Brevet FR2935375A1 — publié le 20100305

L'invention concerne un procédé de fabrication d'un liant, notamment destiné à l'élaboration et/ou l'enrobage de granulats ou encore entrant dans la composition de matrices pour la fabrication de biocomposites. L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un produit à l'aide du liant obtenu selon le procédé de fabrication conforme à l'invention. L'invention concerne, en outre, un liant en tant que tel et son utilisation pour l'enrobage de granulats ou comme liant d'une matrice. L'invention trouvera une application particulière dans l'industrie des matériaux de construction ou du transport. Les protéines sont des macromolécules complexes qui peuvent constituer 50 % ou plus de la masse sèche des cellules vivantes. Elles jouent un rôle fondamental dans la structure et les fonctions des cellules. Chaque protéine est caractérisée par sa conformation, c'est-à-dire son organisation tridimensionnelle. Les protéines sont constituées d'acides aminés. Ces dernières contiennent au moins un groupe aminé primaire (-NH2) et un groupe carboxylique (-COOH). Les acides aminés naturels ont la structure suivante : H R ùC ù COOH dans laquelle R est une chaîne latérale caractéristique, de composition variable. Elle influence les propriétés physico-chimiques des acides aminés et, par conséquent, les propriétés de la protéine qui le contient. La polarité de la chaîne latérale permet de classer les acides aminés. La solubilité des protéines dans l'eau dépend essentiellement de la distribution des groupements polaires (chargés ou non) et apolaires (hydrophobes) de la chaîne latérale des acides aminés constitutifs. Une fois les acides aminés dissous dans l'eau, ils peuvent se comporter selon le pH comme un acide (pH pl). On dit que ces molécules sont des amphotères. Les protéines par leurs propriétés physico-chimiques sont susceptibles de participer, à travers différentes fonctions, à la modification du milieu où elles sont introduites. On distingue trois groupes principaux de propriétés : - Propriétés d'hydratation dépendant des interactions protéines-eau : elle inclut les propriétés telles que l'absorption et la rétention d'eau, la mouillabilité, le gonflement, l'adhésion, la dispersabilité, la solubilité et la viscosité ; - Propriétés dépendant des interactions protéine-protéine : elle intervient lors de phénomènes tels que la précipitation, la gélification et la formation de diverses autres structures (fibres et pâtes protéiques) ; - Propriétés de surface : elle concerne la tension superficielle, l'émulsification et les caractéristiques moussantes et fluidifiantes de la protéine. Ces trois groupes de propriétés ne sont pas indépendantes. D'une manière générale, les protéines coagulent en milieu acide, elles peuvent subir une déshydratation plus ou moins importante en fonction de la température du milieu. Il s'ensuit la formation d'un amas protéique caoutchouteux, plus ou moins élastique durcissant à la chaleur. Certaines substances protéiques sont disponibles en quantités importantes et sont peu valorisées, telles que notamment l'hémoglobine ou la caséine. S'agissant de l'hémoglobine, il est à remarquer que le sang recueilli lors de l'abattage des animaux représente environ 3 à 5 % de leur masse. Annuellement, les quantités disponibles s'élèvent à plus de 140.000 tonnes en Allemagne, 100.000 tonnes en Grande Bretagne, 80.000 tonnes en France. De plus, des quantités considérables sont souvent rejetées en raison du manque d'équipement de certains abattoirs. En France, par exemple, seules 80.000 tonnes seraient récupérées sur les 200.000 tonnes produites selon le C.T.G.R.E.F. (Centre Technique du Génie Rural des Eaux et Forêts), ce qui peut laisser envisager des impacts négatifs sur le plan hygiénique et économique. En raison de leurs propriétés tensioactives, les protéines peuvent s'adsorber sur les interfaces liquides gaz et favoriser la formation d'une mousse. Les protéines globulaires comme l'hémoglobine forment à l'interface liquide gaz une barrière résistante qui permet d'éviter la diffusion du gaz et la coalescence des bulles. Des travaux antérieurs ont montré que l'hémoglobine est un très bon agent moussant à la fois par sa capacité moussante et la stabilité de la mousse formée. M.Ruzicka notamment a optimisé le moussage de pâtes argile ciment au moyen de cet agent moussant à partir de critères rhéologiques et dans l'objectif de la mise au point d'isolants et d'isolants porteurs à haute qualité environnementale. Les résultats expérimentaux de Nadira Madjoudj ont confirmé la valeur potentielle de l'hémoglobine dans la production des matériaux de construction. En premier lieu, elle peut agir en tant qu'adjuvant entraîneur d'air et permet de créer une structure cellulaire régulière sans consommation d'énergie autre que celle du malaxage. Pour une densité de 0,97 les propriétés mécaniques demeurent attrayantes et la présence de l'hémoglobine améliore de manière significative le comportement mécanique pendant que le matériau avance dans l'âge. L'utilisation de l'hémoglobine comme adjuvant entraîneur d'air a été étendu à des composites ciment-caoutchouc et ciment-polyéthylène téréphtalate. L'effet fluidifiant de l'hémoglobine dans des pâtes cimentaires a également été mis en évidence. Un apport optimum par défloculation des grains de ciment suite à leur neutralisation, assure ainsi une mise en place facile et une qualité optimale après cette mise en place. Cette dernière se manifeste par une porosité totale minimale. La maturation du matériau n'est pas affectée. Au contraire, on constate une bonne compatibilité entre adjuvant et ciment et le développement des hydrates se fait d'une façon normale grâce à l'absence de toute substance inhibitrice. La fluidification protéique permet la fermeture d'une plus grande partie du réseau poreux connecté assurant ainsi une compacité du matériau faisant obstacle aux échanges avec le milieu environnant. On trouve sur le marché de l'hémoglobine sous forme de poudre. Des résultats similaires peuvent être obtenus avec un sang entier stabilisé. La caséine est une protéine, renfermant notamment du calcium et de l'acide phosphorique, issue du lait. On attribue le terme de caséine végétale à une substance azotée extraite des tourteaux, résidus de graines oléagineuses après extraction d'huile. L'usage de la caséine pure ou associée à la chaux dans des peintures ou badigeons est déjà connu. L'ajout de chaux a pour objectif essentiellement la diminution du coût. On signale également le rôle de présolvant de la chaux pour la caséine brute à l'instar de l'ammoniaque, le carbonate d'ammonium, le borax, la potasse. L'emploi d'acides purs, et notamment d'acide acétique non dilué, en tant que présolvant est également signalé. En effet, la caséine brute doit être additionnée d'un � solvant � pour pouvoir ensuite être diluée par l'eau. Le mélange caséine/chaux reste � cassant �, mais il est possible d'y ajouter un plastifiant. On signale à cet effet l'utilisation de glycérine ou d'un liant vinylique. La caséine additionnée de formol conduit à une substance très dure, la galalithe. Le formol est d'ailleurs considéré comme un agent durcissant et imperméabilisant des peintures protéiques. Cela étant, le vinaigre est défini comme un liquide condimentaire obtenu par l'action de bactéries qui transforment une solution alcoolisée en une solution contenant de 4 à 12 % d'acide acétique. Les matières premières les plus diverses servent à la fabrication du vinaigre : vin, alcool éthylique (vinaigre blanc), cidre, canne à sucre, malt, vin de palme, dattes, oranges, bananes, riz, lait de coco. En fait, tous les aliments susceptibles de produire une fermentation alcoolique peuvent être utilisés pour faire du vinaigre. Aujourd'hui, le vinaigre est produit de manière industrielle uniquement à partir d'agro ressources. Le but de la présente invention est de proposer la fabrication d'un liant issu principalement, voire à 100 %, d'agro ressources et tout particulièrement à partir des éléments précités, c'est-à-dire l'hémoglobine, et/ou la caséine, et/ou le vinaigre. Cela étant, l'hémoglobine et la caséine peuvent être mélangées et substituées en partie ou en totalité par d'autres composés d'origine animale ou végétale, tels que les tourteaux, les farines de céréales, les pulpes de pommes de terre et le vinaigre peut être substitué par de l'acide acétique à faible concentration ou tout autre acide organique (dont l'acide tartrique, malique, citrique, chlorogénique, oxalique, quinique, benzoïque, gallique, salicylique, succinique, lactique, ascorbique, ...) ou tout autre extrait végétal acide, tel que du jus de citron. D'autres buts et avantages de la présente invention apparaîtront au cours de la description qui va suivre, qui n'est donnée qu'à titre indicatif et qui n'a pas pour but de la limiter. La présente invention concerne un procédé pour la fabrication d'un liant, notamment destiné à l'élaboration et/ou à l'enrobage de granulats, ou encore entrant dans la composition de matrices pour la fabrication de biocomposites. Selon l'invention, le liant est obtenu en mélangeant, d'une part, de l'hémoglobine et/ou caséine et/ou d'autres composés protéiques d'origine animale ou végétale tels que notamment les tourteaux, les farines de céréales et les pulpes de pomme de terre et, d'autre part du vinaigre et/ou toute autre solution d'acide acétique ou d'autres acides organiques L'hémoglobine peut notamment être extraite du sang animal récupéré après l'abattage. Selon les caractéristiques optionnelles, le procédé de fabrication peut comprendre les étapes suivantes : - on ajoute de la chaux audit composé protéique, - on chauffe le mélange obtenu tel que par exemple avec un traitement thermique modéré, notamment par micro-ondes, - on plastifie le mélange par l'ajout d'huiles végétales dans des proportions variables suivant la consistance souhaitée, - on mixe le mélange afin de créer une émulsion ou une mousse qui reste stable après durcissement, - une structure cellulaire peut être créée par l'ajout d'un composé effervescent, d'une mousse préformée ou d'un agent expansif 10 comme la poudre d'aluminium réagissant avec la chaux, - le mélange obtenu, moussé ou non, peut être chargé par des charges Iigno cellulosiques, minérales ou polymères d'origine naturelle ou synthétique, - le mélange obtenu, moussé ou non, chargé ou non peut 15 être renforcé par tout type de fibres d'origine végétale, minérale ou polymère d'origine naturelle ou synthétique, - le mélange, moussé ou non, chargé et éventuellement renforcé, peut être mis en forme par thermocompression, par simple moulage (coulage), par moulage par injection, moulage par rotation, par extrusion ou 20 encore tout autre procédé de mise en forme des composites, - le mélange moussé ou non, chargé et éventuellement renforcé, peut être soumis à toute action mécanique, comme le calandrage, destiné à le mettre sous la forme de plaques de fine épaisseur, - le mélange moussé ou non, chargé et éventuellement 25 renforcé, peut être appliqué par enduction ou imprégnation, - le mélange moussé ou non, chargé et éventuellement renforcé, peut nécessiter un séchage à l'air libre ou en étuve ventilée ou tout autre moyen de séchage. Un autre but de l'invention concerne les produits obtenus par 30 le procédé précité. Le liant peut être alors utilisé : - en enrobage, réduisant par exemple le caractère hydrophile d'un granulat d'origine ligno cellulosique, - en tant que constituant d'une matrice, cellulaire ou non, assurant par exemple la cohésion entre des fibres végétales et/ou des particules Iigno cellulosiques d'origines variées et/ou des particules ou des fibres d'origine minérale ou polymères d'origine naturelle ou synthétique ainsi que le caractère hydrophobe du composite, - seul ou chargé pour la fabrication de granulés, expansés ou non, par exemple par extrusion ou tout autre moyen de granulation. Le liant ou les produits à base de liant selon l'invention trouveront une application particulière dans l'industrie des matériaux de construction et du transport. Plus précisément, les produits obtenus selon les procédés décrits dans la présente invention sont utilisables dans l'isolation thermique et/ou phonique, ainsi que dans l'élaboration d'éléments de construction, celle de divers accessoires d'ameublement, dans l'industrie automobile, l'industrie aéronautique, l'industrie ferroviaire, l'industrie du jouet et de la décoration, de l'emballage, etc. Nous décrivons maintenant quelques exemples non limitatifs. 20 EXEMPLE 1 : De la poudre d'hémoglobine, chargée ou non de particules végétales finement broyées, est additionnée de vinaigre dilué ou non. Le mélange donne lieu à la formation de granules angulaires qui durcissent à température ambiante. Le durcissement peut être accéléré par voie thermique 25 ou chimique. EXEMPLE 2 : Un agroliant peut être obtenu à partir de poudre d'hémoglobine additionnée de vinaigre éventuellement dilué dans des proportions variables, soit par exemple de 1 à 10 fois en volume, de poudre de caséine, de chaux et 30 de vinaigre dans des proportions massiques variables soit par exemple 1 partie de chaux pour 4 parties de caséine et 10 parties de vinaigre. Un mélange de caséine et d'hémoglobine peut s'effectuer, par exemple, dans des proportions allant de 1 partie d'hémoglobine pour 8 parties de caséine à 4 parties d'hémoglobine pour 5 parties de caséine. De la farine de céréales, et/ou de la pulpe de pomme de terre 5 peut être incorporée au mélange protéique dans des proportions allant de 5 0/0 à50%. Le vinaigre peut être dilué par ajout d'eau dans des proportions massiques variant d'une partie d'eau pour une partie de vinaigre à 10 parties d'eau pour 1 partie de vinaigre selon les objectifs à atteindre 10 EXEMPLE 3 : Le liant ainsi constitué, émulsionné, moussé ou non est additionné de fractions végétales dans des proportions allant de 1 volume de fraction végétale pour 3 volumes de liant à 10 volumes de fractions végétales pour 1 volume de liant, la proportion de fraction végétale étant limitée par la 15 texture du liant qui doit permettre une liaison optimale des fractions végétales. EXEMPLE 4 : Le mélange ainsi constitué peut être mis en forme par thermocompression à des températures allant jusqu'à 250 °C et à des pressions pouvant aller jusqu'à 300 bars. 20 EXEMPLE 5 : Le liant peut être plastifié par l'ajout d'une huile végétale, notamment pour une utilisation en collage ou en enduction de tissés ou non tissés dans des proportions pouvant varier de 1 à 50 %. Naturellement, d'autres modes de réalisation, à la portée de 25 l'homme de l'art, auraient pu être envisagés sans pour autant sortir du cadre de l'invention définie par les revendications ci-après. REVENDICATIONS1. Procédé de fabrication d'un liant, notamment destiné à l'élaboration et/ou l'enrobage de granulats, ou encore entrant dans la composition de matrices pour la fabrication de biocomposites, caractérisé en ce que le liant est obtenu en mélangeant, d'une part de l'hémoglobine et/ou caséine, et/ou d'autres composés protéiques comme les tourteaux, la farine de céréales, la pulpe de pommes de terre et d'autre part, du vinaigre et/ou toute autre solution d'acide acétique ou d'autres acides organiques notamment issus du végétal ou minéraux. 2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel on ajoute de la chaux audit composé protéique. 3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on chauffe le mélange. 4. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel on plastifie le mélange par l'ajout d'une huile végétale. 5. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on mixe le mélange afin de créer une émulsion ou une mousse stabilisée. 6. Procédé selon l'une des revendications 1 à 3, dans lequel on crée une structure cellulaire grâce à un expansif ou un produit effervescent ou une mousse préformée. 7. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel on incorpore une charge au liant, éventuellement moussé, ladite charge étant choisie parmi l'un des groupes suivants : produits lignocellulosiques, et/ou produits minéraux, et/ produits polymères. 8. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, et 7, dans lequel on incorpore audit liant, chargé ou non, des fibres choisies parmi l'un des groupes suivants : fibres végétales, et/ou fibres minérales, et/ou fibres synthétiques. 9. Procédé selon la revendication 7 ou 8, dans lequel on met en forme le liant chargé, éventuellement fibré, par une des techniques suivantes : thermocompression, moulage par coulage, moulage par injection,moulage par rotation, extrusion, calandrage, enduction, ou tout autre procédé de mise en forme des composites. 10. Procédé de fabrication d'un produit à l'aide d'un liant obtenu selon le procédé de fabrication des revendications 1 à 5, dans lequel on met en place le liant par imprégnation. 11. Procédé selon l'une des revendications 7 à 10, dans lequel on sèche le liant, chargé ou non, éventuellement fibré. 12. Liant, notamment destiné à l'élaboration ou/et à l'enrobage de granulats, ou encore entrant dans la composition de matrices pour la fabrication de biocomposites, caractérisé en ce que ledit liant se présente sous la forme d'un mélange, d'une part, d'hémoglobine, de caséine et/ou d'autres composés protéiques comme les tourteaux, les farines de céréales, les pulpes de pommes de terre et d'autre part, de vinaigre et/ou toute autre solution d'acide acétique ou d'autres acides organiques, notamment issus du végétal ou minéraux. 13. Liant, selon la revendication 12, dans lequel de la chaux est ajoutée audit composé protéique. 14. Enrobage de granulats à partir d'un liant selon la revendication 12 ou 13. 15. Matrice comprenant comme constituant au moins un liant selon la revendication 12 ou 13 assurant la cohésion entre des fibres végétales et/ou des fibres minérales et/ou des fibres synthétiques. 16. Granulats comprenant comme constituant un liant selon la revendication 12 ou 13, seul ou chargé. 17. Utilisation du produit obtenu selon le procédé de fabrication de l'une quelconque des revendications 1 à 11 ou encore du produit des revendications 12 à 16, dans l'industrie des matériaux de construction ou du transport. 25