Brevet FR3130183A1 — publié le 20230616

La présente invention concerne un procédé d’extrusion de granulés de bois, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes de : (a) fourniture de morceaux de bois ; (b) broyage et séchage, dans une extrudeuse bi-vis comportant au moins des éléments malaxeurs et des éléments à pas de vis inverse, des morceaux de bois pour obtenir des particules de bois présentant un taux d’eau réduit par rapport aux morceaux de bois ; (d) compression des particules et mise en forme dans au moins une filière pour obtenir des granulés. Figure pour l’abrégé : Fig. 1 Procédé d’extrusion bivis de granulés de bois DOMAINE DE L'INVENTION La présente invention concerne le domaine de l’extrusion bivis de granulés de bois. ETAT DE LA TECHNIQUE Le domaine de la production de granulés de bois à partir de coproduits des scieries, sous forme de sciure ou plaquettes est en pleine expansion (10% de croissance annuelle sur les 5 dernières années et pas de variation de coût de la matière première qui est classée comme déchet de sciage provenant de la transformation du bois). Le bois en forme de granulé est donc valorisable comme source d’énergie en le brûlant, grâce notamment à une chaudière source de performance à la combustion et de moindre impact environnemental avec des rejets gazeux et particulaires, impactants pour l’environnement, minimisés. La chaleur produite par la combustion peut, soit servir à produire de la chaleur pour chauffer, par exemple de l’habitat individuel ou collectif, soit produire un autre type d’énergie comme de l’électricité ou du travail mécanique. Le procédé de fabrication de granulés disponible sur le marché se compose d’une presse circulaire qui force par des galets, deux en général, du bois déjà fortement séché en amont (taux d’humidité résiduel, généralement inférieur à 12% de la masse totale), au travers de multiples filières (trous) disposées de manière radiale dans l’enveloppe métallique circulaire de la presse sur laquelle roule les galets. Les trous peuvent être purement cylindriques ou coniques ou mixtes. Ces filières permettent d’obtenir des granulés avec un diamètre généralement fixé à 6 mm, standard usuel entrant dans les normes qualifiant un granulé bois pour l’énergie. Les coûts d’investissement et les infrastructures pour parvenir au granulé en séchant, convoyant, stockant en attente, de la sciure préalablement préparée à sa transformation finale, sont très élevés. Les infrastructures d’un site de production sont très conséquentes en taille. Associé aux forts volumes traités dans une unité de production, les dimensions des installations génèrent de fortes déperditions énergétiques lors des étapes de séchage et de convoyage. Des volumes de stockage pouvant atteindre plusieurs centaines de m 3 , exigent des besoins fonciers proportionnés. La taille d’une unité de production complète exige des investissements dépassant les dix millions d’euros. Seules les plus grosses scieries, productrices de sciure et actuellement seules concernées par sa transformation, sont capables d’investir et donc de produire. Les scieries de petite et moyenne taille, incapables d’investir et d’amortir, se retrouvent de fait avec des stocks de sciure actuellement non valorisables. Le procédé historique de production de granulé bois pour l’énergie n’offre pas de flexibilité pour la transformation finale dans la presse et donc peu d’options d’amélioration du produit. Il ne permet pas non plus la valorisation de bois issus de feuillus à de rares exceptions. Seule l’utilisation des es essences de bois de résineux est actuellement possible. Les essences de feuillus sont très marginales et considérées comme inadéquates avec les procédés existant actuellement. Par une transformation d’un bois préalablement fortement séché et donc très dur, les ruptures mécaniques, en particulier des roulements à billes des galets, sont régulières générant des interruptions de production courantes aléatoires et des coûts de maintenance impactants les coûts globaux. ANISOTROPIE NATURELLE DU BOIS ET CONSEQUENCE DANS LES PROCEDES Le bois est en soi un matériau hétérogène à toutes les échelles, moléculaire à macroscopique, et anisotrope. Il est constitué de trois composants principaux : cellulose, hémicellulose et lignine avec des effets d’orientation des fibres de cellulose qui le constituent qui le rendent anisotrope. Cette anisotropie, due au fait que le bois est fibreux, génère des facteurs de forme et une anisométrie des particules de bois obtenues lors d’une étape de sciage ou de broyage. Que ce soit sous forme d’une sciure fine ou grossière ou sous forme de plaquettes, le bois se présente avec des géométries allongées, dans le sens des fibres, ou aplaties. Les coproduits des scieries transformés en granulé par les presses actuelles se présentent tous avec des facteurs de forme permettant de qualifier ce bois transformé, comme anisométrique. Ce point à son importance car il a été démontré que les anisotropies et isométries liées au facteur de forme et à la structure du bois génèrent des forces radiales supplémentaires lorsque ces objets s’écoulent en force, donc sous pression, dans des formes géométriques cylindriques telles que des filières pouvant conformer le bois (voir le document Effect of Fiber Orientation on Compression and Frictional Properties of Sawdust Particles in Fuel Pellet Production, DOI 10.1021/ef800923v 2009 ). Les forces radiales au sens de l’écoulement assurant la mise en forme, génèrent donc davantage de frottement avec trois conséquences : d’avantage d’énergie requise pour produire à un débit fixé, de la dégradation du produit par de l’auto-échauffement lié au frottement (brunissement en surface du produit) et, du fait d’un coût énergétique supplémentaire inutile, une capacité maximale de production de la machine, qui exerce l’action mécanique, réduite. L’anisotropie du bois est donc présente naturellement mais, en plus, les procédés de production actuel de granulés bois subissent cette anisotropie responsable d’un facteur de forme de la matière entrante qui n’a jamais pu être à ce jour supprimé par une action avale à la transformation finale en granulé. Dans le contexte d’optimiser les coûts énergétiques et d’intensifier les procédés, il devient nécessaire de fournir un procédé permettant de fabriquer plus aisément des granulés des bois à partir d’une ressource idéalement isométrique, en partant d’un bois anisotrope qui est naturellement sous une forme de particules anisométriques, en utilisant l’eau qu’il peut contenir naturellement après sciage (i.e. sans ajout d’eau ou d’un autre liquide). Selon un premier aspect, l’invention propose un procédé d’extrusion de granulés de bois, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes de : (a) fourniture de morceaux de bois ; (b) broyage et séchage, dans une extrudeuse bi-vis comportant au moins des éléments malaxeurs et des éléments à pas de vis inverse, des morceaux de bois pour obtenir des particules de bois présentant un taux d’eau réduit par rapport aux morceaux de bois ; (c) compression des particules et mise en forme dans au moins une filière pour obtenir des granulés. Selon des caractéristiques avantageuses et non limitatives : L’étape (a) de fourniture de morceaux de bois comprend uniquement la fourniture de morceaux de bois tel quel sans adjonction d’un fluide. Le broyage de l’étape (b) est réalisé en appliquant un effort de cisaillement sur les morceaux de bois, grâce aux éléments malaxeurs de l’extrudeuse, les morceaux de bois étant concomitamment déplacés selon une direction axiale, par rapport à l’axe des vis de l’extrudeuse, mais retenus par les des éléments à pas de vis inverse. Lors de l’étape (b) le séchage est réalisé en utilisant une chaleur générée par le broyage jusqu’à une température d’au moins 100°C. L’étape (b) comprend au moins une phase d’évacuation d’une eau extraite des fibres de bois, à l’extérieur de l’extrudeuse. L’étape (c) de compression est réalisée en appliquant un effort de compression radial, par rapport à l’axe des vis de l’extrudeuse, de sorte à pousser les particules de bois selon une direction radiale, par rapport à l’axe des vis de l’extrudeuse, dans l’au moins une filière pour former au moins un jonc extrudé et obtenir après coupe, lesdits granulés. Le procédé comprend une étape (d) de séchage des granulés à la sortie de la filière, en particulier jusqu’à un taux d’humidité inférieur à 12%. Les morceaux de bois fournis à l’étape (a) présentent un taux d’humidité supérieur à 40%, préférentiellement de l’ordre de 55%, et les particules de bois obtenues en sortie de l’étape (b) présentent un taux d’humidité inférieur à 40%, préférentiellement entre 30 et 35%. Les particules de bois obtenues en sortie de l’étape (b) présentent une forme ovoïde, voire sensiblement sphérique. Les étapes (a) et (b) sont répétées plusieurs fois avec les mêmes morceaux de bois et particules, avant de passer à l’étape (c). Selon un deuxième aspect, est proposée une extrudeuse bi-vis adaptée pour mettre en œuvre le procédé d’extrusion de granulés de bois selon le premier aspect. Selon un troisième aspect, est proposé un granulé de bois obtenu selon le procédé d’extrusion de granulés de bois selon le premier aspect. Selon des caractéristiques avantageuses et non limitatives, le granulé présente un taux d’humidité inférieur à 12% après séchage final et une densité d’au moins 0,7 et préférentiellement supérieure à 0.8. DESCRIPTION DES FIGURES D’autres caractéristiques, buts et avantages de l’invention ressortiront de la description qui suit, qui est purement illustrative et non limitative, et qui doit être lue en regard des dessins annexés sur lesquels : La représente un exemple d’extrudeuse bi-vis présentant les différents types d’éléments usuels constituant un profil de vis pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention. La représente un exemple d’élément malaxeur d’une extrudeuse bi-vis pour la mise en œuvre du procédé selon l’invention. La représente schématiquement les étapes d’un mode de réalisation du procédé selon l’invention. Procédé d’extrusion de granulés de bois, le procédé étant caractérisé en ce qu’il comprend au moins les étapes de : (a) fourniture de morceaux de bois ; (b) broyage et séchage, dans une extrudeuse bi-vis comportant au moins des éléments malaxeurs et des éléments à pas de vis inverse, des morceaux de bois pour obtenir des particules de bois présentant un taux d’eau réduit par rapport aux morceaux de bois ; (c) compression des particules et mise en forme dans au moins une filière pour obtenir des granulés. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l’étape (a) de fourniture de morceaux de bois comprend uniquement la fourniture de morceaux de bois tel quel sans adjonction d’un fluide. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 et 2, dans lequel le broyage de l’étape (b) est réalisé en appliquant un effort de cisaillement sur les morceaux de bois, grâce aux éléments malaxeurs de l’extrudeuse, les morceaux de bois étant concomitamment déplacés selon une direction axiale, par rapport à l’axe des vis de l’extrudeuse, mais retenus par les des éléments à pas de vis inverse. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, dans lequel lors de l’étape (b) le séchage est réalisé en utilisant une chaleur générée par le broyage jusqu’à une température d’au moins 100°C. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, dans lequel l’étape (b) comprend au moins une phase d’évacuation d’une eau extraite des fibres de bois, à l’extérieur de l’extrudeuse. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 5, dans lequel l’étape (c) de compression est réalisée en appliquant un effort de compression radial, par rapport à l’axe des vis de l’extrudeuse, de sorte à pousser les particules de bois selon une direction radiale, par rapport à l’axe des vis de l’extrudeuse, dans l’au moins une filière pour former au moins un jonc extrudé et obtenir après coupe, lesdits granulés. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, comprenant une étape (d) de séchage des granulés à la sortie de la filière, en particulier jusqu’à un taux d’humidité inférieur à 12%. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, dans lequel les morceaux de bois fournis à l’étape (a) présentent un taux d’humidité supérieur à 40%, préférentiellement de l’ordre de 55%, et les particules de bois obtenues en sortie de l’étape (b) présentent un taux d’humidité inférieur à 40%, préférentiellement entre 30 et 35%. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 8, dans lequel les particules de bois obtenues en sortie de l’étape (b) présentent une forme ovoïde, voire sensiblement sphérique. Procédé selon l’une quelconque des revendications 1 à 9, dans lequel les étapes (a) et (b) sont répétées plusieurs fois avec les mêmes morceaux de bois et particules, avant de passer à l’étape (c). Extrudeuse bi-vis adaptée pour mettre en œuvre le procédé d’extrusion de granulés de bois selon l’une des revendications 1 à 10. Granulé de bois obtenu selon le procédé d’extrusion de granulés de bois selon l’une des revendications 1 à 10. Granulé de bois selon la revendication 12, présentant un taux d’humidité inférieur à 12% et une densité d’au moins 0.7, préférentiellement au moins 0.8.