Brevet FR2810917A1 — publié le 20020104

1i 2810917 La présente invention concerne un procédé permettant d'imprégner à coeur des pièces de bois, notamment des pièces de bois précédemment traitées par la chaleur, et ceci par immersion de ces pièces dans un liquide d'imprégnation. On a proposé, dans le but d'améliorer les propriétés du bois, et notamment sa stabilité dimensionnelle ainsi que sa résistance à la dégradation, différents procédés de traitement. Ces divers procédés font appel pour la plupart à des techniques d'imprégnation au moyen de substances liquides actives qui, parfois, sont sous pression lorsque l'on souhaite effectuer un traitement en profondeur. Ainsi, dans le procédé Bethel, qui est l'un des plus anciens et des plus connus dans cette technique, le bois est disposé dans un autoclave dans lequel, après réalisation d'un vide poussé permettant de vider ses cellules de l'air et de l'humidité qu'elles contiennent, on le soumet à une imprégnation par une solution aqueuse active contenant des sels de traitement, cette opération étant effectuée sous pression. Les produits de traitement utilisés sont notamment des solutions à base de cuivre, de chrome ou d'arsenic en ce qui concerne les produits minéraux, ou de créosote en ce qui concerne les produits organiques. Ces différents produits de préservation sont des composés toxiques qui ne sont plus acceptés par les nouvelles normes relatives à l'environnement. On a également proposé, notamment en vue de conférer aux bois de meilleures propriétés mécaniques, et notamment de meilleures propriétés de dureté, d'imprégner celui-ci à l'aide de monomères organiques, tels que des résines 2 2810917 polyester, en faisant appel à une technique vide/pression, puis de réaliser une polymérisation in situ du monomère afin de solidifier la résine et former ainsi un composite bois/plastique. On a également proposé, notamment dans les brevets WO- A-98/39104 et WO-A-99/65615, d'imprégner le bois, à l'aide de moyens vide/pression, par des produits qui sont des dérivés organiques d'acides gras ou d'huiles minérales. Cependant, l'interface n'est pas favorable en raison de l'incompatibilité quasi fondamentale qui existe entre le bois, aux propriétés hydrophiles, et les produits organiques utilisés qui ont des propriétés hydrophobes, si bien qu'il est nécessaire de mettre en oeuvre des pressions importantes afin de faire pénétrer les produits de traitement au coeur du bois, sous peine de n'effectuer qu'un traitement superficiel. On a enfin développé, depuis quelques années, un procédé de traitement du bois dit " rétification " qui ne fait pas appel à des produits de traitement additionnels, l'essentiel de ce procédé consistant à soumettre le bois à un traitement thermique destiné à provoquer au sein de celui-ci des réactions de thermocondensation au niveau de la matière lignocellulosique. On sait que les bois ainsi traités bénéficient de qualités physico-chimiques, biologiques et mécaniques très améliorées et notamment d'une excellente stabilité dimensionnelle. Il a par ailleurs été constaté que ces bois présentaient un caractère hydrophobe amélioré. 3 2810917 Cette opération de traitement contrôlé du bois par la chaleur s'effectue habituellement dans des fours ou réacteurs. Si un tel mode opératoire ne présente pas de difficulté majeure lorsqu'il est mis en oeuvre au niveau du laboratoire, il n'en est plus de même lorsque cette mise en oeuvre s'effectue au niveau industriel. L'un des problèmes rencontrés provient de la difficulté qui existe à maintenir, pendant un temps déterminé, une enceinte de fort volume à une température qui est à la fois uniforme dans le temps et dans l'espace. A cela s'ajoute un problème qui est lié à une forte tendance à l'oxydation, voire à l'inflammabilité, des bois traités lorsqu'ils se trouvent, à haute température en présence d'oxygène. Ce problème est résolu en maintenant le bois à traiter, pendant les phases de chauffage, dans une atmosphère exempte d'oxygène, ce qui peut notamment s'obtenir en pulsant, dans l'enceinte de traitement, un gaz inerte et notamment du dioxyde de carbone ou de l'azote. Ces réacteurs doivent en conséquence être pourvus de moyens permettant de contrôler leur atmosphère interne, ce qui se traduit d'une part par un coût de fabrication élevé de ceux-ci et d'autre part par un prix de revient de l'opération de traitement important en raison de la consommation du gaz inerte utilisé. Par ailleurs on sait de façon générale que les transferts thermiques qui se forment entre les gaz et les solides sont la plupart du temps difficiles. Si, dans le cas de réacteurs de laboratoire, un tel transfert ne présente guère de difficulté, il n'en est pas de même lorsque l'on passe à l'échelle industrielle, et des problèmes sont rencontrés au niveau notamment de la phase de refroidissement qui nécessite un temps de séjour particulièrement long du bois dans le réacteur. C'est pourquoi il a été proposé, dans l'état antérieur de la technique, par le brevet US-A-2 296 316, un procédé de traitement du bois destiné à éviter le gonflement de celui- ci lorsqu'il se trouve ensuite en présente d'eau. Ce procédé consiste à plonger le bois dans un bain liquide, constitué d'un mélange d'acétate de sodium et de potassium porté à une température de l'ordre de 290 C pendant une durée de l'ordre de quinze à trente minutes. En fin du procédé de traitement, le bois est extrait du bain pour être refroidi et nettoyé en surface. Dans ces conditions on notera que le bois se trouve alors en contact avec l'oxygène de l'air, de sorte qu'il subit un choc thermique brutal au cours du refroidissement, et l'air pénètre à l'intérieur de ses pores et oxyde ces derniers. Il en résulte que les qualités qui ont été acquises par le traitement thermique dans le bain, sont perdues au cours d'un tel procédé de refroidissement. On a d'ailleurs constaté que les bois ainsi traités présentaient des caractéristiques mécaniques affaiblies ainsi que nombre d'éclatements et de fendillements. C'est sans doute pour cette raison que cette technique, malgré son ancienneté, n'a jamais réussi à s'imposer et qu'elle est à l'heure actuelle quasiment abandonnée. On sait par contre que la technique de rétification du bois est particulièrement intéressante en ce qu'elle permet de libérer les cellules de celui-ci des matières végétales qu'elles contiennent, telles que notamment les hemi- celluloses, si bien que les bois ainsi traités présentent un caractère hydrophobe plus marqué, une porosité ouverte légèrement augmentée qui rend ce matériau plus propice à l'adsorption de produits inertes ou au contraire de produits actifs tels que par exemple des insecticides comme les produits anti-termites ou les composants ignifugeants. La présente invention a pour but de proposer un procédé d'imprégnation du bois faisant notamment suite à un procédé de traitement du bois par la chaleur, et notamment un procédé dit de rétification, permettant d'introduire dans la masse du bois, au coeur de celle-ci, un produit de traitement destiné à améliorer certaines de ses caractéristiques. La présente invention a ainsi pour objet un procédé de traitement du bois par un produit d'imprégnation, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à chauffer le bois à traiter à une température supérieure à 220 C, puis à l'immerger dans un bain liquide, constitué du produit d'imprégnation, qui se trouve à une température inférieure à la température du bois en sortie du chauffage. Préférentiellement la différence entre la température du bain d'imprégnation et celle du bois avant son immersion dans celui-ci sera de l'ordre de 80 C à 200"C. Le procédé suivant la présente invention est particulièrement intéressant lorsqu'il est effectué sur un bois ayant préalablement subi un traitement à haute température, tel que notamment un traitement de rétification. Il pourra ainsi constituer une phase de ce traitement et notamment la dernière phase, ou phase de refroidissement de celui-ci. On réalisera ainsi des économies substantielles sur le plan de l'énergie. Le procédé suivant l'invention permet alors d'assurer un contrôle de cette phase de refroidissement qui est une opération critique ainsi qu'exposé précédemment. Le présent procédé évite ainsi tous les chocs thermiques et toutes les réactions d'oxydation auxquels un bois particulièrement vulnérable est soumis puisqu'il se trouve à haute température. Le procédé suivant l'invention permet d'assurer au bois traité une phase de relaxation au cours de son refroidissement, ainsi qu'un rééquilibrage de ses contraintes internes, ce qui évite la création de défauts tels que notamment des fendillements ou des craquelures. On pourra cependant, bien entendu, réaliser l'opération d'imprégnation sur un bois ayant subi un traitement par la chaleur quelque temps auparavant et que l'on élèvera alors en température. De façon à réaliser un traitement pseudo continu du bois, comprenant son imprégnation, le traitement du bois à haute température sera également réalisé par immersion de ce bois dans un ou plusieurs bains, de température appropriée à l'étape de traitement réalisée. Dans ce mode de mise en oeuvre on pourra utiliser, en tant que produit d'imprégnation, l'un des produits formant l'un des bains ayant servi pour le traitement à haute température. On comprend, dans ces conditions, que la température du bois diminuant au contact du bain d'imprégnation, les pressions internes existant à l'intérieur des fibres et canaux de celui-ci diminuent suivant la loi des gaz parfaits, si bien que la pression existant dans les pores du bois diminue et que ceux-ci vont " aspirer " le bain liquide dans lequel le bois est plongé. Bien entendu le bois sera d'autant à même d'adsorber le bain liquide qu'il aura subi auparavant un traitement (notamment un traitement de rétification) qui aura eu pour effet de vider les cellules de ce bois des produits végétaux, tels que les hémicelluloses qu'elles contenaient. l0 On peut bien entendu utiliser un tel mode de mise en oeuvre de l'invention pour charger les cellules d'un bois rétifié avec un produit neutre, tel que notamment de la paraffine, si l'on souhaite par exemple améliorer le caractère hygrophobe du bois traité par rétification, ou adsorber un produit d'ignifugation, des solutions minérales qui peuvent servir ensuite à minéraliser le bois traité, ou un produit insecticide. Dans le cas o le produit d'imprégnation est une solution minérale, on peut avantageusement faire appel à une solution de chaux sur laquelle on fait agir, après imprégnation, du dioxyde de carbone. On réalise ainsi une minéralisation du bois. Suivant l'invention on réalise donc, de façon extrêmement facile, un traitement complémentaire à un traitement haute température du bois en même temps que le refroidissement de celui-ci est assuré dans des conditions optimales. La présente invention présente également d'autres avantages notamment lorsqu'elle fait suite à un traitement 8 2810917 thermique dit de rétification. On sait en effet que le craquage des hemicelluloses qui se produit au cours de celui-ci libère de l'acide acétique. Ce composant organique produit deux effets néfastes sur le bois ainsi traité thermiquement: d'une part il confère au matériau un caractère acide très marqué (pH de l'ordre de 3 à 4) qui risque de créer une corrosion de matériaux métalliques en contact avec le bois traité et, d'autre part, il confère à ce dernier une odeur caractéristique qui met longtemps à disparaître. Enfin, l'acide acétique provoque, par attaque acide, une dépolymérisation de la cellulose qui, selon l'importance du traitement, contribue à diminuer les caractéristiques mécaniques du bois. Suivant la présente invention, il est possible, en utilisant un bain d'imprégnation à caractéristiques basiques, de neutraliser l'acide acétique ainsi généré au cours de l'opération de traitement thermique à haute température et d'éviter ainsi les inconvénients précédemment mentionnés. Suivant la présente invention il est intéressant de réaliser les différentes étapes idéales connues d'un procédé de rétification, à savoir le séchage, le passage par la période de transition vitreuse du bois, l'étape de réticulation et enfin l'étape d'absorption d'un produit déterminé, par passage dans des bains liquides successifs de température appropriée. 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 une représentation schématique d'une installation permettant de mettre en oeuvre un procédé de rétification/adsorption suivant l'invention. La figure 2 est une représentation schématique d'une variante de mise en oeuvre du procédé représenté sur la figure 1. La figure 3 est un diagramme représentant la variation de la température en fonction du temps d'échantillons de bois au cours d'un procédé de traitement de ratification par bain suivant l'invention. Dans un premier mode de mise en oeuvre du procédé de traitement du bois suivant l'invention qui est représenté sur la figure 1, on se propose de traiter à haute température trois types d'échantillons de bois: du hêtre, du peuplier et du pin maritime, suivant un procédé de traitement haute température, ou rétification, qui est effectué en bain, et d'assurer le contrôle du refroidissement de ces échantillons de bois traité dans un bain d'imprégnation constitué de paraffine. A titre comparatif, des essais ont été réalisés sur des échantillons de bois identiques qui ont été soumis au même traitement thermique mais dont la phase de refroidissement a été effectuée suivant l'état antérieur de la technique, c'est-à-dire que cette phase de refroidissement a été effectuée sous milieu gazeux, à savoir dans une atmosphère de dioxyde de carbone. On a utilisé pour chaque échantillon deux bacs de traitement à savoir un premier bac 1 contenant de la paraffine portée à une température T1 d'environ 150 C et qui 2810917 correspond à la valeur de la température de transition vitreuse des trois échantillons de bois, et un second bac 2 contenant de l'huile minérale portée à une température T2 de l'ordre de 240'C, cette température représentant la température de rétification. Les échantillons étaient constitués de barreaux cylindriques de 50mm de diamètre et d'une longueur de 160mm, soit d'un volume de 314 cm3. Ces échantillons ont été soumis à un traitement de rétification dont les différentes étapes connues caractéristiques sont représentées sur le diagramme de la figure 3. (Variation des température de l'échantillon en fonction du temps). Dans une première étape du traitement de ratification on a plongé les échantillons de bois dans le bac 1 de paraffine à 150 C et on les y a maintenus pendant une durée t2 de façon d'une part à leur faire subir un séchage (partie o-a de la courbe) et d'autre part amener l'ensemble de leur volume à la température de transition vitreuse (partie a-b de la courbe). Lorsque l'on a été sûr que chaque partie des échantillons a bien atteint cette température T1 de 150-C, on a extrait ces derniers du bac 1 pour les plonger dans le bain contenu dans le bac 2 qui se trouve à la température de ratification T2 de 240 C. On a maintenu les échantillons dans le bain du bac 2 (partie c-d de la courbe) pendant la durée nécessaire à la ratification puis, dès que celle-ci a été terminée, à l'instant t3, on a extrait les échantillons du bac 2 pour les replonger dans le bain de paraffine à C (partie d-e de la courbe) jusqu'à l'instant t4. il 2810917 Comme mentionné précédemment, sous l'effet de la diminution de la température, la pression interne des canaux et des cellules du bois a diminué et, suivant la loi des gaz parfaits, la pression interne des cellules du bois a diminué également, si bien que ces cellules ont " aspiré " alors le bain de paraffine et se sont remplies ainsi de cette dernière. On a ensuite, à l'instant t4, extrait les échantillons du bain de paraffine et, après refroidissement total (instant t5) on les a étudiés. Les résultats sont reportés dans les tableaux 1, 2, 3 ci-après. TABLEAU 1: Pin maritime Masse échantillon Variation de masse (grammes) Taux Avant Après (en grammes) (en %) d'imprégnation Refroidissement classique sous gaz753,91 655,17 - 98,74 13,09 - _ I Refroidissement suivant l'invention752,82 792,04 + 39,22 5,20 16,99% en bain On a soumis une seconde série d'échantillons de bois identique au même procédé de rétification, mais l'étape de refroidissement (partie d-e de la courbe) a été effectuée sous atmosphère gazeuse à savoir sous dioxyde de carbone. On a reporté dans les tableaux 1, 2, 3 les résultats correspondants. 12 2810917 TABLEAU 2 Hêtre Masse échantillon Variation de masse (grammes) Taux Avant Apres (en grammes) (en %) d'imprégnation Refroidissement classique sous gaz807,62 731,60 - 76,02 - 9,40 - Refroidissement suivant l'invention 805,70 849,43 + 43,73 + 5,42 14,22% en bain TABLEAU 3 Peuplier Masse échantillon Variation de masse (gramnmes) Taux Avant Après (en grammes) (en %) d'imprégnation Refroidissement classique sous gaz409,20 381,40 - 27,80 - 6,79 - Refroidissement suivant l'invention441,90 537,95 + 96,05 - 32,45% en bain Ces tableaux représentent ainsi: - la masse de l'échantillon avant et après traitement (en grammes) - la variation de masse de l'échantillon suite au traitement (en masse et en %) - le taux d'imprégnation du bois traité. Dans le cas du traitement thermique avec refroidissement sous gaz suivant l'état antérieur de la technique, on constate une perte de masse des échantillons 13 2810917 de bois qui se traduit par un abaissement de la masse volumique du matériau et qui entraîne une diminution des propriétés intrinsèques et notamment des caractéristiques mécaniques des bois ainsi traités. Au contraire, dans le cas du traitement thermique avec refroidissement en bain on constate, pour les trois essences étudiées, une augmentation de la masse du matériau et de sa masse volumique. Cette augmentation pondérale correspond à l'adsorption de paraffine réalisée par l'échantillon au cours de son refroidissement. Elle varie de % pour le pin maritime à 21,7% pour le peuplier, ce qui montre bien que la pénétration de la paraffine s'est effectuée jusqu'au coeur du bois. Des tests effectués sur les deux séries d'échantillons ont montré que la résistance au gonflement des échantillons imprégnés, lorsqu'on les dispose ensuite dans un milieu humide, était bien supérieure à celle des échantillons non imprégnés qui, pourtant, en raison de leur traitement de ratification est de très haut niveau. Un tel traitement se révèle particulièrement intéressant en raison notamment d'une part de son extrême facilité de mise en oeuvre et d'autre part de l'accroissement de la résistance au gonflement des échantillons ainsi traités lorsqu'on les dispose en atmosphère humide. La présente invention se prête particulièrement bien à un traitement du bois en continu. On a ainsi représenté sur la figure 2 un exemple d'un tel traitement. Dans ce mode de mise en oeuvre on dispose de trois bacs destinés à recevoir 14 2810917 successivement les échantillons à traiter. Le premier bac 1 contient de l'huile minérale maintenue à une températures T1 de 150C, et ce bain servira à effectuer à la fois un séchage des échantillons et leur maintien à la température de transition vitreuse ainsi qu'expliqué précédemment. Le second bain 2 est également constitué par de l'huile minérale, ou par tout autre liquide susceptible d'être porté et maintenu à une température T2 de l'ordre de 240 C sans subir de décomposition chimique notable et qui représente la température de rétification. Le bain 2 recevra les échantillons une fois que la phase de maintien dans le bac 1 à la température de transition vitreuse sera terminée, c'est-à-dire lorsque la totalité de la masse du bois à traiter aura atteint la température de 150 C. Le troisième bain 3 quant à lui, qui sera maintenu à une température T3 inférieure à la température de ratification T2 sera constitué du produit dont on souhaite imprégner les échantillons de bois. Ce produit pourra être notamment un produit insecticide, un produit d'ignifugation, et sera maintenu à la température T3 de l'ordre de 160"C. On peut également, suivant l'invention, réaliser l'étape d'imprégnation sans déplacer le bois à traiter d'un bain dans un autre, et ceci en abaissant la température du bain ayant servi à effectuer la rétification. Dans un tel mode de mise en oeuvre le bain de ratification sera alors constitué du produit dont on souhaite imprégner le bois et il devra ainsi être en mesure de supporter la température de ratification sans subir de dégradation notable. 1 5 l2810917 Bien que l'on ait décrit précédemment des modes de mise en oeuvre dans lesquels le traitement à haute température du bois, préalablement à l'imprégnation, était effectué par immersion dans des bains, on pourrait bien entendu effectuer un tel traitement par des méthodes classiques c'est-à-dire par chauffage dans des fours ou réacteurs. Ainsi que mentionné précédemment le procédé suivant l'invention permet de pallier un inconvénient des procédés de traitement du bois à haute température. En effet lors d'un tel traitement on sait que le craquage des hemi- celluloses a pour effet de libérer de l'acide acétique, dont la présence dans le bois traité a des effets indésirables sur celui-ci. Suivant l'invention, on peut éliminer cet acide acétique en utilisant un bain de refroidissement 3 contenant un produit basique apte à neutraliser celui-ci. 16 2810917 REVENDICATIONS 1.- Procédé de traitement du bois par un produit d'imprégnation, caractérisé en ce qu'il comporte les étapes consistant à chauffer le bois a imprégner à une température supérieure à 220'C, puis à l'immerger dans un bain liquide, constitué du produit d'imprégnation, qui se trouve à une température inférieure à la température du bois en sortie des moyens de chauffage. 2.- Procédé suivant la revendication 1 caractérisé en ce que l'opération d'imprégnation est effectuée sur un bois ayant préalablement subi un traitement dit haute température. 3.- Procédé suivant la revendication 2 caractérisé en ce que la phase de chauffage du bois est constituée d'une phase d'un traitement du bois à haute température. 4.- Procédé suivant l'une des revendications 2 ou 3 caractérisé en ce que le traitement du bois à haute température est réalisé par immersion de ce bois dans au moins un bain d'au moins un produit de traitement. 5.- Procédé suivant la revendication 4 caractérisé en ce que le produit de traitement est constitué du produit d'imprégnation. 6.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que la différence entre la température du bain d'imprégnation et celle du bois avant son immersion dans celui-ci est de l'ordre de 80 C à 200 C. 17 2810917 7.- Procédé suivant l'une des revendications précédentes caractérisé en ce que le produit d'imprégnation est un produit basique. 8.- Procédé suivant la revendication 7 caractérisé en ce que le produit d'imprégnation est un produit apte à neutraliser l'acide acétique. 9.- Procédé suivant l'une des revendications 1 à 6 caractérisé en ce que l'on utilise, en tant que produit d'imprégnation, une solution minérale. 10.- Procédé suivant la revendication 9 caractérisé en ce que la solution minérale est une solution de chaux, sur laquelle on fait agir, après imprégnation, du dioxyde de carbone.