Brevet FR3161428A1 — publié le 20251024

L’invention concerne un béton comportant un liant (1), et des particules de bois (2) enrobées dans un métakaolin (3), la teneur en volume des particules de bois (2) dans le béton étant supérieure ou égale à 30%. L’invention concerne également un procédé de fabrication d’un béton selon l’invention. Ce procédé est particulier en ce qu’il comporte les étapes suivantes : - mélange des particules de bois (2) avec le métakaolin (3), afin d’obtenir un enrobage des particules de bois (2) par le métakaolin (3), - mélange des particules de bois (2) avec au moins un liant (1) et de l’eau. Figure pour l’abrégé : Fig 1 Béton de bois et son procédé de fabrication La présente invention se situe dans le domaine de la construction. Elle concerne plus particulièrement un béton de bois, et son procédé de fabrication. L’invention permet notamment d’obtenir un béton bas carbone peu sensible aux variations des conditions hygrométriques. Le béton de bois offre aujourd’hui une alternative bas carbone au béton classique. Il s’agit d’un béton dans lequel les granulats sont remplacés par des particules de bois, ce qui résulte en un matériau offrant de hautes performances mécaniques et thermiques tout en étant moins lourd que le béton classique. Une des problématiques posées par le béton de bois est sa sensibilité aux variations des conditions hygrométriques. En effet, lorsque le bois est en contact avec un air particulièrement humide, il a tendance à absorber de l’humidité, ce qui entraine une augmentation de son volume, ou gonflement. Lorsque l’air redevient sec, le bois restitue cette humidité dans l’air, ce qui entraine une diminution de son volume, ou retrait. Ce phénomène peut générer des fissures dans les éléments de constructions réalisés en béton de bois. Le document FR2677295 propose de résoudre ce problème en enrobant les particules de bois avec de la fumée de silice. Cette solution n’est pas satisfaisante, la fumée de silice ayant un coût élevé et posant des difficultés d’approvisionnement dues à sa rareté. La présente invention vise à pallier ces inconvénients en proposant un béton comportant un liant et des particules de bois, la teneur en volume des particules de bois dans ledit béton étant supérieure ou égale à 30%. Ce béton est particulier en ce que les particules de bois sont enrobées dans un métakaolin. Grâce à ces dispositions, le béton selon l’invention a une empreinte carbone diminuée grâce à la présence de bois, tout en présentant une résistance mécanique le rendant compatible avec la construction, et une sensibilité aux variations d’hygrométrie accrue grâce à l’utilisation du métakaolin, un matériau peu cher, très disponible, et à faible empreinte carbone. La masse totale du métakaolin enrobant lesdites particules de bois peut être comprise entre 15 et 60 % de la masse totale des particules de bois, ce qui permet un enrobage efficace des particules de bois et un colmatage efficace de leur microporosité. Le volume total du métakaolin enrobant lesdites particules de bois peut être supérieur ou égal à 4 % du volume total des particules de bois, ce qui permet un enrobage efficace des particules de bois et un colmatage efficace de leur microporosité. Ledit béton peut comporter du silicate de soude, la masse de silicate de soude étant comprise entre 5 et 15% de la masse de particules de bois, ce qui permet de fixer efficacement le métakaolin sur les particules de bois. La présente invention concerne également un procédé de fabrication d’un béton selon l’invention, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : - mélange des particules de bois avec le métakaolin, afin d’obtenir un enrobage des particules de bois par le métakaolin, - mélange des particules de bois avec au moins un liant et de l’eau. Grâce à ces dispositions, le béton selon l’invention peut être obtenu de façon simple et efficace. Ledit procédé de fabrication peut comporter une étape de séchage des particules de bois jusqu’à un taux d’humidité inférieur à 50 % avant le mélange des particules de bois avec le métakaolin, ce qui permet un enrobage plus efficace des particules de bois par le métakaolin par mélange. Ledit procédé de fabrication peut comporter une étape de mélange des particules de bois entre elles avant le mélange des particules de bois avec le métakaolin, ce qui permet d’obtenir une masse de particules de bois homogène, et ainsi un enrobage par le métakaolin plus homogène par mélange. Ledit procédé de fabrication peut comporter les étapes suivantes : - apport de silicate de soude sur les particules de bois enrobées de métakaolin, afin de fixer le métakaolin sur la surface des particules de bois, - séchage des particules de bois enrobées de métakaolin et de silicate de soude, jusqu’à un taux d’humidité inférieur à 50 %. De cette manière, l’enrobage de métakaolin reste fixé sur la surface des particules de bois, et ne se dilue pas dans les autres éléments entrant dans la composition du béton lorsque les particules de bois y sont mélangées. Le métakaolin peut donc efficacement jouer son rôle de colmatage de la microporosité des particules de bois. L’étape de fixation peut consister en une vaporisation d’une solution de silicate de soude dans un malaxeur dans lequel ont été mélangés les particules de bois séchées et le métakaolin, ce qui est un mode de réalisation simple et efficace de l’invention. L’étape de fixation peut consister en un trempage des particules de bois enrobées de métakaolin dans une solution de silicate de soude, ce qui permet une distribution efficace du silicate de soude sur toute la surface des particules de bois. La présente invention et ses avantages apparaîtront mieux dans la description suivante de plusieurs modes de réalisation donnés à titre d'exemples non limitatifs, en référence aux dessins annexés, dans lesquels : FIG. 1 la FIG. 1 est une vue schématique d’un béton selon un mode de réalisation préféré de l’invention. Le béton selon l’invention, représenté en FIG. 1 , comporte un liant 1, et des particules de bois 2 enrobées dans un métakaolin 3. Le liant est de préférence un liant minéral choisi dans le groupe comportant par exemple le ciment, le ciment Portland, le ciment CEM II, un autre ciment répondrant à la norme ciment EN 197-1, le laitier de haut fourneau, le métakaolin, les argiles calcinées ou une combinaison d’au moins deux de ces composants. Un ou plusieurs fillers peuvent être ajoutés au ciment, tel que des fillers siliceux ou calcaires répondant à la norme NF P18-508. Du sable peut être ajouté en complément du liant pour former un mortier et améliorer la résistance du béton de bois. Le métakaolin utilisé pour l’enrobage est par exemple un métakaolin flash. Les particules de bois peuvent être enrobées exclusivement de métakaolin, ou d’un mélange de métakaolin et d’un ou plusieurs autres produits, par exemple un ciment CEM IV. Le métakaolin, s’il n’est pas utilisé seul pour l’enrobage, peut constituer au moins 50 % en poids des produits d’enrobage, et de préférence au moins 70 à 80 %. Les particules de bois peuvent se présenter par exemple sous forme de copeaux, de plaquettes, de granulés, ou toute autre forme. Les particules de bois peuvent présenter une granulométrie comprise entre 1 mm et 50 mm, de préférence comprise entre 2 mm et 14 mm. Le bois peut être de toute essence, par exemple du pin, de l’épicéa, du sapin, du hêtre, du chêne, du bambou, un mélange d’au moins deux de ces essences, ou autre. La teneur en volume des particules de bois dans le béton selon l’invention peut être supérieure ou égale à 30 %, de préférence supérieure ou égale à 50 %, par exemple comprise entre 60 et 75 %. La quantité de métakaolin enrobant les particules de bois, en termes de masse, est par exemple comprise entre 15 et 60 %, de préférence comprise entre 35 et 55 % de la quantité de particules de bois. Ainsi, si la teneur en volume des particules de bois dans le béton est de 70 %, la quantité de métakaolin enrobant les particules de bois est de préférence comprise entre 80 et 125 kg par m 3 . La quantité de métakaolin enrobant les particules de bois, en termes de volume, est par exemple supérieure à 4 %, de préférence comprise entre 6 et 10 % de la quantité de particules de bois. Dans un mode de réalisation préféré, le béton comporte du silicate de soude, dont la fonction est de fixer le métakaolin sur les particules de bois, et de l’empêcher de se mélanger aux autres constituants du béton de bois, par exemple au liant, lors de leur mélange avec les particules de bois. La masse de silicate de soude est par exemple comprise entre 5 et 15 %, de préférence comprise entre 8 et 12 % de la masse des particules de bois. En alternative au silicate de soude, d’autres activateurs alcalins tels que le carbonate de soude, ou encore l’hydroxyde de soude, peuvent être utilisés pour fixer le métakaolin sur les particules de bois. Dans le béton selon l’invention, les particules particulièrement fines de métakaolin viennent colmater les micropores des particules de bois. Ceci permet non seulement de réduire la variation dimensionnelle de ces particules avec les variations d’hygrométrie, mais également d’en augmenter la résistance mécanique et la durabilité. Le béton selon l’invention peut être fabriqué selon un procédé comportant les étapes suivantes : - de préférence, séchage des particules de bois, afin d’obtenir un taux d’humidité inférieur à 50 %, de préférence inférieur à 30%. Ce taux d’humidité peut être mesuré en séchant complètement en étuve les particules de bois et en calculant la différence de masse entre la masse actuelle des particules et la masse des particules entièrement sèches divisée par cette masse sèche. Cette étape de séchage peut être réalisée à l’air libre, dans une cuve de séchage, dans un lit fluidisé, ou par tout autre moyen, - de préférence, mélange des particules de bois entre elles, par exemple dans un malaxeur, afin d’obtenir une masse homogène de particules de bois, pendant une durée par exemple comprise entre 30 et 90 secondes, de préférence entre 50 et 70 secondes, - mélange des particules de bois avec le métakaolin, par exemple dans un malaxeur qui peut être identique au malaxeur utilisé à l’étape précédente, afin d’obtenir un enrobage des particules de bois par le métakaolin, pendant une durée par exemple comprise entre 30 et 120 secondes, de préférence entre 50 et 90 secondes. Une partie du liant, par exemple de 0 à 30 % du poids total du liant, peut être incorporée lors de cette étape de mélange, éventuellement dès le début. De préférence, dans ce mélange, au moins 70% de la masse est constituée de bois et de métakaolin, - mélange des particules de bois avec au moins un liant et de l’eau, et le cas échéant avec les autres éléments entrant dans la composition du béton tel qu’un ou plusieurs fillers, et des charges telles que du sable. Il est à noter qu’une partie du liant peut être mélangée avec les particules de bois dès l’étape de mélange des particules de bois avec le métakaolin, On obtient alors une étape de mélange des particules de bois avec le métakaolin et avec une partie du liant, par exemple de 10 à 30 % en poids de la quantité totale de liant. A l’issue de cette dernière étape, la composition obtenue peut être coulée dans un banc de moulage, puis mise sous pression mécanique, à un niveau de pression compris par exemple entre 80 et 150 kN/m 2 , afin d’obtenir un panneau de construction préfabriqué. Dans un mode réalisation préféré de l’invention, le procédé comporte en outre les étapes suivantes, après enrobage des particules de bois avec le métakaolin, et avant le mélange de ces particules avec le liant et l’eau : - fixation du métakaolin enrobant les particules de bois sur la surface des particules de bois. Cette fixation est de préférence obtenue en utilisant du silicate de soude. Une solution de silicate de soude peut être vaporisé sur les particules de bois, par exemple directement dans le malaxeur utilisé pour l’enrobage, ou sur un convoyeur transportant les particules de bois après qu’elles aient été enrobées. Alternativement, les particules de bois enrobées de métakaolin peuvent être trempées dans une solution de silicate de soude, ce qui présente l’avantage d’une répartition plus homogène du silicate de soude sur les particules, - séchage des particules de bois enrobées de métakaolin et de silicate de soude, jusqu’à un taux d’humidité inférieur à 50%, de préférence 30%. Cette étape de séchage peut être réalisée à l’air libre, dans une cuve de séchage, dans un lit fluidisé, ou par tout autre moyen. Voici un exemple de composition d’un béton selon l’invention, pour 1 m 3 de béton compacté : - liant (mélange de ciment, laitier de haut-fourneau, filler calcaire, le ciment représentant au moins 40% de la masse totale) : 270 à 310 kg, - sable, granulométrie comprise entre 0 et 4 mm : 342 kg, - particules de bois traitées, granulométrie comprise entre 4 et 8 mm : 670 à 710 litres, - eau : 210 à 250 kg. Dans cette composition, les particules de bois traitées sont constituées des éléments suivants, selon les teneurs en masse respectives : - bois : entre 64 et 66 %, - métakaolin : 30 %, - silicate de soude : entre 6 et 8 %. Un des bétons dont la composition est reprise ci-dessus a été testé selon la norme NF EN 772-14, afin d’examiner sa sensibilité à l’humidité en termes de variations dimensionnelles. Ses performances ont été comparées à un béton témoin dont la composition était identique, mais dans lequel les particules de bois n’étaient pas enrobées dans du métakaolin. Les tests ont montré que les variations dimensionnelles du béton selon l’invention sont deux fois moins importantes que les variations dimensionnelles du béton témoin sans prétraitement. Des essais de résistance mécanique à la compression selon la norme NF EN 12390- 3 ont également été réalisés avec une résistance moyenne supérieure à 4 méga Pascal à 28 jours. La présente invention n'est bien entendu pas limitée aux exemples de réalisation décrits mais s'étend à toute modification et variante évidentes pour un homme du métier dans la limite des revendications annexées. En outre, les caractéristiques techniques des différents modes de réalisation et variantes mentionnés ci-dessus peuvent être, en totalité ou pour certaines d’entre elles, combinées entre elles. Béton comportant un liant (1), et des particules de bois (2), la teneur en volume des particules de bois (2) dans ledit béton étant supérieure ou égale à 30 %, caractérisé en ce que les particules de bois (2) sont enrobées dans un métakaolin (3). Béton selon la revendication 1, dans lequel la masse totale du métakaolin (3) enrobant lesdites particules de bois (2) est comprise entre 15 et 60 % de la masse totale des particules de bois (2). Béton selon l’une des revendication 1 à 2, dans lequel le volume total du métakaolin (3) enrobant lesdites particules de bois (2) est supérieur ou égal à 4 % du volume total des particules de bois (2). Béton selon l’une des revendications 1 à 3, comportant du silicate de soude, la masse de silicate de soude est comprise entre 5 et 15% de la masse de particules de bois (2). Procédé de fabrication d’un béton selon l’une des revendications 1 à 4 caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : - mélange des particules de bois (2) avec le métakaolin (3), afin d’obtenir un enrobage des particules de bois (2) par le métakaolin (3), - mélange des particules de bois (2) avec au moins un liant (1) et de l’eau. Procédé de fabrication selon la revendication 5, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de séchage des particules de bois (2) jusqu’à un taux d’humidité inférieur à 50% avant le mélange des particules de bois (2) avec le métakaolin (3). Procédé de fabrication selon l’une des revendications 5 à 6, caractérisé en ce qu’il comporte une étape de mélange des particules de bois (2) entre elles avant le mélange des particules de bois avec le métakaolin (3). Procédé de fabrication selon l’une des revendications 5 à 7, caractérisé en ce qu’il comporte les étapes suivantes : - apport de silicate de soude sur les particules de bois (2) enrobées de métakaolin (3), afin de fixer le métakaolin (3) sur la surface des particules de bois (2), - séchage des particules de bois (2) enrobées de métakaolin (3) et de silicate de soude, jusqu’à un taux d’humidité inférieur à 50 %. Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’étape de fixation consiste en une vaporisation d’une solution de silicate de soude dans un malaxeur dans lequel ont été mélangés les particules de bois (2) séchées et le métakaolin (3). Procédé de fabrication selon la revendication 8, caractérisé en ce que l’étape de fixation consiste en un trempage des particules de bois (2) enrobées de métakaolin (3) dans une solution de silicate de soude.