Brevet FR3162449A1 — publié le 20251128

L’invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau isolant thermique et/ou acoustique contenant essentiellement des fibres de bananier, consistant à : (a) recueillir des fibres de bananier contenant une teneur en eau supérieure à 30 % en poids, (b) soumettre les fibres à un premier pressage mécanique effectué de manière à réduire la teneur en eau des fibres entre 15% et 30% en poids, (c) conformer les fibres obtenues à l’étape (b) sous forme de plaque ou de panneau en les soumettant à un deuxième pressage mécanique, ledit pressage étant effectué sous une pression comprise entre 1000 Kg/cm² et 6000 Kg/cm², pendant une durée comprise entre 2 minutes et 30 minutes, à une température comprise entre 150°C et 200°C. Procédé de fabrication d’un matériau isolant thermique et/ou acoustique Domaine technique. L’invention a pour objet un procédé de fabrication d’un matériau isolant thermiquement et/ou acoustiquement contenant essentiellement des fibres de bananier. Le domaine technique de l'invention est celui de la fabrication de matériaux de construction à base de fibres végétales, en particulier de matériaux utilisés comme isolant thermique et/ou acoustique pour les constructions d'habitations et de locaux industriels, pour l'industrie automobile, véhicules industriels, aéronautique et/ou spatiale ou encore le confinement de matériels ou enceintes portés à hautes ou basses températures, ainsi que d’autres applications nécessitant des matériaux légers, écologiques et dotés de bonnes propriétés isolantes. État de la technique. On connaît des matériaux de construction isolants à base de fibres végétales telles que les fibres de chanvre ou de coton ainsi que les fibres de coco, de palmier, ou d'Abaca (Chanvre de Manille). Les fibres de chanvre constituent de bons isolants thermiques et acoustiques, entièrement naturels et donc facilement recyclables. Toutefois, leur production nécessite de très lourds moyens ; en effet, il faut cultiver le chanvre, le récolter puis extraire les fibres avant de les mettre en forme. Les laines de coton présentent l'avantage de pouvoir être produites à partir de fibres de coton recyclées obtenues par exemple par effilochage de vieux tissus, nettoyage et compactage des fibres. Néanmoins, ces laines de coton sont chères et présentent une très faible tenue mécanique. Enfin, les isolants à base de fibres de coco, de palmiers ou d'Abaca sont très chers et nécessitent de très lourds moyens pour réaliser l'extraction et le traitement des fibres. On connaît également dans l'art antérieur, des matériaux isolants à base de fibres végétales issues de bananier tels que les documents brevets FR2846685, WO2005/092985, ou encore WO2011/141644. La variabilité des propriétés des fibres de bananier peut entraîner des performances incohérentes et/ou non homogènes des matériaux isolants obtenus avec les procédés de l’art antérieur. En outre, ces procédés connus peuvent être longs et complexes à mettre en œuvre. L’invention vise à remédier à cet état des choses. En particulier, un objectif de l’invention est de proposer un procédé de fabrication permettant d’obtenir un matériau isolant ayant des propriétés uniformes et répétables, quelle que soit la provenance des fibres de bananiers. Un autre objectif de l’invention est de proposer un procédé de fabrication qui soit simple et rapide à mettre en œuvre. Encore un autre objectif de l’invention est de proposer un procédé de fabrication permettant d’obtenir un matériau isolant dont les propriétés isolantes et mécaniques sont améliorées en comparaison de ceux de l’art antérieur. Présentation de l’invention. Après de multiples essais et tentatives, le demandeur a mis au point un procédé de fabrication lui permettant d’atteindre les objectifs précités. Ainsi, l’invention concerne un procédé de fabrication d’un matériau isolant thermique et/ou acoustique contenant essentiellement des fibres de bananier, consistant à : (a) recueillir des fibres de bananier contenant une teneur en eau supérieure à 30 % en poids ; (b) soumettre les fibres à un premier pressage mécanique effectué de manière à réduire la teneur en eau des fibres entre 15% et 30% en poids ; (c) conformer les fibres obtenues à l’étape (b) sous forme de plaque ou de panneau en les soumettant à un deuxième pressage mécanique, ledit pressage étant effectué sous une pression comprise entre 1000 Kg/cm² et 6000 Kg/cm², pendant une durée comprise entre 2 minutes et 30 minutes, à une température comprise entre 150°C et 200°C. Ce procédé simple et rapide à mettre en œuvre permet d’obtenir des plaques ou panneaux isolants ayant des valeurs de coefficient de conductivité thermique (λ) de l’ordre de 0,04 W/(m.K), cette valeur variant de moins de 3% quelle que soit la provenance des fibres de bananier. Les plaques ou panneaux isolants obtenus présentent également de très bons résultats en termes de résistance à la combustion (propagation de flamme et contribution au feu) et de propriétés mécaniques. D’autres caractéristiques avantageuses de l’invention sont listées ci-dessous. Chacune de ces caractéristiques peut être considérée seule ou en combinaison avec les caractéristiques remarquables définies ci-dessus. Chacune de ces caractéristiques contribue, le cas échéant, à la résolution de problèmes techniques spécifiques définis plus avant dans la description et auxquels ne participent pas nécessairement les autres caractéristiques définies ci-dessus. Les caractéristiques suivantes peuvent ainsi faire l’objet, le cas échéant, d’une ou plusieurs demandes de brevet divisionnaires : Selon un mode de réalisation, le deuxième pressage mécanique est effectué sous une pression comprise entre 2000 Kg/cm2 et 3000 Kg/cm², pendant une durée comprise entre 4 minutes et 6 minutes, à une température comprise entre 165°C et 180°C. Selon un mode de réalisation, le premier pressage mécanique est effectué de manière à réduire la teneur en eau des fibres à 20% en poids. Selon un mode de réalisation, l’étape (a) consiste à recueillir des fibres de bananier ayant une longueur moyenne comprise entre 10 mm et 20 mm. Selon un mode de réalisation, le second pressage mécanique est suivi d’une étape de refroidissement contrôlé de la plaque ou du panneau. Selon un mode de réalisation, avant l’étape (c), les fibres obtenues à l’étape (b) sont mélangées à un polymère, la teneur en polymère dudit mélange étant inférieure à 30% en poids. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend en outre une étape consistant à associer la plaque ou le panneau obtenu à l’étape (c), d’une épaisseur comprise entre 10 mm et 30 mm, à un panneau préfabriqué en plâtre. Un autre aspect de l’invention concerne l’utilisation du matériau obtenue selon le procédé conforme à l’une des caractéristiques précitées, comme matériau ignifuge. Description des modes de réalisation. Le matériau obtenu selon le procédé objet de l’invention contient essentiellement des fibres de bananier. Par « essentiellement », on entend que le matériau comprend au moins 50% en poids de fibres de bananier, avantageusement au moins 80% en poids, de préférence au moins 90% en poids, et le cas échéant 100% en poids. Une telle proportion confère au matériau une très faible toxicité pour l'environnement, et une très bonne recyclabilité, même lorsque les fibres sont mélangées avec un liant. De plus, cela réduit fortement les coûts de matière première et donc de production du matériau. Ce matériau peut être utilisé dans de nombreux domaines, en particulier comme isolant thermique, isolant acoustique, ignifuge, comme matériau de calorifugeage pour l’isolation de réseaux de distribution de chaleur ou de froids. Les plaques ou panneaux obtenus sont préférentiellement utilisés dans le domaine de construction d’habitation ou de bâtiments, mais d’autres applications peuvent convenir à la personne du métier, par exemple comme éléments structurels de véhicules. À titre d’exemples non limitatifs, les plaques ou panneaux obtenus sont utilisés pour réaliser le confinement de conduits de chaudières ou de cheminées, de ballons d'eau chaude pour particuliers ou professionnels, dans l'industrie aéronautique ou automobile pour le confinement de moteurs thermiques, de conduits d'échappement ou autres, pour l'isolation de dispositifs de production de froid comme les chambres froides, les réfrigérateurs, les voitures et camions frigorifiques, comme dalles plafond pour l’isolation acoustique de salles, en placage ou en revêtement pour la réalisation de portes et de cloisonnements coupe-feu ou pour le confinement d'habitacles d'automobiles. Selon un mode préféré de réalisation, la plaque ou le panneau obtenu par le procédé selon l’invention, d’une épaisseur comprise entre 10 mm et 30 mm, est associé à un panneau préfabriqué en plâtre (type BA10, BA13), de manière à obtenir un panneau isolant composite permettant de s’affranchir de l’utilisation classique de laine de roche pour isoler une habitation. Contrairement à la laine de roche qui nécessite un espace supplémentaire (généralement compris entre 80 mm et 400 mm) pour son installation et l'intégration dans des structures murales ou de planchers, ce panneau composite (d’une épaisseur comprise entre 25 mm et 50 mm) permet de réduire significativement l'épaisseur totale des murs. Cela se traduit par un gain significatif de mètres carrés de surface habitable dans les habitations ou bâtiments, tout en assurant une isolation performante et durable. Le procédé comprend une étape consistant à recueillir des fibres de bananier. Selon un mode de réalisation, ces fibres sont obtenues par broyage et/ou effilochage de pseudo-troncs et de tiges florales de bananiers (fruitiers ou non fruitiers). Les fibres obtenues contiennent généralement une teneur en eau supérieure à 30 % en poids. Les meilleurs résultats en termes de propriétés isolantes et mécaniques sont obtenus lorsque les fibres recueillies ont une longueur moyenne comprise entre 10 mm et 20 mm. Par « longueur moyenne », on entend qu’au moins 50% des fibres, préférentiellement au moins 70%, de préférence au moins 80%, ont une longueur comprise entre 10 mm et 20 mm. Des fibres dans cette plage de longueur permettent une dispersion uniforme et une interconnexion efficace entre les fibres lors du second pressage mécanique mentionné plus avant dans la description. Cela conduit à une structure plus dense et homogène dans les plaques ou panneaux formés, améliorant leur capacité à piéger l'air et, par conséquent, leurs propriétés isolantes thermiques et acoustiques. De plus, cette longueur de fibre contribue à renforcer les propriétés mécaniques du matériau en augmentant la résistance à la traction et à la flexion, tout en maintenant une certaine flexibilité. Certains des résultats d’essais et tests de conductivité thermique et d'absorption acoustique sont présentés dans le tableau 1 ci-dessous. Tableau 1 Propriétés Fibres de 15 mm Fibres de 1 mm Fibres de 40 mm Conductivité thermique (W/(m·K)) 0,041 0,048 0,052 Coefficient d'absorption acoustique (αw) 0,8 0,7 0,6 Les matériaux obtenus avec des fibres de longueur moyenne 15 mm montrent une conductivité thermique inférieure à celle des matériaux obtenus avec des fibres de longueur moyenne 1 mm et des fibres de longueur moyenne 40 mm, et de fait une meilleure performance d’isolation thermique. De même les matériaux obtenus avec des fibres de longueur moyenne 15 mm présentent un coefficient d'absorption acoustique supérieur à ceux des matériaux obtenus avec des fibres de longueur moyenne 1 mm et des fibres de longueur moyenne 40 mm, et de fait une meilleure performance d’isolation acoustique. Après avoir recueilli les fibres de bananiers, celles-ci sont soumises à un premier pressage mécanique effectué de manière à réduire leur teneur en eau entre 15% et 30% en poids. Ce pressage peut être réalisé simplement en plaçant les fibres dans une presse mécanique en les passant dans un laminoir. Cette réduction de la teneur en eau initiale permet de préparer les fibres pour les étapes suivantes du procédé et contribue à améliorer leur adhérence et la cohésion du matériau final, avec notamment une densité plus homogène dudit matériau. Le demandeur a constaté qu’une réduction excessive du taux d’humidité, par exemple suite à un séchage, peut rendre les fibres fragiles et cassantes. En maintenant une teneur en eau entre 15 % et 30 %, les fibres conservent une certaine flexibilité. De plus, une teneur en eau résiduelle aide à la cohésion des fibres pendant le pressage final, facilitant la formation de liaisons inter-fibres solides. Cela est particulièrement important pour garantir une structure homogène et dense dans les panneaux ou plaques. En outre, il a été constaté que cette teneur en eau résiduelle assure une répartition uniforme de la pression et de la température lors du deuxième pressage. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque le premier pressage mécanique est effectué de manière à réduire la teneur en eau des fibres à 20% en poids. Les fibres obtenues après le premier pressage mécanique sont ensuite conformées sous forme de plaque ou de panneau en les soumettant à un deuxième pressage mécanique. Ce deuxième pressage est effectué sous une pression comprise entre 1000 Kg/cm² et 6000 Kg/cm², pendant une durée comprise entre 2 minutes et 30 minutes et à une température comprise entre 150°C et 200°C. Dans ces conditions spécifiques, on obtient une plaque ou panneau relativement rigide (dureté Shore A comprise entre 80 et 90) qui présente d'excellentes propriétés mécaniques. En particulier, la plaque ou panneau obtenu ne se délite pas et offre une très bonne tenue mécanique, ce qui le rend particulièrement adapté pour des applications dans la construction et l'isolation. Les conditions optimisées de pression, de température et de temps de chauffage favorisent la cohésion interne et l'adhérence naturelle des fibres de bananier entre elles, sans qu'il soit nécessaire d'ajouter des liants. Le deuxième pressage mécanique peut être mis en œuvre au moyen de presses mécaniques ou hydrauliques permettant d’appliquer de manière uniforme et constante une grande pression sur les fibres. Selon un mode de réalisation, les fibres sont installées dans un moule plat (pour obtenir des plaques ou panneaux plats) ou un moule profilé (pour obtenir des plaques ou panneaux ayant des profils particuliers, par exemple ondulés, courbes, …). Selon un mode de réalisation, le moule est conformé de manière à ce que la plaque ou le panneau présente une ou plusieurs alvéoles ou cavités pour le passage de poteau ou piquet de renfort (par exemple métallique) et/ou une ou plusieurs rainures pour le passage d’armature métallique de renfort. Selon un autre mode de réalisation, un ou plusieurs poteaux ou piquets de renfort plastiques ou métalliques et/ou une armature métallique de renfort sont installés dans le moule de manière à ce que les fibres soient pressées et chauffées autour de ces éléments pour former un ensemble monolithique. Une telle plaque ou panneau renforcé peut alors servir comme élément porteur ou structurant dans le domaine de la construction. Dans les conditions spécifiques du deuxième pressage mécanique, la conductivité thermique de la plaque ou du panneau varie entre 0,041 W/m·K. et 0,045 W/m·K (selon la norme ISO 8301) et le coefficient d'absorption acoustique αw varie entre 0,75 et 0,8 (selon la norme ISO 11654). Les meilleurs résultats en termes de conductivité thermique (λ ≈ 0,041 W/m·K) et d'absorption acoustique (αw ≈ 0,8) sont obtenus lorsque le deuxième pressage mécanique est effectué sous une pression comprise entre 2000 Kg/cm2 et 3000 Kg/cm², pendant une durée comprise entre 4 minutes et 6 minutes, à une température comprise entre 165°C et 180°C. Les plaques ou panneaux isolants obtenus dans les conditions spécifiques du deuxième pressage mécanique présentent également de très bons résultats en termes de résistance à la combustion (propagation de flamme et contribution au feu) et de propriétés mécaniques. Les tests suivants ont été réalisés sur des échantillons contenant 100% en poids de fibres de bananier : - un test d’inflammabilité verticale (IEC 60695-11-10), consistant à évaluer le temps de combustion et la goutte de particules enflammées pour des échantillons verticalement orientés. Les niveaux suivants sont retenus : V-0 (arrêt de la flamme - Test de propagation de flamme (EN 13501-1), consistant à mesurer la vitesse de propagation de la flamme et la densité de la fumée pour les matériaux de construction. Les niveaux suivants sont retenus : Classe A (Propagation de flamme : 0-25), Classe B (Propagation de flamme : 26-50), Classe C (Propagation de flamme : 51-75). Les résultats font apparaître que les plaques ou panneaux isolants atteignent le niveau V-0 au test d’inflammabilité et le niveau Classe A au test de propagation de flamme. Il en ressort que le matériau obtenu selon le procédé objet de l’invention peut être obtenu comme matériau ignifuge. Après le deuxième pressage mécanique, la plaque ou le panneau est ensuite démoulé et peut être conservé et stocké en l'état en vue de leurs utilisations futures, ou bien découpé selon des formats particuliers, par exemple en dalles ou panneaux de dimensions standards. Ils peuvent également le cas échéant subir un post-traitement ou encore être enduits pour améliorer leur esthétisme. Selon un mode de réalisation, le second pressage mécanique est suivi d’une étape de refroidissement contrôlé de la plaque ou du panneau. Ce refroidissement contrôlé peut être réalisé en plaçant la plaque ou le panneau dans une chambre climatique ou en le soumettant à un flux d'air contrôlé. Les meilleurs résultats sont obtenus lorsque la vitesse de refroidissement est comprise entre 5°C et 10°C par heure, jusqu'à atteindre la température ambiante. Le demandeur a constaté que ce refroidissement contrôlé favorisait une meilleure cohésion entre les fibres, consolidant davantage la structure de la plaque ou du panneau et renforçant la stabilité mécanique et la résistance aux forces de traction, de compression et de flexion. Selon un mode de réalisation, les fibres obtenues après le premier pressage mécanique sont mélangées à un polymère avant de subir le deuxième pressage mécanique. C’est donc le mélange fibre de bananier + polymère qui subit le deuxième pressage mécanique. Le matériau composite obtenu est alors plus rigide, avec une résistance mécanique plus élevée. Le polymère utilisé est préférentiellement choisi dans la famille suivante : nitrile, PVC (polychlorure de vinyle), FKM (fluoroélastomères), EPDM (éthylène-propylène-diène monomère), caoutchouc naturel, silicone, PPD-T (poly(p-phénylènetéréphtalamide)). Le nitrile, PVC et FKM confèrent au matériau une protection accrue contre l'absorption d'eau, la moisissure et la dégradation due aux intempéries, augmentant ainsi sa durée de vie. L’EPDM, le caoutchouc naturel et le silicone confèrent une élasticité accrue au matériau, lui permettant de mieux absorber les chocs et les vibrations. Le PPD-T augmente les propriétés mécaniques du matériau obtenu, notamment sa rigidité, ainsi que les propriétés d’isolation thermique. L’agencement des différents éléments et/ou moyens et/ou étapes de l’invention, dans les modes de réalisation décrits ci-dessus, ne doit pas être compris comme exigeant un tel agencement dans toutes les implémentations. Diverses variantes peuvent être prévues. En outre, une ou plusieurs caractéristiques et/ou étapes exposées seulement dans un mode de réalisation peuvent être généralisées aux autres modes de réalisation. De même, une ou plusieurs caractéristiques et/ou étapes exposées seulement dans un mode de réalisation peuvent être combinées avec une ou plusieurs autres caractéristiques et/ou étapes exposées seulement dans un autre mode de réalisation. L’usage du verbe « comporter », « comprendre » ou « inclure » et de ses formes conjuguées n’exclut pas la présence d’autres éléments ou d’autres étapes que ceux énoncés dans une revendication. Procédé de fabrication d’un matériau isolant thermique et/ou acoustique contenant essentiellement des fibres de bananier, consistant à : (a) recueillir des fibres de bananier contenant une teneur en eau supérieure à 30 % en poids, (b) soumettre les fibres à un premier pressage mécanique effectué de manière à réduire la teneur en eau des fibres entre 15% et 30% en poids, (c) conformer les fibres obtenues à l’étape (b) sous forme de plaque ou de panneau en les soumettant à un deuxième pressage mécanique, ledit pressage étant effectué sous une pression comprise entre 1000 Kg/cm² et 6000 Kg/cm², pendant une durée comprise entre 2 minutes et 30 minutes, à une température comprise entre 150°C et 200°C. Procédé selon la revendication 1, dans lequel le deuxième pressage mécanique est effectué sous une pression comprise entre 2000 Kg/cm2 et 3000 Kg/cm², pendant une durée comprise entre 4 minutes et 6 minutes, à une température comprise entre 165°C et 180°C. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le premier pressage mécanique est effectué de manière à réduire la teneur en eau des fibres à 20% en poids. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel l’étape (a) consiste à recueillir des fibres de bananier ayant une longueur moyenne comprise entre 10 mm et 20 mm. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel le second pressage mécanique est suivi d’une étape de refroidissement contrôlé de la plaque ou du panneau. Procédé selon l’une des revendications précédentes, dans lequel avant l’étape (c), les fibres obtenues à l’étape (b) sont mélangées à un polymère, la teneur en polymère dudit mélange étant inférieure à 30% en poids. Procédé selon l’une des revendications précédentes, comprenant une étape consistant à associer la plaque ou le panneau obtenu à l’étape (c), d’une épaisseur comprise entre 10 mm et 30 mm, à un panneau préfabriqué en plâtre. Utilisation du matériau obtenue selon le procédé conforme à la revendication 1, comme matériau ignifuge.