Brevet FR3148132A1 — publié le 20241101

Film (1) de paillage biodégradable horticole constitué d’un agencement de fibres (2) naturelles non tissés formant un plan longitudinal, ledit agencement comportant des cheveux (3) et des fibres de lin (4) mélangés et assemblés en agencement consolidé non tissé, les fibres de lin constituant un taux massique compris entre 35 et 80% du total des fibres, et plus préférentiellement un taux massique compris entre 45 et 55% de l’ensemble des fibres du film. FIGURE 2 Paillage biodégradable à haute résistance mécanique La présente invention concerne un film de paillage horticole constitué d’un agencement de fibres non tissées. De nombreux types de paillage sont utilisés dans le domaine horticole, pour faciliter la croissance des plantes, les protéger et permettre un meilleur contrôle de l’hygrométrie et de la structure du sol. Le plupart des paillages utilisent des matériaux synthétiques non biodégradables. Par exemple, le document FR2768018 décrit un tapis de paillage horticole, son procédé de réalisation industrielle, son utilisation pour les massifs floraux. Le tapis de paillage est constitué de fragments de matériaux divers, dérivés du bois, matières synthétiques, minéraux, colles sur une toile perméable à l'eau. L'invention concerne également le procédé permettant de réaliser le tapis de paillage consistant après sélection des fragments de matériaux choisis selon leurs caractéristiques physiques, mécaniques, esthétiques, à les imprégner de colle et de colorant puis à les déposer sur une toile perméable à l'eau laquelle est disposée sur un film plastique sur lequel la colle n'adhère pas. Ce paillage est utilisé pour entourer les compositions, décorations florales et leurs bordures. Ce type de film est complexe à réaliser et non biodégradable. D’autres paillages utilisent des matériaux biodégradables. Par exemple, le document EP3469888 décrit un film de paillage biodégradable comportant un substrat de base constitué de papier sur lequel un enduit est appliqué. Le document WO2006076057 décrit un paillage constitué de fibres naturelles biodégradables telles que des cheveux, des poils animaux, des fibres de coco, de coton, de maïs, ou autres. Le document décrit entre autres un paillage comportant des cheveux, des poils animaux et une ou plusieurs fibres naturelles parmi les fibres de coco, de coton, de maïs, ou autres. Les caractéristiques de résistance mécanique de ce type de paillage sont cependant limitées. Le document « Test d’un paillage en laine de mouton aiguilletée », de Florent MORNARD, publié le 30 décembre 2020, décrit un test effectué sur un paillage mono-fibre en laine de mouton. Ce paillage, faisant appel uniquement à des fibres d’origine animale, présente un caractère écologique perfectible. Par ailleurs, les caractéristiques mécaniques de ce paillage mono-fibre étant limitées, le paillage présente des risques de fissures ou ruptures lorsqu’il est manipulé. Le document WO2006076057 décrit un tapis biodégradable en fibres entièrement naturelles destiné à être utilisé dans la germination, l'amélioration de la croissance et la propagation de plantes et d'arbres et la suppression de la croissance des mauvaises herbes. Le tapis comprend une couche généralement plane d'au moins une ou une combinaison de fibres naturelles comprenant, des cheveux humains, des poils d'animaux, de la fibre de coco, des algues, du varech, du coton, de la soie de maïs et de la mousse de tourbe, et en variante peuvent incorporer une pluralité de fibres synthétiques. On connait également des paillages à base de fibres naturelles telles que le chanvre. Ces produits ont pour inconvénient qu’en étant progressivement dégradé, le chanvre appauvrit le sol en azote, privant ainsi d’éventuelles plantes de nutriments essentiels à leur croissance. Pour pallier les différents inconvénients préalablement évoqués (en particulier la tenue mécanique et l’impact sur la quantité d’azote disponible), l’invention prévoit différents moyens techniques. Tout d’abord, un premier objet de l’invention consiste à permettre la mise en œuvre de paillage à faible coût et en faisant une récupération et recyclage des chutes de cheveux des salons de coiffures. Un autre objectif de l’invention consiste à prévoir un paillage comportant des matériaux biodégradables naturels. Un autre objectif de l’invention consiste à prévoir un paillage dont les caractéristiques mécaniques, et notamment la résistance à la traction, sont optimales. Un autre objectif de l’invention consiste à prévoir un paillage dont les caractéristiques mécaniques et visuelles, en particulier en surface, sont homogènes et constantes. Encore un autre objectif de l’invention consiste à prévoir un paillage 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 de paillage biodégradable horticole constitué d’un agencement de fibres naturelles non tissées formant un plan longitudinal, ledit agencement comportant des cheveux et des fibres élémentaires de lin mélangés et assemblés en agencement consolidé non tissé, les fibres élémentaires de lin constituant un taux massique compris entre 35 et 80% du total des fibres, et plus préférentiellement un taux massique compris entre 45 et 55% de l’ensemble 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 massiques prévues permettent encore d’optimiser les performances mécaniques. Enfin, le fait de combiner et enchevêtrer entre elles ces deux types de fibres induit un double effet de maintien, soit celui généré par la consolidation et celui des micro-accrochages entre les fibres. En outre, ce fim présente des propriétés mécaniques quatre à dix fois supérieures aux produits issus d’un mélange cheveux-laine. A grammage équivalent, ce film présente des propriétés mécaniques neuf à seize fois supérieures comparé à des mélanges avec d’autres fibres végétales telles que le coton ou le chanvre. Cela permet d’obtenir un géotextile en fibres naturelles biodégradables, idéal pour une mise en œuvre mécanisée, notamment pour des applications anti-érosion et paillage des sols sur de grandes longueurs. De manière avantageuse, les fibres élémentaires de lin ont une longueur comprise entre 30 et 60 mm et plus préférentiellement entre 40 à 50 mm. Également de manière avantageuse, les fibres de lin ont un diamètre compris entre 10 et 40 microns et plus préférentiellement entre 15 et 25 microns, et encore plus préférentiellement de 20 microns. Selon un mode de réalisation avantageux, le film de paillage biodégradable est constitué uniquement de fibres capillaires et de fibres élémentaires de lin. 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. 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 de paillage. De manière avantageuse, les ponts traversants 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. De manière avantageuse, le film est enroulé pour former un rouleau facilitant le stockage et déroulable pour mise en place sur une surface horticole à habiller. Le paillage non-tissé obtenu peut avoir un grammage allant de 300 à 1500 g/m2, préférentiellement entre 450 et 1000 g/m2 avec des épaisseurs de 5 à 12 mm. Le paillage peut être conditionné sous forme de rouleaux, avec par exemple une largeur allant de 0,5 à 3,6 mètres. Ce type de format est particulièrement adapté au paillage, et permet un bon compromis entre les facilités de stockage par enroulement et les caractéristiques avantageuses de rétention d’eau et protection contre la germination. Tous les détails de réalisation sont donnés dans la description qui suit, complétée par les figures 1 à 8, 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 biodégradables non tissés consolidés de cheveux et de lin ; 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 lin; 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 lin; Fig.4 la est une représentation schématique illustrant une phase de consolidation d’un exemple d’agencement non tissé de cheveux et de lin 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 avec différents types et grammages de fibres combinées à des cheveux ; Fig.6 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 avec différents types de fibres ; Fig.7 la illustre un tableau de synthèse présentant les résultats d’essais pour comparer les propriétés mécaniques de films biodégradables non tissées consolidés de cheveux et de lin avec différentes proportions de fibres ; Fig.8 la illustre de façon schématique les différentes phases lors de la cotonnisation du lin, avec, de gauche à droite de la figure, une tige non coupée, une tige coupée avec ses constituants, une fibre technique et une fibre élémentaire résultante. 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 ensemble 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 fibres de lin et des cheveux non mélangés sont transformés en un mélange homogène de fibres de lin et de cheveux. L’ouvreuse est alimentée en fibres de lin 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. Par « cotonnisé » on entend le procédé permettant de séparer les tiges de lin (classiquement d’un diamètre de 2 à 4 mm) tout d’abord en fibres techniques puis en fibres élémentaires d’un diamètre beaucoup plus fin de l’ordre de 10 à 40 μm, tel qu’illustré à la . Cette opération peut se faire de façon mécanique (la plus classique), chimique ou enzymatique. On entend par « film paillage biodégradable horticole » un film paillage pour sol spécifiquement conçu et adapté pour tout type de cultures (légumes, fruits, arbres, arbustes, fleurs, plantes ou tous types de végétaux), ou pour l'entretien du sol ou pour le terrassement. La illustre un exemple de film 1 biodégradable. Dans cet exemple, deux laizes 6 de film 1 sont posées sur le sol et des cultures 10 sont réparties sur la surface des laizes. Pour permettre la mise en place et la croissance des cultures, les laizes comportent une pluralité de trous réalisés soit lors de la fabrication, ou lors des plantations. Les films 1 biodégradables sont réalisés à l’aide de fibres naturelles 2 constituées de cheveux 3 et des fibres élémentaires de lin 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 élémentaires de lin 4 enchevêtrées entre elles grâce à une mise en forme avec consolidation. Tout d’abord, avant de réaliser la fabrication du film de paillage, les fibres de lin utilisées sont préférablement cotonnisées et coupées en longueurs régulières de 30 à 60mm, idéalement de 40 à 50mm. Le diamètre des fibres cotonnisées est de préférence de 20μm. Cette phase de cotonnisation permet l’obtention de fibres élémentaires de lin. 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 lin dans les proportions massiques souhaitées. La 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 le lin en prévoyant un taux de lin supérieur à 35% du mélange total. Les proportions utilisées vont de 20 à 65% de cheveux et préférentiellement de 45 à 55% de cheveux. Le complément étant de la fibre de lin. Les fibres capillaire et lin sont dispersées et mélangées pour obtenir une matière homogène. La matière est nappée puis aiguilletée afin de réaliser des liaisons mécaniques, sans ajouts de liants. Les cheveux et les fibres de lin sont disposés dans des chargeuses-peseuses qui permettent d’effectuer un pesage des fibres pour obtenir les proportions massiques souhaitées de chacun des types de fibres (soit le pourcentage de cheveux et le pourcentage de fibre de lin en regard du poids total des cheveux et des fibres de lin), puis les cheveux tombent sur un tapis roulant où ils sont humidifiés pour faciliter la cohésion entre les fibres, puis, les fibres de lin tombent sur le tapis. L’ensemble des fibres (cheveux et lin) passent alors dans une ouvreuse qui permet d’ouvrir et mélanger les fibres. Le mélange est avantageusement transporté 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 soit vers une cardeuse-nappeuse, soit avantageusement directement par air vers la nappeuse. La nappeuse permet de créer une nappe homogène constituée du mélange cheveux et lin 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 lin 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 lin 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 concluants ont été réalisés avec une première planche de 3660 aiguilles par mètre, et une seconde planche de 7000 aiguilles par mètre avec une densité d’aiguilletage de 110 coups/cm2. 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 lin 4, qui sont globalement dans le sens de la longueur du film. Les ponts 5, formés par les fibres de cheveux et/ou de lin 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 biodégradable comporte un mélange de fibres capillaires et de fibres de lin 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. Tests comparatifs de résistance mécanique Le tableau de la présente les résultats de tests comparatifs entre un paillage cheveux-lin selon l’invention et un paillage connu cheveux-laine pour différents grammages. On constate que l’effort maximal en traction uniaxiale est de quatre à dix fois supérieur avec le paillage cheveux-lin. Les figures 5, 6 et 7 présentent des tableaux comparatifs issus d’essais réalisés avec des paillages selon l’invention. Le tableau de la présente les résultats de tests comparatifs entre un paillage cheveux-lin selon l’invention et différents paillages cheveux-fibres végétales pour différentes fibres (coton, chanvre, lin classique). On constate que l’effort maximal en traction uniaxiale est de neuf à seize fois supérieur comparé à des mélanges avec d’autres fibres végétales (coton, chanvre) et quatre fois supérieur avec le paillage cheveux-lin classique (non préparé) de grammage identique. Le tableau de la présente les résultats de tests comparatifs entre un paillage cheveux-lin ayant une proportion 65% cheveux et 35% lin avec un paillage cheveux-lin ayant une proportion 50% cheveux et 50% lin. On constate que l’effort maximal en traction uniaxiale est trois fois supérieurs avec le paillage dont la proportion de lin est plus élevée. Le tableau ci-dessous présente une synthèse d’essais effectués avec plusieurs mélanges et grammages afin de démontrer les gains en tenue mécanique du paillage nouvellement conçu : Mélange pour paillage biodégradable Grammage (g/m2) UTS (N/5cm) Cheveux-Laine 450 2,8 600 5,0 1000 18,9 Cheveux-Chanvre 450 4,9 600 6,2 1000 15,3 Cheveux-Coton 600 3,4 Cheveux-Lin Classique 450 8,2 600 13,7 1000 20,8 Cheveux 65% - Lin préparé 35% 450 10,2 Cheveux 50% - Lin préparé 50% 450 30,7 600 55,0 1000 83,1 On observe grâce à ces essais qu’un niveau de résistance mécanique à la rupture supérieur à 20 N/5cm, et préférentiellement supérieur à 30 N/5cm et encore plus préférentiellement supérieur à 50 N/5cm peut être atteint avec le paillage nouvellement conçu. On observe en outre que les autres mélanges de fibres requièrent des grammages plus élevés que le mélange avec le lin préparé pour obtenir une bonne tenue mécanique. Cette augmentation de l’effort maximal en traction 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 dans les applications où des films de grandes longueurs doivent être manipulés et souvent déplacés en les tirant sur le sol, avec de fortes sollicitations mécaniques. Cela permet d’obtenir un géotextile en fibres naturelles biodégradables, idéal pour une mise en œuvre mécanisée, notamment pour des applications anti-érosion et paillage des sols sur de grandes longueurs. Film (1) de paillage biodégradable horticole constitué d’un agencement de fibres (2) naturelles non tissées formant un plan longitudinal, ledit agencement comportant des cheveux (3) et des fibres élémentaires de lin (4) mélangés et assemblés en agencement consolidé non tissé, les fibres élémentaires de lin étant cotonnisées et constituant un taux massique compris entre 35 et 80% du total des fibres, et plus préférentiellement un taux massique compris entre 45 et 55% de l’ensemble des fibres du film. Film de paillage biodégradable selon la revendication 1, dans lequel les fibres élémentaires de lin ont une longueur comprise entre 30 et 60 mm et plus préférentiellement entre 40 à 50 mm. Film de paillage biodégradable selon l’une quelconque des revendications 1 ou 2, dans lequel les fibres élémentaires de lin ont un diamètre compris entre 10 et 40 microns et plus préférentiellement entre 15 et 25 microns, et encore plus préférentiellement de 20 microns. Film de paillage biodégradable selon l’une quelconque des revendications 1 à 3, constitué uniquement de fibres capillaires et de fibres élémentaires de lin. Film de paillage biodégradable selon l’une quelconque des revendications 1 à 4, 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 de paillage. Film de paillage biodégradable selon la revendication 5, dans lequel les ponts (5) traversant sont réalisés par aiguilletage ou hydroliage ou par jets d’air. Film de paillage biodégradable selon l’une quelconque des revendications 1 à 6, enroulé pour former un rouleau facilitant le stockage et déroulable pour mise en place sur une surface horticole à habiller. Film de paillage biodégradable selon l’une quelconque des revendications 1 à 7, formé en laizes (6).