Brevet FR2751579A1 — publié le 19980130

La présente invention concerne un procédé de traitement du bois à l'état naturel ainsi qu'un matériau obtenu suivant ce procédé. On sait qu'à l'état naturel le bois, ou les fibres de bois qui sont au contact d'une atmosphère humide, ont tendance à se gorger d'eau allant jusqu'à absorber la valeur de leur propre poids de celle-ci. Cette absorption d'eau s'accompagne d'une part d'un gonflement et d'autre part d'une perte des qualités mécaniques et des qualités de cohésion du matériau pouvant aller dans certains cas jusqu'à une désagrégation avancée de celui-ci. C'est pourquoi on a pour habitude de faire précéder toute étape d'usinage du bois d'une étape de séchage qui, en éliminant l'eau de celui-ci, améliore sa stabilité dimensionnelle. Si l'étape de séchage permet d'éliminer l'eau du bois elle ne modifie en rien par contre le caractère hydrophile de celui-ci, si bien qu'il est de nouveau apte à réabsorber l'eau éliminée lors du séchage lorsqu'il se trouve de nouveau en atmosphère humide. Afin de diminuer le caractère hydrophile du bois naturel et lui conférer ainsi une stabilité dimensionnelle durable, on a proposé différentes techniques de traitement thermique à haute température. On a ainsi proposé, notamment dans le brevet français FR-A-2.512.053, de chauffer une matière ligneuse fragmentée, éventuellement sous une forme agglomérée, sous atmosphère neutre à une température comprise entre 200"C et 2800C. Si un tel traitement permet d'obtenir un bois stabilisé dimensionnellement, il diminue par contre les qualités mécaniques du matériau. On a également proposé de faire subir au bois naturel différentes étapes de traitement comprenant notamment un séchage en circuit ouvert suivi d'un chauffage progressif et d'un maintien en circuit fermé à une température comprise entre lBO0C et 280 C. Outre qu'une telle technique ne permette pas d'obtenir de façon constante une stabilité dimensionnelle et une diminution du caractère hydrophile du bois traité, elle s'accompagne la plupart du temps dé la formation dans celui-ci de criques et de fendillements. La présente invention a pour but de proposer un procédé de traitement du bois qui permette de conférer à celui-ci un caractère hygrophobe et une bonne stabilité dimensionnelle, sans pour autant provoquer la création de criques et de fendillements. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de traitement du bois, du type dans lequel on soumet une pièce de bois à traiter à un traitement thermique du type dit à haute température pendant une durée déterminée, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable au traitement thermique au cours de laquelle on soumet la pièce de bois à une température égale à sa température de transition vitreuse, et l'on maintient ladite pièce du bois à cette température tant qu'elle n'a pas atteint, dans sa totalité, ladite température de transition vitreuse. La demanderesse a ainsi établi, par des essais effectués sur de nombreuses essences différentes de bois, qu'en maintenant le bois à traiter pendant un temps déterminé à sa température de transition vitreuse, suffisant pour que la totalité de sa masse atteigne cette dite température, on évitait par la suite tous les phénomènes de formation de fendillements et d'éclatement du bois qui se manifestaient habituellement lorsque celui-ci était soumis à un traitement haute température. Un tel traitement peut être effectué dans un enceinte, et dans ce cas on peut soumettre la pièce de bois à traiter à une augmentation progressive, voire linéaire, de la température. Ce traitement peut également être effectué par immersion du bois à traiter dans un bain thermorégulé, par exemple un bain liquide ou un bain solide formé de fines particules solides. On sait que la température de transition vitreuse Tg d'un bois correspond à la zone de température où les éléments constituants de celui-ci, c'est à dire ceux qui lui confèrent ses caractéristiques de rigidité, perdent justement ce caractère de rigidité, si bien que le matériau passe d'un état rigide à un état souple, ce qui permet aux contraintes internes du bois de se libérer. Afin de déterminer la durée nécessaire pendant laquelle le bois à traiter doit être soumis à la température de transition vitreuse pour que la totalité du matériau atteigne cette température, on peut réaliser, préalablement à l'opération de traitement thermique, une série de tests sur des échantillons de bois de même essence de même masse et de mêmes dimensions, dans lesquels on dispose des capteurs de température, notamment au coeur du matériau. Ces capteurs permettent, en mesurant la température en différents points de la pièce, de déterminer la durée qui est nécessaire pour que tous les points de celle-ci, et notamment le coeur, aient atteint la température de transition vitreuse. Il suffira ensuite, au cours du processus de traitement industriel, de maintenir la pièce de bois à la température de transition vitreuse pendant cette durée. On pourra également disposer des capteurs de mesure dans une pièce servant de témoin et arrêter le traitement lorsque tous les capteurs, et notamment un capteur disposé au coeur de ce témoin, on atteint la température de transition vitreuse. Suivant l'invention, la mise en température de transition vitreuse de bois à traiter peut s'effectuer en disposant celui-ci dans une enceinte de traitement portée à la température requise. Elle peut également s'effectuer en disposant le bois à traiter dans un bain liquide ou solide porté à la température souhaitée. On décrira ci-après, à titre d'exemple non limitatif, une forme d'exécution de la présente invention, en référence au dessin annexé sur lequel La figure 1 est un diagramme représentant les courbes de variation de la température de l'enceinte de traitement et du bois traité, à savoir du frêne, en fonction du temps, lors de la mise en oeuvre d'un procédé de traitement du bois suivant l'invention. La figure 2 est une vue partielle en coupe transversale d'une pièce de bois destinée à subir un traitement suivant l'invention. La figure 3 est un diagramme partiel d'une variante de mise en oeuvre de la figure 1 représentant à grande échelle l'étape de traitement à la température de transition vitreuse. La figure 4 est un diagramme représentant les courbes de variation de la température de l'enceinte de traitement et du bois traité, à savoir du pin sylvestre, en fonction du temps, lors de la mise en oeuvre d'un procédé de traitement du bois suivant l'invention. EXEMPLE 1 Dans un premier exemple du procédé de traitement suivant l'invention, on a traité une pièce de bois 1 provenant d'une essence de bois de type arbre feuillu, à savoir du frêne, de forme parallélépipédique dont les dimensions étaient de 98 cm de longueur sur une section de 2,7 cm X 8 cm. On a fait appel à une enceinte de traitement constituée d'un four électrique qui peut être, si on le souhaite, mis en communication avec l'atmosphère. On a introduit dans la pièce de bois 1 trois capteurs de température, à savoir un premier capteur 3 qui a été disposé en périphérie de la pièce, à environ 1 mm de la surface externe de celle-ci, un second capteur 5 qui a été disposé au coeur de la pièce, et un troisième capteur 7 qui a été disposé en une position intermédiaire entre ces deux positions extrêmes. On a reproduit sur la figure 1 quatre courbes superposées représentant la variation en fonction du temps ne nart del a t~onDérature du four de traitement (courbe a en pointillé sur le dessin) et, d'autre part, les températures respectives relevées par les trois capteurs 3, 5 et 7 (courbes respectives b, c, d en traits pleins sur le dessin). Ces courbes s'étendent sur quatre zones essentielles repérées A, B, C, D correspondant à quatre étapes successives du traitement. L'étape A correspond à une phase de séchage, qui est de type classique et qui est parfaitement connue de l'état antérieur de la technique. Au cours de cette étape, on élève progressivement la température du four, à partir de la température ambiante jusqu'à environ 80"C. Cette étape, partant d'un bois dans lequel il reste énviron 10% d'eau a permis d'éliminer 6% de celle-ci. On sait cependant que si, après cette étape, le bois est mis de nouveau au contact d'une atmosphère humide il se rechargera de nouveau immédiatement en eau. Il est donc nécessaire de faire subir à la pièce de bois 1 un traitement qui lui conférera, à titre définitif, un caractère hygrophobe. Cette étape, qui a été mentionnée précédemment, et qui est celle qui correspond à la zone C sur la figure 1, consiste à faire subir à la pièce de bois un traitement thermique qui la porte à une température d'environ 230OC. C'est au cours d'une telle étape que les bois soumis à ce type de traitement suivant l'état antérieur de la technique subissent les craquelures et les fendillements précédemment mentionnés. Suivant l'invention on met en oeuvre, entre l'étape de séchage A et l'étape de traitement proprement dit C, une étape de traitement intermédiaire B, ou traitement de stabilisation. Au cours de cette étape, on élève progressivement la température du four de la température de sèchage de BO0C jusqu'à la température de transition vitreuse Tg du frêne (soit environ 1700C) avec une vitesse de montée en température voisine de celle mise en oeuvre pour le séchage, à savoir environ 40C/min. Cette température de transition vitreuse Tg est celle de la moyenne des constituants du frêne, c'est à dire des lignines sèches et des hémicelluloses sèches de ce bois. Lorsque la température de l'enceinte de traitement atteint la valeur Tg, soit la valeur d'environ 1700C, des moyens de réglage de température dont le four de traitement est pourvu, maintiennent la température à cette valeur palier. Comme on peut le voir sur le schéma des figures 1 et 2, les trois zones de la pièce de bois comportant les capteurs 3, 5, et 7 n'atteignent pas ensemble la température de transition vitreuse Tg. En effet le capteur 3, le plus proche de la surface externe de la pièce de bois 1, atteint le premier la température Tg à un instant ta voisin de 255 min, et le capteur 5 qui est disposé au coeur de la pièce de bois 1 atteint cette même température Tg le dernier, à un instant tb voisin de 270 min. Il importe donc, suivant l'invention, de maintenir la pièce de bois à traiter à la température Tg jusqu'à ce que les trois capteurs 3, 5, 7 montrent bien que les zones du bois où ils sont disposés ont bien atteint la température Tg, à savoir dans le cas présent jusqu'au temps tb de 270 min. La demanderesse a constaté que l'on pouvait, sans nuire à la qualité du traitement réalisé, prolonger le maintien de la pièce de bois à la température Tg au delà de l'instant tb où la totalité de la pièce a atteint cette température. Dans le mode de mise en oeuvre de l'invention, représenté sur la figure 3, on prolonge le palier à la température Tg au-delà de l'instant tb, d'une durée égale à la différence des instants tb-ta. On est ainsi quasiment sûr que l'ensemble de la masse de la pièce de bois 1 à traiter a bien atteint la température de transition vitreuse Tg. On réalise ensuite, comme mentionné précédemment, la troisième étape de traitement thermique proprement dit qui correspond à la zone C de la courbe de la figure 1 et qui consiste, dans ce cas particulier, à porter la pièce de bois 1 à une température voisine de 2300C, afin de faire subir à cette pièce un traitement dit de rétification, suivant un mode de traitement connu de l'état antérieur de la technique. On a constaté, après refroidissement de la pièce,(zone D sur la figure 1) que le bois obtenu était exempt de tout fendillement ou craquelure. EXEMPLE 2 Dans un second exemple du procédé de traitement suivant l'invention, on a traité une pièce de bois 1 provenant d'une essence de bois de type résineux, à savoir du pin sylvestre, de forme parallélépipédique dont les dimensions étaient de 90 cm de longueur sur une section de 2,8 cm X 9,2 cm. On a effectué le traitement en suivant une méthode identique à celle décrite dans le premier exemple. On a introduit dans la pièce de pin sylvestre 1 deux capteurs de température, à savoir un premier capteur 3 qui a été disposé en périphérie de la pièce, à environ 1 mm de la surface externe de celle-ci, et un second capteur 5 qui a été disposé au coeur de ladite pièce. On a reproduit sur la figure 4 trois courbes superposées représentant la variation en fonction du temps d'une part de la température du four de traitement (courbe a' en pointillés) et, d'autre part, les températures respectives relevées par le capteur 3 disposé en périphérie (courbe b') et par le capteur 5 disposé au coeur du matériau (courbe c'). Comme précédemment, ces courbes s'étendent sur quatre zones essentielles repérées de A, B, C, D correspondant aux quatre étapes successives du traitement précédent. On constate sur cette courbe que la température de transition vitreuse Tg, qui est de 1800C dans le cas présent, est atteinte par le capteur périphérique 3 au bout d'un temps ta' d'environ 270 minutes, alors que cette même température Tg est atteinte par le capteur disposé au coeur de la pièce de bois au bout d'un temps d'environ 300 minutes. Dans le présent cas un traitement industriel de pièces de bois de pin sylvestre de mêmes dimensions devra en conséquence assurer un maintien de ces pièces de bois à une température de 1800C pendant un temps égal à au moins 300 minutes avant que ces pièces subissent un traitement thermique haute température, tel que par exemple un traitement de rétification. Le traitement suivant l'invention peut également être effectué en plongeant la pièce de bois à traiter dans un bain thermorégulé qui est maintenu à la température de transition vitreuse Tg du bois concerné. Le bain peut être constitué d'un produit dont la température de fusion est inférieure à la température Tg, tel que notamment de la paraffine, des huiles de type silicones etc.. Le bain pourra également être constitué d'une solution solide formée de fines particules telles que notamment des particules de sable. Le présent mode de mise en oeuvre est particulièrement intéressant en ce qu'il permet d'assurer un maintien en température plus facile et plus précis que dans le cas où le traitement est effectué dans une enceinte. Bien entendu, le procédé de traitement suivant l'invention peut également être mis en oeuvre dans un processus de traitement qui ne débuterait pas par un séchage. REVENDICATIONS 1.- Procédé de traitement du bois, du type dans lequel on soumet une pièce de bois à traiter à un traitement thermique du type dit à haute température pendant une durée déterminée, caractérisé en ce qu'il comporte une étape préalable au traitement thermique, au cours de laquelle on soumet la pièce de bois (1) à une température égale à sa température de transition vitreuse (Tg), et l'on maintient ladite pièce de bois à cette température tant qu'elle n'a pas atteint, dans sa totalité, ladite température de transition vitreuse (Tg). 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que la température de transition vitreuse (Tg) à laquelle on soumet la pièce de bois (1) à traiter est atteinte progressivement par un accroissement sensiblement linéaire de la température. 3.- Procédé suivant l'une des revendications 1 ou 2 caractérisé en ce que le temps pendant lequel on soumet la pièce de bois à traiter à un chauffage à la température de transition vitreuse (Tg) de ce bois est égal au temps (tb) nécessaire pour que le coeur de la pièce de bois (1) atteigne la température de transition vitreuse (Tg). 4.- Procédé suivant la revendication 3 caractérisé en ce que l'on détermine le susdit temps (tb) en disposant au coeur de la pièce de bois (1) à traiter au moins un capteur de température apte à fournir la température (5) dudit coeur, et l'on détermine le temps (tb,tb') mis par le coeur de la pièce de bois (1) pour atteindre la température de transition vitreuse (Tg). 5.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le traitement thermique de la pièce de bois (1) à la température de transition vitreuse (Tg) s'effectue dans une enceinte thermorégulée. 6.- Procédé suivant- l'une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce que le traitement thermique de la pièce de bois (1) s'effectue dans un bain thermorégulé dans lequel elle est plongée. 7.- Procédé suivant la revendication 6 caractérisé en ce que le bain est constitué de fines particules solides. 8.- Matériau, caractérisé en ce qu'il est obtenu suivant l'une quelconque des revendications précédentes.