Brevet FR2890653A1 — publié le 20070316

La présente invention concerne un procédé de fabrication d'un support de culture pour plantes à partir de fibres de bois issues de sous produits industriels. La présente invention a également pour objet, un support de culture pour plante constitué essentiellement par le produit du compostage de fibres de bois encollées en présence d'écorces d'arbres. Arrière-plan technologique Au sens de la présente invention, on entend par sous produits industriels les fibres de bois encollées qui ne sont pas utilisées immédiatement pour la confection des panneaux de fibres de moyenne densité (MDF), et qui représentent ainsi des sous produits industriels normalement considérés non réutilisables. Les fibres de bois encollées sont des sources potentielles de pollution. Les fibres de bois encollées utilisées pour la fabrication des panneaux MDF présentent les mêmes caractéristiques physiques que les fibres naturelles, avec pour inconvénient majeur de contenir des additifs chimiques plus ou moins toxiques. On entend par additifs chimiques , les colles et les résines synthétiques employées pour la fabrication de panneaux de bois, qui appartiennent aux catégories suivantes: - les thermodurcissables: ces résines polymérisent à chaud; il s'agit en particulier d'uréeformaldéhyde (UF) ou de phénol-formaldéhyde (PF), - les thermoplastiques: on désigne sous cette appellation les colles de type néoprène, polyamides et autres résines synthétiques, - les colles en émulsion: principalement les colles vinyliques, et - les colles thermofusibles à base de cire ou de paraffine. Les colles synthétiques à base d'urée-formaldéhyde, entre autres, provoquent des émanations qui peuvent être nocives. Le formaldéhyde est un gaz incolore et à forte odeur, qui existe déjà à l'état naturel dans le bois. Ses émanations sont donc d'autant plus importantes quand les fibres, particules ou copeaux de bois sont liés à l'aide d'un adhésif à base d'urée formaldéhyde synthétique; de plus, les émissions augmentent avec les hausses de température et avec le degré d'humidité de l'air. Les résines phénoliques, de type phénol-formaldéhyde ou " résorcinol moins 35 toxiques et plus coûteuses que l'urée-formaldéhyde (UF), sont couramment utilisées dans la confection des panneaux MDF. Les fibres de bois encollées utilisées selon le procédé de la présente invention sont obtenues, avant encollage, par défibrage, selon un procédé de l'art antérieur parfaitement connu de l'homme du métier. Ainsi les fibres de bois encollées comprennent environ 90% en poids de matières organiques (dont environ 45% de cellulose et 45% de lignine, mais aussi des tanins, de la pectine, de l'amidon, etc.), et des sels minéraux. Elles présentent les caractéristiques suivantes au moment de leur obtention: * pH: compris entre environ 4 et environ 5,5 * Taux d'humidité : de l'ordre de 20 à 40 % * Rétention de l'eau: de l'ordre de 550 à 800 mI/I Les panneaux MDF sont obtenus par traitement des fibres de bois selon un procédé industriel connu de l'homme du métier avec adjonction de colles et de résines synthétiques et collage sous presse à haute température. Les panneaux MDF contiennent environ 10 % en poids de colle ou de résines synthétiques. L'industrie du bois produit de grandes quantités de sous produits souillés par des additifs chimiques dont la dépollution entraîne une logistique conséquente et des coûts élevés. Les fibres de bois encollées peuvent être éliminées par combustion dans des incinérateurs. En revanche, les solutions apportées pour recycler ces déchets sont peu nombreuses. Par ailleurs, on connaît déjà, par le brevet français n FR2 793 487 un procédé permettant de fabriquer des supports de culture à base d'une faible quantité de fibres naturelles de bois transformées par fermentation. Ce procédé de l'art antérieur n'utilise que des fibres naturelles de bois et ne propose pas de traitement des fibres encollées pour les recycler. Résumé de l'invention La demanderesse a découvert de manière surprenante et c'est l'objet de la présente invention que le compostage de fibres de bois encollées ou de fibres de bois issues de panneaux MDF contaminés par des résines et des colles contenant une source d'azote notamment sous forme d'urée, permet de dépolluer ces matériaux et de les valoriser sous forme de produits agricoles non toxiques. En effet, non seulement le procédé décrit ci-après permet à certains micro-organismes de survivre dans un milieu au départ toxique car trop riche en ammoniaque (provenant de la dégradation de l'urée), mais aussi d'obtenir un produit dépourvu de formaldéhyde (à l'exception de celui résidant à l'état naturel dans le bois) alors qu'il en contient des quantités importantes (de l'ordre de 800 mg/kg de produit sec) avant traitement. La présente invention vise donc à proposer un procédé à la fois simple et peu coûteux, qui permet d'obtenir un support de culture sensiblement dépourvu de produits toxiques initialement présents dans les fibres de bois encollées et les panneaux MDF. Le compostage des fibres de bois encollées seules fonctionne mal. En effet, la quantité d'azote ammoniacal libéré pendant les premières semaines de stockage des fibres de bois encollées devient un facteur limitant voire inhibiteur pour le développement des micro-organismes. Par ailleurs, le compostage des matériaux à fort taux de carbone et faible taux d'azote, comme par exemple, les écorces d'arbres, nécessite un apport d'azote pour nourrir les micro-organismes et donc permettre le processus de fermentation. Selon le procédé de l'invention, des fibres de bois encollées sont mélangées avec un matériau riche en carbone, de préférence des écorces d'arbres dans le but de rééquilibrer le rapport carbone/azote dudit mélange fibres/écorces nécessaire au compostage. On entend par l'expression mélange fibres/écorces utilisée dans la présente description, le mélange fibres de bois encollées contenant une quantité suffisante de source d'azote sous forme d'urée et d'écorces d'arbres selon la présente invention. Description détaillée de l'invention 25 La mise en oeuvre du procédé selon l'invention est particulièrement simple puisqu'elle se résume à la fabrication d'un compost, opération bien connue de l'homme du métier. Ainsi, selon un premier aspect de l'invention, le procédé est caractérisé en ce 30 qu'on réalise les étapes suivantes: a) on forme un mélange constitué de fibres de bois encollées contenant de l'urée avec des écorces d'arbres sans source supplémentaire d'azote, b) on ajoute une quantité d'eau suffisante au compostage, c) on laisse fermenter ledit mélange fibres/écorces jusqu'à l'obtention d'un 35 compost. Les fibres de bois encollées susceptibles d'être utilisées dans le cadre de l'invention sont avantageusement choisies parmi les fibres de feuillus tels que le bouleau, le hêtre, et le charme et parmi les fibres de résineux. Les écorces susceptibles d'être utilisées dans le cadre de l'invention sont avantageusement choisies parmi les écorces de conifères tels que les pins, les sapins, l'épicéa, et le pin maritime. On choisira selon le procédé de l'invention, avantageusement trois types de mélanges fibres/écorces: Type 1: Ecorces 100% issues de résineux (particules d'une taille moyenne de 1 à 15 mm)/ Fibres constituées à 80 % d'essences de résineux (particules d'une taille moyenne de 5 à 25 mm) Type 2: Ecorces 100% issues de résineux (particules d'une taille moyenne de 1 à 15 mm)/ Fibres 100% feuillus (particules d'une taille moyenne de 1 à 10 mm) Type 3: Ecorces 100% Pin Maritime (particules d'une taille moyenne de 1 à 10 mm)/ Fibres 100% feuillus (particules d'une taille moyenne de 1 à 10 mm) Il est néanmoins possible de choisir toutes les essences utilisées par l'industrie du panneau de fibres. Ledit mélange fibres/ écorces selon l'invention contient généralement de 30% à 70% en volume de fibres de bois encollées, et de préférence de 50% à 70% en volume de fibres de bois encollées. Les fibres de bois encollées et les écorces se présentent sous la forme de particules d'une granulométrie comprise entre 1 mm et 35 mm et de préférence entre 5 mm et 15 mm. La granulométrie des écorces est de préférence proche de celle des fibres de bois encollées. Le processus de fermentation du mélange fibres/écorces est d'autant plus efficace que la surface d'attaque des microorganismes est plus élevée. Une homogénéité des particules du mélange fibres/écorces peut également permettre de faire l'économie d'un tamisage final du mélange. Cependant, les particules d'écorces plus ou moins grossières permettent d'assurer une certaine aération naturelle. Les fibres de bois encollées proviennent directement du circuit de fabrication des panneaux MDF. Les fibres de bois encollées utilisées selon la présente invention contiennent des colles UF avec un apport riche en azote sous forme d'urée et éventuellement des colles et/ou des résines choisies parmi le groupe comprenant le phénol-formaldéhyde (PF), les colles de type néoprène, les colles de type polyamides, les colles vinyliques, les colles thermofusibles à base de cire ou de paraffine. En outre les fibres de bois encollées peuvent provenir en partie du broyage de panneaux MDF. Le rapport fibres de bois encollées/ fibres de bois encollées issues du broyage de panneaux MDF selon l'invention est compris de préférence entre 10:1 et 2:1 en 5 volume, et de préférence 6:1 en volume. La fermentation dudit mélange fibres/ écorces, n'est accompagnée d'aucun ensemencement bactérien et/ou fongique. Il n'est pas nécessaire de faire un apport d'azote supplémentaire du fait de la présence de colle du type UF dans les fibres de bois encollées. Les écorces tout comme les fibres de bois sont fermentescibles. Le processus biologique de la dégradation des matières organiques est assuré par les bactéries et champignons présents dans les écorces. Le processus de développement des micro-organismes se fait principalement sur le support carboné en consommant l'azote des fibres. Le compostage est d'autant plus rapide que la quantité d'écorces est importante. Cependant l'objet de la présente invention étant de traiter les fibres de bois encollées, leur proportion reste de préférence majoritaire. Il est néanmoins préférable qu'une quantité maximum de 70% en volume de fibres de bois encollées soit respectée pour permettre des conditions de compostage 20 favorables. Selon la présente invention, on ajoute une quantité d'eau suffisante pour amener la rétention en eau dudit mélange fibres/ écorces entre 50% et 80% de sa capacité maximale de rétention à -10kPa. On entend par rétention en eau la capacité d'un substrat à retenir l'eau et dans le cas précis de l'invention, la rétention en eau d'un substrat à -10kPa est la quantité d'eau que le substrat retient au maximum après ressuyage de l'eau gravitaire lorsque le substrat a été immergé. On considère alors que la force de succion de 10kPa exercée sur le substrat est équivalente à la force gravitaire. On récupère ensuite un volume d'eau égal à la rétention en eau du substrat à -10kPa (ou pFl) . La rétention en eau est exprimée en mi/I ou en % du poids sec. La quantité d'eau suffisante au démarrage de la fermentation du mélange fibres/écorces est comprise entre 100 et 200 L/m3 et de préférence de 150 L/m3 dudit mélange. On laisse ensuite fermenter ledit mélange fibres/ écorces, soit dans un fermenteur à circulation d'air, soit en formant des andains en milieu ouvert. Avantageusement, le volume de l'apport d'eau est compris entre 10 et 40% par rapport au volume dudit mélange fibres/ écorces. Le volume d'eau à apporter est d'autant plus élevé que le pourcentage (%) de fibres de bois encollées du mélange est élevé. La capacité de rétention en eau des écorces étant moins élevée que celle des fibres de bois. Cet apport d'eau permet l'hydrolyse de l'urée et des autres additifs contenus 5 initialement dans les fibres de bois et l'obtention de conditions nécessaires au développement des micro-organismes. Le compostage est un procédé aérobie. Ainsi ledit mélange fibres /écorces doit être soit retourné s'il est constitué en andains statiques, soit ventilé par soufflage, aspiration ou par agitation continue lorsque ledit mélange fibres/écorces est entreposé en milieu fermé, par exemple, dans un fermenteur. La qualité du compost peut-être déterminée tout au long de l'avancement du processus de fermentation dudit mélange fibres/ écorces, par le suivi de plusieurs caractéristiques physico-chimiques dont le pH, la conductivité électrique et le dosage de carbone et d'azote ainsi que le taux de germination d'une plante test afin de contrôler l'absence de phytotoxicité. Le processus général de fermentation et de maturation du mélange fibres/écorces selon l'invention, sous la forme d'andains ou en milieu fermé tel qu'un fermenteur se déroule sur plusieurs mois suivant le procédé, les proportions du mélange fibres /écorces et les essences d'arbres utilisés. Lorsque le compostage est mis en oeuvre en milieu ouvert, on retourne plusieurs fois les andains pour assurer une aération convenable, et de préférence à fréquence plus importante au début de la fermentation. Par exemple, on retournera les andains une fois tous les quinze jours pendant environ 2 mois puis une fois par mois. La durée de fermentation du mélange est adaptée selon le rapport fibres% / écorces%. D'une façon générale, cette durée est inférieure ou égale à 8 mois et dépend essentiellement de l'évolution du compostage. On peut s'abstenir de retourner les andains lorsque leur température ne varie plus et que leur pH reste stable. Dans tous les cas, la température est surveillée de façon à ne pas dépasser 30 environ 70 C, seuil au-delà duquel le risque de développement de foyers incandescents augmente et les bactéries et champignons n'assurent plus leur rôle. Le procédé selon la présente invention permet également d'utiliser une source alternative de matériau riche en carbone, par exemple des déchets végétaux relativement pauvres en azote tels que des bois de taille, à la place des écorces d'arbres, ou un mélange écorces d'arbres/ déchets végétaux. Selon un autre aspect de l'invention, celle-ci a également pour objet le support de culture pour plantes obtenu par le procédé décrit ci-dessus. Le support de culture est caractérisé en ce qu'il est obtenu par compostage d'un mélange de fibres de bois encollées et d'écorces d'arbres ou de déchets végétaux, ledit mélange est sensiblement dépourvu de résidu polluant et toxique tel que le formaldéhyde. Un tel support se révèle être un support de culture répondant parfaitement aux diverses conditions physico-chimiques exigées d'un substrat pour la culture des plantes. L'azote en excès, apporté par l'urée des fibres encollées est hydrolysé 10 essentiellement sous forme d'ammoniaque qui est transformé en azote nitrique ou azote organique par les micro-organismes. Le support de culture ne présente plus de trace de formaldéhyde comme l'atteste le dosage par chromatographie en phase liquide. Les fibres de bois encollées sont ainsi dépolluées et valorisées. Le support de culture selon la présente invention présente une rétention en eau plus importante que le mélange fibres/ écorces initial. Avantageusement le support de culture présente une rétention en eau comprise entre 500 et 750 ml/L. De manière générale, le support de culture est caractérisé par un compost obtenu à partir du mélange fermenté a) de fibres de bois encollées avantageusement choisies parmi les fibres de feuillus tels que le bouleau, le hêtre, et le charme et parmi les fibres de résineux et b) d'écorces d'arbres avantageusement choisies parmi les écorces de résineux tels que les pins, les sapins, l'épicéa, et le pin maritime. Le support de culture est également caractérisé en ce que le compost comprend entre 30% et 70% en volume de fibres de bois encollées fermentées. Le support de culture selon la présente invention peut être utilisé tel quel pour la culture des plantes. Le support de culture selon la présente invention peut également être complété au moment de son utilisation, par un ou plusieurs composés choisis parmi le groupe comprenant: -des écorces; -de la tourbe; -de la terre; -des composts de type fumier; -des éléments nutritifs tels que des engrais ternaires ou tout autre composé 35 entrant dans la composition d'un support pour la culture des plantes. Le support de culture obtenu selon le procédé de la présente invention permet de constituer une base aux supports de culture caractérisés par des propriétés physico-chimiques comparables à celles obtenues en utilisant majoritairement des tourbes de sphaigne, son avantage étant d'être plus économique et plus écologique dans la mesure où il recycle des produits considérés normalement non réutilisables. La proportion des composés utilisés dans les mélanges fibres/écorces sera choisie par l'homme du métier selon les teneurs initiales desdits mélanges en fibres de bois encollées et en écorces et selon le type de substrat final souhaité. Le support de culture obtenu par le procédé selon la présente invention présente un ensemble de caractéristiques particulièrement favorables pour son utilisation en Agriculture. Ce support est facilement maniable et peut être facilement utilisé dans tous types de contenants, par exemple un godet, un pot, ou un conteneur. Le support de culture obtenu par le procédé selon la présente invention est d'aspect et d'odeur agréables, présente une bonne stabilité, et peut être stocké sans inconvénient et sans détérioration. Dans le but de mieux décrire l'invention, un mode de mise en oeuvre est donné à titre d'exemple non limitatif de l'invention. Exemple 1 Lot de compostage Fibre et Ecorces (CFE) Le mélange suivant est disposé en andains qui sont retournés 8 fois pendant la durée totale de fermentation qui est de 8 mois: *35 % en volume d'écorces de pin maritime *65 % en volume de fibres de bois de feuillus encollées avec de la résine urée formaldéhyde. *Apport d'eau: 150L / m3 Résultats finaux: Paramètres mesurés Initial Final (après mélange et apport eau) Taux d'humidité 63% 56% Matières organiques (% sur 85% 83% poids sec) pH 5,5 7,2 selon norme NF EN 13037 CE (ms/m) 22 17 selon norme NF EN 13038 NO3 (mg/I de substrat) 0 10 selon norme NF EN 13652 NH4+ (mg/I de substrat) 34 30 selon norme NF EN 13652 Formaldéhyde (mg/kg sur sec) 400 1 Rétention en eau à pFl 500 699 selon norme NF EN 13041 Rétention en air à pFl 240 190 selon norme NF EN 13041 C/N 14 25 N TOTAL (% sur poids sec) 2,8 1,66 Exemple 2 Caractéristiques moyennes finales des composts de types 1 à 3: Type 1 Type 2 Type 3 Matières organiques 70 -80 70 -85 70 -85 sur sec % Matière sèche % 30 - 40 30 - 40 30 - 40 Capacité rétention à 480 - 650 550 - 700 550 700 pFl pH 7-8 7-8 6,5 -7,5 Conductivité 0,2 -0,6 0,5 0,7 0,3-0,8 Formaldéhyde / / 1 (mg/kg de Matière sèche) REVENDICATIONS 1. Procédé de fabrication d'un support de culture à partir de fibres de bois issues de sous produits industriels, caractérisé en ce qu'on réalise les étapes suivantes: a) on forme un mélange constitué de fibres de bois encollées contenant de l'urée avec des écorces d'arbres sans source supplémentaire d'azote, b) on ajoute une quantité d'eau suffisante au compostage, c) on laisse fermenter ledit mélange jusqu'à l'obtention d'un compost. 2. Procédé selon la revendication 1, caractérisé en ce qu'à l'étape a) les fibres dudit mélange sont choisies parmi les fibres de feuillus tels que le bouleau, le charme et le hêtre, et les résineux. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce qu'à l'étape a) les écorces dudit mélange sont choisies parmi les écorces de conifères tels que les pins, les sapins, l'épicéa, et le pin maritime. 4. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce qu'à l'étape a) le mélange comprend entre 30% et 70% en volume de fibres de bois encollées. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 4, caractérisé en ce qu'à l'étape a) le mélange comprend de préférence entre 50% et 70% en volume de fibres de bois encollées. 6. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé en ce qu'à l'étape a) les fibres de bois encollées et les écorces ont une granulométrie comprise entre 1 mm et 35 mm et de préférence entre 5 mm et 15 mm. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'à l'étape a) les fibres de bois encollées contiennent des colles UF avec un apport riche en azote sous forme d'urée et éventuellement des colles et/ou des résines choisies parmi le groupe comprenant le phénolformaldéhyde (PF), les colles de type néoprène, les colles de type polyamides, les colles vinyliques, les colles thermofusibles à base de cire ou de paraffine. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'à l'étape a) le mélange comprend des fibres de bois encollées issues du broyage de panneaux MDF. 9. Procédé selon la revendication 8, caractérisé en ce que le rapport fibres de bois encollées/ fibres de bois encollées issues du broyage de panneaux MDF dans ledit mélange est compris de préférence entre 10:1 et 2:1 en volume. 10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, caractérisé en ce qu'à l'étape b) on ajoute un volume d'eau pour amener la rétention en eau du mélange fibres / écorces % entre 50 % et 80 % de sa capacité maximale de rétention à -10kPa. 11. Procédé selon l'une quelconque des revendications:L à 10, caractérisé en ce qu'à l'étape b) on ajoute un volume d'eau compris entre 100 et 200 L/m3 et de préférence de 150 L/m3 du mélange fibres/écorces. 12. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 11, caractérisé en ce qu'après l'étape c) on retourne le mélange plusieurs fois pendant le compostage. 13. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 12, caractérisé en ce que la durée du compostage est inférieure ou égale à 8 mois. 14. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, caractérisé en ce que la température du compostage n'excède pas environ 70 C. 15. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 14, caractérisé en ce qu'à l'étape a) le mélange comprend à la place des écorces d'arbres, des déchets 15 végétaux ou un mélange écorces d'arbres/ déchets végétaux. 16. Support de culture, caractérisé en ce qu'il est obtenu selon le procédé décrit dans les revendications 1 à 15. 17. Support de culture selon la revendication 16, caractérisé en ce qu'il est constitué d'un compost sensiblement dépourvu de résidu polluant et toxique. 18. Support de culture selon l'une des revendications 16 et 17, caractérisé en ce que le compost comprend entre 30% et 70% en volume de fibres de bois encollées compostées. 19. Support de culture selon l'une quelconque des revendications 16 à 18, caractérisé en ce que la rétention en eau du compost est comprise entre 500 et 750 ml/L. 20. Support de culture selon l'une quelconque des revendications 16 à 19, caractérisé en ce qu'il comprend en outre un ou plusieurs composés choisis parmi le groupe comprenant des écorces, de la tourbe, de la terre, des composts de type fumier, et/ou des éléments nutritifs tels que des engrais ternaires.