Brevet FR3120327A1 — publié le 20220909

Film (1) absorbant d’hydrocarbures constitué d’une trame de fibres (2) naturelles non tissés formant un plan longitudinal, ladite trame comportant des cheveux (3) et des fibres laineuses (4) mélangés et assemblés en trame non tissée et consolidée, les fibres laineuses constituants un taux supérieur à 20% des fibres, et plus préférentiellement un taux supérieur à 30% des fibres, et encore plus préférentiellement un taux supérieur à 40% des fibres de la trame. FIGURE 2 Film Absorbant La présente invention concerne un film absorbant constitué d’un agencement de fibres non tissées. Il existe de nombreuses situation dans lesquelles des produits hydrocarbures sont accidentellement déversés à des endroits où leur présence pourrait causer d’importants dégâts en particulier à l’environnement et/ou à des bâtiments. Pour récupérer les hydrocarbures, on connaît divers types de films absorbants prévus pour être posés sur la nappe à récupérer. Après absorption des hydrocarbures par le film absorbant, ce dernier est ensuite retiré et transporté au site de récupération pour traitement et sécurisation. Par exemple, le document FR2778579 décrit une nappe multicouche de protection, ainsi qu'un tapis et un dispositif de protection comprenant une telle nappe. La nappe est utile par exemple pour la protection des sols contre la pollution par des hydrocarbures ou des solvants industriels. Elle présente une structure stratifiée constituée par l'association d'un voile non tissé hydrophobe supérieur, d'une couche hydrophobe de fibres thermoplastiques formant le matelas absorbant pour les hydrocarbures et les solvants industriels habituels, d'un film étanche thermoplastique et d'un voile inférieur. Cette mise en œuvre, avec des fibres thermoplastiques et plusieurs couches est particulièrement complexe et coûteuse à réaliser. On connaît également des films constitués d’un agglomérat de fibres de polypropylène. Les qualités absorbantes de ces fibres constituent certes un attrait, toutefois ces fibres, bien que recyclables, ne sont pas biodégradables et peuvent présenter un risque à long terme pour l’environnement. Pour pallier les différents inconvénients préalablement évoqués, l’invention prévoit différents moyens techniques. Tout d’abord, un premier objet de l’invention consiste à permettre la mise en œuvre d’un film absorbant à faible coût et en faisant une récupération et un recyclage des chutes de cheveux des salons de coiffures. Un autre objectif de l’invention consiste à prévoir un film absorbant comportant des matériaux biodégradables naturels tout en permettant une optimisation des capacités de rétention d’hydrocarbures. Un autre objectif de l’invention consiste à prévoir un film absorbant dont les caractéristiques mécaniques, et notamment la résistance à la traction, sont optimales. Un autre objectif de l’invention consiste à prévoir un film absorbant dont les caractéristiques mécaniques et visuelles, en particulier en surface, sont homogènes et constantes. Un autre objectif de l’invention consiste à prévoir un film absorbant avec optimisation des caractéristiques mécaniques afin de faciliter les manipulations, en particulier lors des phases de récupération des hydrocarbures. Encore un autre objectif de l’invention consiste à prévoir un film absorbant présentant une grande facilité de stockage avant mise en place en milieu naturel et un respect du milieu naturel environnant. Pour ce faire, l’invention prévoit un film absorbant d’hydrocarbures constitué d’un agencement de fibres naturelles non tissés formant un plan longitudinal, ledit agencement comportant des cheveux (ou fibres capillaires) et des fibres laineuses (laine) mélangées et assemblées en agencement non tissé et consolidé, les fibres laineuses constituants un taux supérieur à 20% des fibres, et plus préférentiellement un taux supérieur à 30% des fibres, et encore plus préférentiellement un taux supérieur à 40% des fibres du film. L’utilisation de deux types de fibres complémentaires, de préférence sans aucun autre matériau, constituant ou additif, permet d’obtenir des propriétés mécaniques considérablement améliorées en regard d’un film comportant un seul type de fibres. Par ailleurs, les proportions prévues permettent encore d’optimiser les performances mécaniques. Enfin, le fait de combiner et enchevêtrer entre elles ces deux types de fibres écaillées induit un double effet de maintien, soit celui généré par la consolidation et celui des micro-accrochages entre les écailles des fibres. Selon un mode de réalisation avantageux, la consolidation du film est réalisée par la présence d’une pluralité de ponts traversant au moins une partie des couches de fibres, lesdits ponts étant répartis sur l’ensemble de la surface du film absorbant. De manière avantageuse, les ponts traversant sont réalisés par aiguilletage ou hydroliage ou par jets d’air. Les filaments agencés sensiblement transversalement sont répartis sensiblement uniformément sur la surface du film et forment un moyen de liaison mécanique entre les filaments orientés sensiblement longitudinalement. Le film présente ainsi des caractéristiques de résistance mécanique particulièrement avantageuses. Selon un mode de réalisation avantageux, le film absorbant est constitué uniquement de fibres capillaires et de fibres laineuses. Ce mode de réalisation, sans additif ou complément ou réactif ou autre matériau ou couche de support, permet d’obtenir un produit 100% naturel, écologique, biodégradable sans résidu. De manière avantageuse, le film est enroulé pour former un rouleau facilitant le stockage et déroulable pour mise en place sur une nappe d’hydrocarbures à absorber. Selon encore un mode de réalisation avantageux, le film absorbant comporte un mélange de fibres capillaires et de fibres laineuses préalablement dispersées et mélangées pour constituer des lots d’au moins 10 kg de fibres dispersées et mélangées de façon à former un ensemble aléatoire de fibres hétérogènes avant leur mise en forme sous forme de film. De manière avantageuse, les fibres laineuses sont des fibres de laine effilochée écrue. Du fait de sa structure hélicoïdale, la laine effilochée écrue procure un effet de cohésion avec les autres fibres, pour une meilleure résistance mécanique du film. On utilise avantageusement de la laine de mouton ou de chèvre. Selon encore un mode de réalisation avantageux, le film est formé en laizes. On prévoit par exemple des laizes de 80cm de large, de 5m de long et 4mm d’épaisseur, avec une densité de 400g/m2. La densité du film se situe entre 300 et 1200g/m2, et préférentiellement entre 350 et à 800g/m2, et encore plus préférentiellement entre 350 et 500g/m2. Ce type de format est particulièrement adapté à la récupération d’hydrocarbures, et permet un bon compromis entre les facilités de stockage par enroulement et les caractéristiques avantageuses d’absorption et rétention des produits à récupérer. Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 5, présentées uniquement à des fins d’exemples non limitatifs, et dans lesquelles: Fig.1 la est une représentation schématique en vue de dessus de films absorbant non tissés consolidés de cheveux et de laine posés sur une nappe d’hydrocarbure, en situation de récupération de la nappe, avec l’assistance d’un bateau de service; Fig.2 la est une coupe schématique dans le plan transversal de la largeur d’un exemple de film biodégradable réalisé par un agencement non tissé consolidé de cheveux et de laine; Fig.3 la est une coupe schématique dans le plan transversal de la hauteur d’un exemple de film biodégradable réalisé par un agencement non tissé consolidé de cheveux et de laine; Fig.4 la est une représentation schématique illustrant une phase de consolidation d’un exemple d’agencement non tissé de cheveux et de laine par aiguilletage; Fig.5 la illustre un tableau de synthèse présentant les résultats d’essais pour comparer les propriétés mécaniques de plusieurs exemples de films biodégradables non tissées consolidés de cheveux et de laine. Définitions Un non-tissé non consolidé se compose d'un ensemble de fibres simplement disposées ensemble en vrac, non liées entre elles. La solidité d'un non-tissé non consolidé repose d'une part sur la solidité et la résistance des fibres elles-mêmes et d'autre part sur les forces qui lient ces fibres entre elles. On entend par film non-tissé consolidé un film constitué d’une pluralité de couches de filaments ou fibres maintenues entre elles par une pluralité de ponts traversant au moins une portion des couches. Les ponts sont réalisés par des fibres orientées transversalement au plan principal du film et enchevêtrées dans les couches de fibres orientées dans le plan principal du film. Plusieurs procédés de consolidation peuvent être utilisés, comme par exemple l’aiguilletage ou l’hydroliage ou par jets d’air. On entend par aiguilletage un procédé de consolidation qui consiste à enchevêtrer mécaniquement une ou plusieurs couches de fibres ou filaments à l'aide de multiples aiguilles à crocheter. On entend par hydroliage ou enchevêtrement par eau un procédé d’assemblage mécanique par consolidation en utilisant une pluralité de jets d’eau à haute pression traversant un film à consolider. Avant de consolider les fibres ou les filaments, une étape d’ouvraison des fibres est préférentiellement effectuée. On entend par ouvraison un procédé mécanique consistant à décomposer les couches compressées ou amas de fibres en petites touffes pour en faciliter le mélange. En entrée de l’ouvreuse, des amas de laine effilochée écrue compact et des cheveux non mélangés sont transformés en un mélange homogène de laine effilochée écrue et de cheveux. L’ouvreuse est alimentée en laine effilochée écrue compact et en filaments de cheveux bruts. On entend par consolidation à double effet d’accrochage un mode de consolidation d’un film comportant des fibres écaillées tels que les cheveux et la laine. La illustre un exemple de film 1 absorbant. Dans cet exemple, deux laizes 6 de film 1 sont posées sur une nappe 10 d’hydrocarbure afin de récupérer les hydrocarbures avant que ceux-ci se dispersent. Un bateau 11 de service, permet, avant l’intervention, de transporter les films 1 sur place, de les dérouler et les poser sur la nappe 10. Le bateau 11 de service permet ensuite, après l’intervention, de récupérer les films imbibés d’hydrocarbures, par exemple en les enroulant, pour pouvoir ensuite les transporter vers le lieu de récupération. Les films 1 absorbant sont réalisés à l’aide de fibres naturelles 2 de cheveux 3 et des fibres de laine 4. Les fibres naturelles utilisées sont de toutes longueurs, y compris les cheveux courts. Les figures 2 et 3 illustrent, de façon schématique, des exemples de mise en œuvre de films 1 avec ces fibres. La montre un exemple d’un film 1 en coupe transversal dans le sens de la largeur. Tel qu’illustré, le film comporte une pluralité de fibres naturelles 2, essentiellement des cheveux 3 et des fibres laineuses 4 enchevêtrées entre elles grâce à une mise en forme avec consolidation. Le procédé d’obtention du film comporte deux phases principales. La première phase consiste à réaliser une couche homogène avec un mélange de cheveux et de laine dans les proportions souhaitées. Le seconde phase, dites de consolidation, permet de consolider la ou les couches pour obtenir un film présentant d’excellentes propriétés mécaniques. Pour réaliser la première phase, les cheveux sont mélangés avec la laine écrue en prévoyant un taux de laine supérieur à 20% du mélange total. L’utilisation de laine effilochée écrue permet de maintenir la cohésion de l’ensemble des fibres capillaires. Les cheveux et la laine sont disposés dans des chargeuses, puis les cheveux tombent sur un tapis roulant où ils sont humidifiés pour faciliter la cohésion entre les fibres, puis, la laine tombe sur le tapis. L’ensemble des fibres (cheveux et laine) passent alors dans une ouvreuse qui permet d’ouvrir et mélanger les fibres avant d’être transportées par air où un aimant permet de retirer les objets métalliques pouvant demeurer dans les fibres avant de passer dans une ouvreuse plus fine pour mélanger plus intimement l’ensemble. Le tout est ensuite transporté par air vers la nappeuse. La nappeuse permet de créer une nappe homogène constituée du mélange cheveux et laine dans les proportions choisies au départ. Lors de la phase de consolidation, les couches de fibres nappées sont ensuite consolidées à l’aide d’une multiplicité de ponts 5 transversaux aux couches répartis sur l’ensemble de la surface du film. Pour créer les ponts, on utilise de préférence un procédé d’aiguilletage. La illustre, de façon schématique, un exemple d’opération d’aiguilletage. Il s’agit d’un procédé d’assemblage mécanique permettant d’effectuer une consolidation d'un film non-tissé déjà formé par nappage. Une pluralité d’aiguilles 7 pourvues de crochets 8 sont agencées transversalement au plan principal ou à la surface de l’agencement de fibres, et effectuent un mouvement d’aller-retour à travers le film. Une partie des fibres de laine et/ou de cheveux sont accrochées par les crochets 8 et sont entraînées suivant le mouvement transversal des aiguilles 7, créant ainsi un enchevêtrement avec les fibres de laine ou de cheveux orientées longitudinalement. Les aiguilles sont agencées pour former une surface d’aiguilletage, avec une densité adaptée au produit à fabriquer. Par exemple, certains essais ont été réalisés avec une densité de 3660 aiguilles par m2 pour une première phase d’aiguilletage, et une densité de 7000 aiguilles par m2 pour une seconde phase. Chaque phase comporte avantageusement plusieurs mouvements d’aller-retour des aiguilles. Enfin, les aiguilles peuvent être agencées sur une seule face, ou en opposition, sur les deux faces du film à consolider. La illustre, de façon schématique, un exemple de film 1 obtenu par consolidation avec des aiguilles en opposition. La montre le film 1 en coupe transversale dans le sens de la hauteur. On observe les cheveux 3 et les fibres de laine 4, qui sont globalement dans le sens de la longueur du film. Les ponts 5, formés par les fibres de cheveux et/ou de laine sont agencés dans le sens de hauteur. D’autres procédés peuvent également être utilisés, comme par exemple l’hydroliage ou la consolidation par jets d’eau à haute pression. Selon encore un mode de réalisation avantageux, le film absorbant comporte un mélange de fibres capillaires et de fibres laineuses préalablement dispersées et mélangées pour constituer des lots d’au moins 10 kg de fibres dispersées et mélangées de façon à former un ensemble aléatoire de fibres hétérogènes avant leur mise en forme sous forme de film. Par exemple, lors d’essais, les fibres capillaires utilisées provenaient de cheveux contenus dans des sacs de 1m3 soit environ 100 kg, représentant environ 125000 coupes de cheveux avec des teneurs différentes et une source d’homogénéité fiable et récurrente. Les cheveux à recycler sont le plus souvent issus de salon de coiffure. Le regroupement des cheveux ainsi récupérés permet d’utiliser des cheveux de multiples personnes, avec des caractéristiques, en particulier de couleurs, très variées, et permet d’obtenir un paillage de caractéristiques de couleurs et de résistance mécanique plus uniformes. La densité du film absorbant tel que préalablement décrit se situe entre 0,07g/cm3 et 0,15g/cm3, et plus préférentiellement entre 0,09 et 0,12 g/cm3. Tests comparatifs de résistance mécanique La présente un tableau comparatif issu d’essais réalisés avec des films absorbants selon l’invention. Le tableau illustre d’une part les valeurs de résistance dans le sens machine ou longueur et dans le sens transversal ou largeur en N/50mm (échelle de gauche) et les valeurs d’allongement dans le sens machine ou longueur et dans le sens transversal ou largeur en pourcentage (échelle de droite). Les comparaisons ont été effectuées avec des films comportant diverses proportions de laine et de cheveux, à savoir 20% de laine avec 80% de cheveux, 30% de laine avec 70% de cheveux, 40% de laine avec 60% de cheveux, et 50% de laine avec 50% de cheveux. On observe que la résistance mécanique augmente dès qu’on prévoit un mélange de fibres avec plus de 20% de laine, plus préférentiellement un taux supérieur à 30% de laine et encore plus préférentiellement au moins 40% de laine. On observe en outre que l’ajout de laine effilochée améliore considérablement les propriétés mécaniques du non tissé (par un facteur 3 à 30% de laine et par un facteur de presque 8 à 50% en sens machine). Cette augmentation est particulièrement avantageuse pour la résistance mécanique dans le sens de la longueur, ce qui permet de manipuler les films de grande longueur sans risque de créer des ruptures accidentelles. Ces propriétés de haute résistance sont particulièrement avantageuses pour permettre de récupérer les films imbibés d’hydrocarbures sans risque de rupture. Selon les tests effectués, en sens machine, on obtient par exemple une résistance à une charge de 15 N/50mm pour un film avec 70% de cheveux et 30% de laine (densité de 316g/m2) et de 25 N/50mm pour un film avec 60% de cheveux et 40% de laine (densité de 390 g/m2), comparativement à une résistance de seulement 5 N/50mm pour un film avec 80% de cheveux et 20% de laine (densité de 300 g/m2). On obtient par exemple un allongement dans le sens machine supérieure à 80% pour un film avec 60% de cheveux et 40% de laine (densité 390g/m2), et un allongement dans le sens machine équivalente à 90% pour un film avec 50% de cheveux et 50% de laine (densité de 340g/m2), comparativement à un allongement dans le sens machine de seulement 50% pour un film avec 80% de cheveux et 20% de laine (densité de 300g/m2). Tests comparatifs d’absorption Des essais ont été réalisés afin de vérifier les propriétés absorbantes des films préalablement décrits. Une référence, avec un film synthétique en polypropylène a été utilisée, afin de démontrer les performances au moins équivalente d’un produit naturel et biodégradable. Huile utilisée : 10W40 Poids des films absorbants (en PP) : 3g. Taille des films absorbants (en PP) : 10 cm x 10 cm. Quatre films de ce type ont été utilisés. Poids des films absorbants (non-tissé consolidé cheveux et laine) : 3g. Taille des films absorbants (non-tissé consolidé cheveux et laine) : 9 cm x 9 cm. Quatre films de ce type ont été utilisés. Les essais ont été réalisés selon deux protocoles, à savoir selon la méthode EDANA version américaine, et selon la méthode EDANA version européenne. Protocole 1 : Test selon la méthode EDANA (version américaine): deux minutes d’immersion dans l’huile de préférence 20W50 (soit une minute sur chaque face) mais sans égouttage. Huile utilisée : 10W40. Matériau Poids initial Poids final Capacité d’absorption Polypropylène 3g 48g X16 Polypropylène 3g 50g X16,66 50% cheveux / 50% laine 3g 58g X19,33 50% cheveux / 50% laine 3g 57g X19 Protocole 2 : Test selon la méthode EDANA (version européenne): deux minutes d’immersion dans l’huile de préférence 20W50 (soit une minute sur chaque face) et deux minutes d’égouttage à la verticale. Huile utilisée : 10W40. Matériau Poids initial Poids final Capacité d’absorption Polypropylène 3g 30g X10 Polypropylène 3g 35g X11,66 50% cheveux / 50% laine 3g 30g X10 50% cheveux / 50% laine 3g 33g X11 Constatations suite aux essais Les films absorbants selon l’invention ont une capacité d’absorption et de rétention au moins équivalente, voire supérieure à celle des films en polypropylène. Pour des situations visant à réduire l’utilisation de produits non naturels et/ou non écologiques, on constate que les films selon l’invention présentent une alternative biodégradable particulièrement avantageuse. Film absorbant Fibres naturelles non tissées Cheveux Laine Ponts Laizes Aiguilles Crochet --- Nappe d’hydrocarbure Bateau de service Film (1) absorbant d’hydrocarbures constitué d’un agencement de fibres (2) naturelles non tissés formant un plan longitudinal, ledit agencement comportant des cheveux (3) et des fibres laineuses (4) mélangés et assemblés en agencement non tissé et consolidé, les fibres laineuses constituants un taux supérieur à 20% des fibres, et plus préférentiellement un taux supérieur à 30% des fibres, et encore plus préférentiellement un taux supérieur à 40% des fibres du film. Film absorbant selon la revendication 1, dans lequel la consolidation du film est réalisée par la présence d’une pluralité de ponts (5) traversant au moins une partie des couches de fibres, lesdits ponts étant répartis sur l’ensemble de la surface du film absorbant. Film absorbant selon la revendication 2, dans lequel les ponts (5) traversant sont réalisés par aiguilletage ou hydroliage ou par jets d’air. Film absorbant selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, constitué uniquement de fibres capillaires et laineuses. Film absorbant selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel les fibres laineuses (4) sont des fibres de laine effilochée écrue. Film absorbant selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, enroulé pour former un rouleau facilitant le stockage et déroulable pour mise en place sur une nappe d’hydrocarbure à absorber. Film absorbant selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comportant un mélange de fibres capillaires et de fibres laineuses préalablement dispersés et mélangés pour constituer des lots d’au moins 10 kg de fibres dispersées et mélangées de façon à former un ensemble aléatoire de fibres hétérogènes avant leur mise en forme sous forme de film. Film absorbant selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel le film est formé en laizes (6).