux à base d'écorce ont été testés en matière de résistance au feu caractéristique fondamentale pour accéder à ce type de marché. En tant que matériaux à base de bois, leur utilisation en parement dans des bâtiments ouverts au public exige un classement au feu M3 (matériau moyennement inflammable) et une épaisseur de 18 mm d'épaisseur minimale. Les panneaux agglomérés d'écorces répondent à cette spécification puisqu'avec une épaisseur de 15 mm, ils obtiennent déjà la classification M3 (liant polyester) voire M2 (liant phénolique), soit celle d'un matériau difficilement inflammable. Le classement au feu des panneaux écorces-résine thermodurcissable (pour une teneur en résine: 26 %) est repris dans le tableau suivant: Epaisseur (rnrn) Indice q classement au ftu Panneau d'écorces (liant polyester) 15 37.05 M3 Panneau d'écorces (liant phénolique) ... 15 8.62 M2 Panneau de particules comnercial (pour conçaraison) 16 31.77 M3 REVENDICATIONS 1. Matériau majoritairement à base de déchets de bois, en particulier des particules d'écorces, agglomérées par un liant de synthèse, caractérisé en ce que les particules d'écorces ont une granulométrie supérieure à 15 mm conférant au matériau un aspect esthétique type loupe ou ronce de bois massif. 2. Matériau selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les écorces sont des écorces de résineux. 3. Matériau selon la revendication précédente, caractérisé en ce que les écorces sont des écorces de pins. 4. Matériau selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le liant est choisi dans l'ensemble (résines polyesters insaturées, résines phénoliques, résines isocyanates). 5. Matériau composite multicouche, caractérisé en ce qu'il comporte au moins un panneau support en matériau X et au moins une couche en aggloméré de particules d'écorces selon l'une des revendications 1 à 4. 6. Objets bi ou tridimensionnels, caractérisés en ce qu'ils sont réalisés dans un matériau selon l'une des revendications 1 à 5. 7. Procédé pour l'obtention du matériau selon l'une des revendications 1 à 4, du type consistant à mélanger et malaxer les particules et le liant puis à mouler le mélange à chaud sous presse, caractérisé en ce que les écorces sont séchées avant d'être mélangées au liant. 8. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que le matériau est poncé en sortie de presse. 9. Procédé selon la revendication précédente, caractérisé en ce que l'on augmente la résistance superficielle du matériau par une finition de plus grande dureté. 10. Procédé selon l'une au moins des revendications 7 à 9, caractérisé en ce que le pourcentage de liant par rapport à la masse du matériau final est comprise entre 10 et 60 % et en ce que la pression, la température, la durée du moulage à chaud sont comprises respectivement entre 5 à 30 bars, 80 et 1700C, 3 à 20 mn.