Brevet FR2861009A1 — publié le 20050422

La présente invention concerne un procédé de traitement à haute température d'un matériau ligno-cellulosique tel que du bois. Le bois est un matériau naturel qui doit être traité pour en faire un matériau industriel présentant les qualités de durabilité et de stabilité nécessaires à son utilisation, par exemple, comme matériau de construction. Le bois doit donc faire l'objet de traitement pour le rendre dimensionnellement stable et insensible aux attaques de champignons ou d'insectes. Il est connu de traiter le bois chimiquement avec des produits toxiques, notamment à base d'arsenic. Ces procédés chimiques de traitement du bois présentent un impact extrêmement négatif sur l'environnement en raison des substances hautement toxiques qui sont utilisées. On sait également que le traitement du bois à haute température diminue l'hydrophilie du bois. Ceci le rend moins sujet aux attaques de champignons et d'insectes et augmente ses caractéristiques mécaniques, c'est-à-dire stabilité dimensionnelle et dureté. Les documents WO 98/25742 et FR 2 720 969 montrent des procédés de traitement de bois incluant les étapes de séchage, c'est-à-dire de vaporisation de l'eau contenue dans le bois puis de chauffage à haute température soit au-dessus de 200 C. L'inconvénient de ces procédés est qu'il se forme très souvent des fentes ou des collapses dans le bois lors de son séchage. Ces fentes ou collapses rendent alors le bois traité impropre à toute utilisation. Un but de l'invention est donc de proposer un procédé et un dispositif de mise en oeuvre de ce procédé permettant de conférer à un matériau lignocellulosique, tel que du bois, une résistance aux insectes et champignons et une stabilité dimensionnelle tout en minimisant la formation de fente ou de collapse. Le procédé de séchage et de traitement à haute température de 30 matériau ligno-cellulosique selon l'invention comprend les étapes consistant à : préchauffer et humidifier le matériau dans une enceinte; - sécher le matériau sensiblement à la température de vaporisation de l'eau; chauffer progressivement le matériau en contrôlant la pression 35 régnant dans l'enceinte; - stabiliser la température du matériau entre 150 C et 240 C en contrôlant la pression régnant dans l'enceinte; - refroidir progressivement et humidifier le matériau. En dissociant les phases de séchage et de traitement à haute température, le procédé selon l'invention permet d'obtenir un bois traité dans lequel la formation de fentes et de collapses est significativement réduite. Selon une première possiblité, le chauffage progressif et la stabilisation de la température du matériau s'effectuent en maintenant l'enceinte en dépression par rapport à la pression atmosphérique. Le séchage peut également être effectué en maintenant l'enceinte en dépresion par rapport à la pression atmosphérique. Dans ce cas, le chauffage progressif et la stabilisation de la température s'effectuent en faisant un balayage de l'enceinte par un gaz combustible. De manière préférée, le gaz combustible est un gaz combustible pauvre obtenu par un réacteur à pyrolyse. Selon une seconde possiblité, le chauffage progressif et la stabilisation de la température s'effectuent en maintenant l'enceinte en surpression par rapport à la pression atmosphérique. On peut également envisager d'injecter un brouillard d'huile lors de l'étape de stabilisation de la température du matériau entre 150 C et 240 C. L'invention propose également un dispositif de séchage et de traitement à haute température, comprenant: - une enceinte de traitement apte à recevoir le matériau; - une unité de chauffage comprenant un brûleur et un échangeur disposés dans l'enceinte, permettant de contrôler la température régnant dans l'enceinte; - des moyens d'amenée d'eau permettant de contrôler l'hygrométrie régnant dans l'enceinte; - une pompe à vide permettant de contrôler la pression régnant dans l'enceinte. En outre le dispositif comprend un réacteur de gazéification connecté au brûleur de sorte que le gaz pauvre combustible produit par le réacteur alimente le brûleur. Avantageusement, la pompe à vide est connectée au brûleur de sorte que les gaz de distillation alimentent le brûleur lorsque l'enceinte est en dépression. Une dérivation relie l'enceinte au réacteur de gazéification pour 5 alimenter celle-ci en gaz combustible pauvre. De plus, une gaine de diffusion et de recyclage relie l'enceinte au brûleur. Selon une possibilité avantageuse, deux plaques de tôle perforée sont disposées de part et d'autre de la charge de matériau. Le dispositif peut également comprendre des moyens d'amenée d'huile sous forme de brouillard dans l'enceinte. Pour sa bonne compréhension, l'invention est décrite en référence au dessin dont la figure unique ci-annexée représente à titre d'exemple non limitatif une forme de réalisation d'un dispositif de séchage et traitement à haute température selon celle-ci. La figure montre schématiquement la structure d'un dispositif selon l'invention. Ce dispositif comprend une enceinte 2 calorifugée qui, dans l'exemple représenté, présente une forme cylindrique et est destiné à recevoir 20 un matériau ligno-cellulosique à traiter. On peut noter que le matériau est chargé sur un chariot 3 disposé sur rails 4 et est disposé en couches superposées, les couches étant séparées les unes des autres par des tasseaux intercalaires afin qu'une circulation d'air soit possible entre les couches. Le dispositif comprend des moyens permettant de contrôler les conditions de pression, température et hygrométrie de l'atmosphère régnant dans l'enceinte. Pour le contrôle de la pression, une pompe à vide 6 est reliée à l'enceinte pour permettre de créer une surpression ou une dépression dans 30 celle-ci. Pour le contrôle de la température, un échangeur thermique 8 est disposé dans l'enceinte 2. Cet échangeur 8 est relié à un brûleur 9 qui est alimenté en gaz combustible. L'alimentation du brûleur 9 en gaz combustible se fait par un réacteur de gazéification 10 dont la pyrolyse dégage un gaz pauvre combustible. Ce gaz pauvre passe au travers d'un cyclone 11 et d'un filtre électrostatique 12 avant d'alimenter le brûleur 9. L'alimentation du brûleur 9 se fait, également, comme cela sera expliqué par les gaz de distillation issus du matériau à traiter lors de son traitement à haute température. A cet effet, le brûleur 9 est également connecté à la pompe. Le brûleur 9 est également alimenté par une gaine de diffusion 14. On note également qu'une dérivation 15 permet d'injecter du gaz combustible pauvre dans l'enceinte 2. Le dispositif est également équipé d'un ventilateur 16 de brassage qui assure une homogénéisation de l'atmosphère dans l'enceinte 2. Pour le contrôle de l'hygrométrie, une pompe 19 amène de l'eau dans l'enceinte 2. L'eau est projetée par un gicleur 20 sous forme de gouttelettes. Toujours pour l'homogénéisation du gaz, deux plaques 18 en tôle perforée sont placées de part et d'autre du matériau à traiter. Bien que cela n'apparaisse pas sur le dessin, des capteurs de température, hygrométrie et pression sont disposés dans le matériau à traiter. Ces capteurs sont reliés à une unité de pilotage qui assigne des valeurs de consigne au brûleur, à la pompe d'injection d'eau et à la pompe de contrôle de pression. Cette unité de pilotage peut être constituée par un micro-ordinateur. Ce dispositif permet de traiter du matériau ligno-cellulosique sans formation de fentes ou de collapses. Le matériau est tout d'abord chargé sur un chariot 3 qui est introduit dans l'enceinte 2. Des capteurs de température sont placés dans la charge de matériau. Il convient d'utiliser au moins trois capteurs dans la charge de matériau à traiter. Des capteurs de température sont également prévus sur les parois de l'enceinte 2. Des capteurs d'humidité sont également placés sur la charge du matériau. Ces capteurs fonctionnent en mesurant la résistance électrique du matériau qui varie en fonction de son degré d'humidité. La figure du dessin illustre schématiquement le flux de gaz lors de l'étape initiale du procédé de traitement, c'est-à-dire l'étape du séchage. Le réacteur de pyrolyse 10 est mis en fonctionnement et alimente en gaz pauvre de combustion le brûleur 9. La température de l'enceinte 2 est élevée progressivement jusqu'à une température comprise entre 70 et 100 , c'est-à-dire la température de séchage. Au cours du préchauffage, c'est-à-dire la montée en température jusqu'au palier de séchage, le matériau est humidifié. Cela permet d'éviter un assèchement trop brutal qui pourrait générer fentes et cémentation du bois, c'est-à-dire formation d'une coque à la périphérie du bois à traiter qui empêche l'eau contenue au coeur du bois de s'échapper. Le pilotage du brûleur 9 se fait en maintenant la différence de température mesurée par les capteurs au coeur de la charge et la température mesurée dans l'enceinte sensiblement constante. Ceci permet d'assurer une montée en température progressive. Dès le début de la phase de séchage, la pompe 6 est mise en action pour créer une dépression dans l'enceinte. L'humidité du bois est contrôlée et lorsque celle-ci atteint sa valeur requise qui peut dépendre du matériau, de son utilisation ou de ses dimensions, la phase du chauffage à haute température débute. La température à l'intérieur de la charge est élevée progressivement jusqu'à une température comprise entre 150 C et 240 C. La température de consigne varie en fonction de l'essence à traiter. La montée en température est pilotée de la même manière que lors de la phase de préchauffage, c'est-à-dire en maintenant sensiblement constante la différence de température mesurée au coeur de la charge et la température régnant dans l'enceinte. Lors de la montée en température, il peut être nécessaire de réaliser des paliers à température constante ce qui permet d'équilibrer la charge et d'homogénéiser la température à l'intérieur d'une même pièce de matériau. Durant cette phase de montée en température, des distillats sont extraits du bois. Ces distillats sont des goudrons et des gaz de distillation. Dans une première possibilité, au cours de la montée progressive en température, la pompe 6 crée une dépression dans l'enceinte 2. La création de ce vide partiel dans l'enceinte favorise l'extraction des distillats du matériau. Pour assurer l'extraction de ces distillats de l'enceinte 2, on assure un balayage de l'enceinte 2 avec le gaz pauvre combustible issu du réacteur à pyrolyse. En d'autres termes, le gaz pauvre combustible est introduit dans l'enceinte 2. Son introduction se fait par un piquage au niveau du ventilateur de brassage 16. Le transit du gaz pauvre combustible par l'enceinte 2 durant la phase de montée en température permet de brûler les goudrons issus du matériau. On note encore que pendant que la pompe fonctionne en dépression, l'air rejeté par la pompe 6 contient des gaz de distillation, qui sont combustibles. Ces gaz de distillation sont injectés dans le brûleur 9 grâce à la gaine de diffusion 14. Ainsi ces gaz, particulièrement odorants, qui dans les installations de l'état de la technique étaient rejetés dans l'atmosphère, sont incinérés. Les rejets odorants sont donc éliminés et participent à l'amélioration du bilan énergétique du dispositif. Dans une seconde possibilité, au cours de la montée en température et du chauffage à haute température, la pompe 6 crée une surpression à l'intérieur de l'enceinte. Dans ce cas de figure, les distillats ne vaporisent pas et sont maintenus dans la matière. Comme il ne produit pas de vaporisation, le risque de formation de fente ou de collapse est très fortement réduit. En outre, les goudrons formés au cours du chauffage saturent partiellement le matériau, ce qui contribue à augmenter sa stabilité dimensionnelle et sa résistance aux agents de dégradation. Il est alors possible d'injecter dans l'enceinte 2 une huile végétale pour améliorer la résistance aux agents de dégradation et pour améliorer la finition du bois traité. Cette huile est injectée sous forme de brouillard dans le circuit de brassage d'air de l'enceinte 2. Enfin, le matériau est refroidi progressivement. La température est contrôlée de la même manière que décrite précédemment. L'évacuation de la chaleur se fait notamment en alimentant l'échangeur par de l'air atmosphérique. Ainsi l'invention permet de réaliser un traitement à haute température d'un matériau ligno-cellulosique qui préserve la structure du matériau. II va de soi que l'invention n'est pas limitée à la forme de réalisation 30 décrite ci-dessus à titre d'exemple mais qu'elle en embrasse, au contraire, toutes les variantes de réalisation. REVENDICATIONS 1. Procédé de séchage et de traitement à haute température de matériau ligno-cellulosique caractérisé en ce qu'il comprend les étapes 5 consistant à : préchauffer et humidifier le matériau dans une enceinte (2) ; sécher le matériau sensiblement à la température de vaporisation de l'eau, chauffer progressivement le matériau en contrôlant la pression 10 régnant dans l'enceinte (2) ; - stabiliser la température du matériau entre 150 C et 240 C en contrôlant la pression régnant dans l'enceinte (2) ; - refroidir progressivement et humidifier le matériau. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que la 15 chauffage progressif et la stabilisation de la température du matériau s'effectuent en maintenant l'enceinte en dépression par rapport à la pression atmosphérique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou la revendication 2, caractérisé en ce que le séchage s'effectue en maintenant l'enceinte en 20 dépression par rapport à la pression atmosphérique. 4. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que le chauffage progressif et la stabilisation de la température s'effectuent en faisant un balayage de l'enceinte (2) par un gaz combustible. 5. Procédé selon la revendication 3, caractérisé en ce que le gaz 25 combustible est un gaz combustible pauvre obtenu par un réacteur à pyrolyse (10). 6. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce que le chauffage progressif et la stabilisation de la température s'effectuent en maintenant l'enceinte en surpression par rapport à la pression atmosphérique. 7. Procédé selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comprend l'étape consistant à injecter un brouillard d'huile lors de l'étape de stabilisation de la température du matériau entre 150 C et 240 C. 8. Dispositif de séchage et de traitement à haute température, caractérisé en ce qu'il comprend: - une enceinte (2) de traitement apte à recevoir un matériau ligno cellulosique; - une unité de chauffage comprenant un brûleur (9) et un échangeur (8) disposés dans l'enceinte (2), permettant de contrôler la température régnant dans l'enceinte (2) ; - des moyens d'amenée d'eau permettant de contrôler l'hygrométrie régnant dans l'enceinte (2) ; - une pompe à vide (6) permettant de contrôler la pression régnant dans l'enceinte (2). 9. Dispositif selon la revendication 8, caractérisé en ce qu'il comprend un réacteur de gazéification (10) connecté au brûleur (9) de sorte que le gaz pauvre combustible produit par le réacteur alimente le brûleur (9). 10. Dispositif selon la revendication 8 ou la revendication 9, caractérisé en ce que la pompe à vide (6) est connectée au brûleur de sorte que les gaz de distillation alimentent le brûleur lorsque l'enceinte (2) est en dépression. 11. Dispositif selon la revendication 10, caractérisé en ce qu'un conduit de dérivation (15) relie l'enceinte (2) au réacteur de gazéification pour alimenter celle-ci en gaz combustible pauvre. 12. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 11, caractérisé en ce qu'un conduit (14) de recyclage (7) relie l'enceinte (2) au brûleur (14). 13. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 12, caractérisé en ce que deux plaques (18) de tôle perforée sont disposées de part et d'autre de la charge de matériau. 14. Dispositif selon l'une des revendications 8 à 13, caractérisé en ce qu'il comprend des moyens d'amenée d'huile sous forme de brouillard dans 25 l'enceinte (2).