EP4257743A1 - Procédé de traitement mécanique de chanvre pour l'obtention d'une pâte à mouler - Google Patents

Procédé de traitement mécanique de chanvre pour l'obtention d'une pâte à mouler Download PDF

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EP4257743A1
EP4257743A1 EP23305503.7A EP23305503A EP4257743A1 EP 4257743 A1 EP4257743 A1 EP 4257743A1 EP 23305503 A EP23305503 A EP 23305503A EP 4257743 A1 EP4257743 A1 EP 4257743A1
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EP
European Patent Office
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hemp
fibers
pieces
pulp
une
Prior art date
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Pending
Application number
EP23305503.7A
Other languages
German (de)
English (en)
Inventor
Hervé DERRIEN
Christophe PHILIPPE
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Original Assignee
Individual
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    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21B—FIBROUS RAW MATERIALS OR THEIR MECHANICAL TREATMENT
    • D21B1/00—Fibrous raw materials or their mechanical treatment
    • D21B1/04—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres
    • D21B1/12—Fibrous raw materials or their mechanical treatment by dividing raw materials into small particles, e.g. fibres by wet methods, by the use of steam
    • D21B1/30—Defibrating by other means
    • D—TEXTILES; PAPER
    • D21—PAPER-MAKING; PRODUCTION OF CELLULOSE
    • D21J—FIBREBOARD; MANUFACTURE OF ARTICLES FROM CELLULOSIC FIBROUS SUSPENSIONS OR FROM PAPIER-MACHE
    • D21J1/00—Fibreboard

Definitions

  • the present disclosure relates to the field of hemp valorization by mechanical treatment of industrial hemp.
  • the invention relates more particularly to a mechanical process for preparing a paste whose constituents come from the whole hemp plant. It also relates to a paste directly obtained by this process, as well as a use of paste to manufacture a molded container suitable for food contact.
  • biosourced packaging too often uses fibers obtained from wood, which involves energy-intensive transport phases. Alternative productions can reduce this impact, in particular when it is possible to produce the raw plant material closer to the final place of marketing.
  • the document FR 3015529 plans to optimize the use of lignocellulose material, including short fibers, for the production of paper pulp, through chemical-mechanical treatment, which involves in particular an alkaline hydroxide type additive, added during processing by a twin-screw extruder.
  • plant fibers such as hemp which form constituents used in the composition of an underlayer of a plastic container. It is thus known, from the document CA 2947636 , to produce biodegradable food packaging, for example in the form of food trays, comprising a base, interior and exterior coating layers to ensure the required rigidity, using natural fibers and chemical additives. He is also known to perform injected plastic parts reinforced with flax or hemp plant fibers. Here too, only a specific part of the plant is used.
  • the material to be processed according to this process is a raw material, so that the process requires neither the use of hemp exclusively in the form of hemp nor the exclusive use of hemp in the form of fibers (already individualized/flexible).
  • the extrusion phase is adapted to obtain a single-source mechanical cellulosic pulp (coming only from hemp as harvested), which limits the material selection steps at the start and which avoids the use of chemistry during processing.
  • the process advantageously combines grinding and humidification which makes it possible to limit the size of the pieces and to decompact them without chemical action.
  • the pieces are for example crushed to limit their maximum length below a threshold, for example with a maximum length of one or a few centimeters: the different constituents are mixed in the crushed material and are suitable for extrusion.
  • the humidification is carried out for a sufficient duration to decompact the pieces of hemp using water vapor, the humidification step being preferably carried out before introduction into the extrusion line.
  • the crushed/shredded material can be 100% biosourced.
  • the humidification step (52) uses water vapor after a prior wetting phase, the humidification step (52) being carried out before introduction into the extrusion line (4). ).
  • Softening and the decompaction effect allow the fibers to be less linked together before the mixing, shearing and compression phases when such pre-treatment has been carried out upstream of extrusion and at least upstream of the sections of mechanical action allowing fibrillation of the pieces of the third fraction.
  • the water vapor is used to decompact the pieces of hemp already loaded with water during a soaking step (penetration phase already carried out by this soaking), so as to achieve degradation of hydrophilic components such as pectins of the plant (start of steam degumming effect) to initiate extraction and separation of the unitary hemp fibers from the pieces of hemp.
  • pretreatment by contact with water then with water vapor makes it possible to decompose and/or extract pectic substances binding the fibers to the plant.
  • Such pretreatment contributes to the beginning of progressive separation of the fiber bundles from the tissues of the stem and the cohesion between the fibers is reduced. Mechanical treatment can then finalize this separation, by removing the fibers from the blocks/pieces.
  • the temperature can be controlled, at the level of the introduction of crushed material and/or by a sheath housing the two screws, so that the temperature remains below 125 or 130°C.
  • a set temperature of between 105 and 115°C can be set for the thermoregulated sheath.
  • the increase in the number of individual fibers corresponds to the reduction, in number and size, of hemp pieces containing cellulosic material. Additionally, it may be permitted to increase an average fiber length. Heating makes the process in the extrusion line effective in improving the structural characteristics of the water-laden hemp pulp. With such a process, it is possible to produce a structural paste, resulting from a thermo-mechanical treatment only, which makes it possible to avoid the use of chemicals and the treatment of liquid effluents without discarding a significant quantity of biomass from the treatment.
  • extrusion transforms the heterogeneous mixture of fibers (already individualized) and pieces of millimeter or centimeter sized hemp into a mixture of fibers which can become entangled in an interconnected three-dimensional structure. Thanks to the improvement in the strength and stability of this paste, it can be used to mold a three-dimensional packaging unit, such as a tray, a bowl, an egg packaging unit or any other packaging.
  • a three-dimensional packaging unit such as a tray, a bowl, an egg packaging unit or any other packaging.
  • the humidification step makes it possible to wet the raw material (for example with a diffuser), and the elimination of the water takes place without entrainment of exogenous compounds (not from the plant) such as chemical agents. .
  • the humidification step (wetting/steaming), whether carried out entirely before extrusion or at least partly during extrusion, serves to obtain a material with a humidity level greater than 60 or 70%, for example example of the order of 75%, at the entrance to the active sections of the extrusion line (active sections for shearing, accumulation, compression, mixing or mechanical action).
  • an addition of water for example proportional to the hemp flow dry ground, can be produced in a feed part towards the extrusion line.
  • a steaming effect can be achieved at such a location.
  • the mechanical treatment may include an extrusion step using a twin-screw extruder, in a sheath which is temperature regulated. This type of extrusion can allow a regular supply and flow rates can thus be increased. Mixing is much more efficient than with single-screw extrusion, and the homogeneity of the dough is ensured.
  • the humidification step has a sufficient duration to decompact the pieces of hemp using water vapor, the humidification step being preferably carried out before introduction into the extrusion line.
  • the duration of humidification can be broken down into a first duration for soaking, greater than 200 minutes for example, and a second duration for a steaming stage (by controlling the temperature so that it is as close as possible of 100°C, for example below 105°C or 110°C).
  • the humidification step can pass the ground material from a drying state corresponding to a first dryness, for example between 75 and 95%, to a humidified state corresponding to a second dryness of less than 40%, preferably comprised between 20 and 35%.
  • the humidification step can pass through a first stage/humidified state without heating effect, for example at the end of a soaking step in a diffuser, before reaching the final humidified state with the second dryness, in a steam heated state.
  • the term diffuser is designated here as any equipment allowing hemp to be soaked with water by blocking an orifice or outlet access (for liquid) while having a filter for drainage.
  • One or more tanks can be part of a diffuser.
  • the diffuser can be part of a transfer part to an oven or steaming equipment.
  • the humidification step and the extrusion step follow one after the other. More generally, there is no intermediate drying between the end of the humidification step, for example at the end of steaming, and introduction into the extrusion line.
  • a humidity maintenance phase for example in a confined state limiting the circulation of air likely to dry the material, can be planned if the crushed and humidified (steamed) material is placed on hold for several hours before the introduction into the extrusion line.
  • a refining step is carried out from the material having undergone the mechanical treatment step (treatment in the extrusion line), in order to obtain more fibers.
  • the mechanical treatment step can be an extrusion step carried out by setting a useful length and/or a rotation speed of the two parallel screws in order to obtain, for the collected defibrated dough, a drainage index of the CSF standard of between 200 mL and 500 mL (between 230 and 460 mL for example).
  • the latter can be carried out to lower the freeness index of the CSF standard by a reduction value of between 40 and 200 mL, for example between 60 and 150 mL. Regardless of the lowering of this index, the refining can be light to avoid cutting the fibers already obtained which have satisfactory quality/aptitude for inter-fiber bonds.
  • the humidification step and the extrusion step follow one after the other (without intermediate drying for example), and these two consecutive steps allow to produce a quality structural pulp, so that an additional processing step that would reduce fiber length is not necessary. If it is necessary to eliminate logs, a simple classification is sufficient: classifying the paste makes it possible to separate the large elements (here the pieces/logs from the third fraction), also eliminating heavy impurities (sand, solid dust) in a purification line.
  • the collected defibred pulp is used, preferably after a purification step by rinsing and/or filtration, as pulp in a molding step in a mold in order to obtain a three-dimensional container.
  • the molding step may involve heating (to more than 50°C) which does not degrade the pulp, for example brief heating (less than 5 or 10 minutes) and/or not exceeding 190°C or 220°C, preferably below 170°C.
  • This molding can be carried out in a mold with a mobile pressing member or in an injection mold.
  • the fiber pulp obtained by the process can be used as a molding material, this material being able to flow hot without structural alteration of the fibers below a temperature threshold, for example at a molding temperature between 50 and 170°C.
  • a plate layer for example of substantially constant thickness, is obtained by a first shaping of a pasty material consisting of the collected defibrated pulp or of a purified paste obtained from the collected defibrated dough.
  • the purified paste can optionally be obtained after a classification step and/or a refining step.
  • the plate layer can be deformed/modified, for example by compression and/or stretching in a mold to obtain all or part of a three-dimensional container, preferably forming a food package.
  • a pasty material consisting of the collected fiber pulp or of a purified pulp obtained from the collected fiber pulp, after a classification step and/or a refining step, is injected into a mold to obtain all or part of a three-dimensional container, preferably forming a food package.
  • the collected defibrated pulp can be subjected to a classification operation in one or more classification devices.
  • the rejects from the classification operation are subjected to additional mechanical treatment allowing defibration.
  • these rejects are subjected to defibration in at least one mechanical action device chosen from a refiner, a crusher or equivalent system, or the extrusion line.
  • a hammer mill or a knife mill can be used (if a grinder without recycling is used in the extrusion line, the grinding provides additional defibrated material which can be recycled upstream of the processing device(s). ranking).
  • a step of sterilization of the collected defibrated dough is provided, during a forming step, for example by thermoforming at a temperature between 130 and 160°C, for example around 140°C.
  • the process provides for heating above 100°C, for example without exceeding a threshold of 121°C, both during the humidification step and during the mechanical treatment step in the extrusion line.
  • a hemp paste obtained by the process according to the invention is proposed.
  • the paste collected at the exit of the extruder, possibly after mechanical post-treatment such as classification and/or refining, is advantageously usable/used for the production of a three-dimensional part, for example a container, during a shaping step with heating/cooking of the dry material.
  • the shaping may consist, by way of non-limiting example, of injection molding, molding by pressing, or an additive technique (3D printing, for example by depositing the paste in the form of a filament).
  • a certain number of steps can take place to transform the hemp plant, here in the form of a stem with leaves, into structural paste.
  • the treatment process mechanical and without the use of chemical additives, makes it possible to prepare a malleable and formable paste, which can be used as a molding substance in packaging applications or other applications using the strength of the cellulosic fibers obtained from hemp, for example in the textile field, construction, the automotive or aeronautics field (if necessary by being combined with other materials), and certain other fields by replacing polymer structures of fossil origin.
  • hemp straw 10 As raw material.
  • the supply of this hemp corresponds to a harvested product, typically after drying (possibly natural in the field): the raw material is thus purely from agriculture.
  • this material can decompose into fibers, dust and hemp: these components thus form three respective fractions present in the hemp used in the transformation/preparation process described here.
  • the fibers typically represent 20 to 35% by weight of the hemp straw 10, while the hemp can represent 55 to 60% by weight of this straw.
  • the dust contained in the plant can correspond to the complement (between 10 to 15% of the weight).
  • the process is typically thermo-mechanical, allowing heating of the crushed raw material 1 which includes the three mixed fractions.
  • the extrusion line 4 intervenes during a dough production phase. Heating can be carried out during this production phase but also, for example in a context of wetting and/or steaming, before this production phase, in particular in order to make the pieces of hemp hemp easier to defiber.
  • Humidification of the ground material or raw material reduced to pieces is carried out, which can make it easier to convert the pieces of hemp into fibers, when passing through the extrusion line 4, in combination with maintaining a temperature beyond a threshold, for example greater than or equal to 100°C, in the circulation zone of the humidified ground material 1' within the extrusion line 4.
  • crushed raw material 1 the crushed material before humidification is called crushed raw material 1.
  • No chemical additive is used in obtaining the crushed raw material 1, so that the mass composition of the solid part of the crushed raw material 1 can be the same as in straw 10.
  • Step 50 of grinding the hemp plant can be carried out in such a way as to preserve the structural quality of the fibers (first fraction) already present.
  • a knife mill or similar grinder operating in a dry manner, suitable for a fibrous product can be used in this step 50, in order to fragment the starting material (by reducing the size of the constituents) without generating crushing and without modifying the composition .
  • the hemp is thus fragmented into multiple pieces of hemp.
  • the crushed raw material is more easily used in subsequent stages such as the humidification stage 52 and the extrusion stage 53 carried out using an extrusion line 4 with two screws 14, 15, as in the non-limiting case shown on the Figure 3 .
  • step 50 which can optionally be carried out as close as possible to the harvest site, there is for example a step of verifying that the constituent elements of the crushed hemp do not contain elements whose length exceeds a threshold, for example going beyond 20 or 30 mm.
  • a measurement or detection where appropriate using a camera or a similar analyzing device, can make it possible to detect such elements longer than the predefined or configured threshold.
  • an additional reprocessing step can be carried out, without loss of material.
  • the material to be reprocessed is introduced into a crusher equipped with a grid preventing the passage of large elements, for example a grid with holes whose size is chosen close to or equal to the following values: 0.25 / 0.50 / 0.75 / 1.0 / 1.50 cm.
  • the holes can be round, oblong, trapezoidal, rectangular, square or polygonal in section.
  • the optional reprocessing can correspond to a cutting phase or step 51, making it possible in particular to cut and thus reduce the length of the longest elements in the raw material which brings together the three aforementioned fractions.
  • crushed raw material 1 in general, can be in the range between 75 and 94%.
  • the crushed raw material 1 in this form can, if necessary, be packaged in a compact manner and transported to a production site, including in particular an extrusion line 4, in particular a twin-screw extruder during a phase of production which will be described below.
  • the lignocellulosic material comes only from hemp, more precisely from the harvested part 10 (without the roots) excluding hemp or hemp seeds, called here hemp straw and which includes the leaves of the plant.
  • hemp straw a batch of 80 kg of crushed hemp 1 was prepared using a knife grinder. This hemp constitutes a raw material, having a dryness of 85.1%.
  • a preliminary step may consist of checking that the constituent elements of the batch of crushed hemp do not contain elements whose length exceeds a threshold, for example example a threshold greater than or equal to 20 or 30 mm.
  • a threshold for example a threshold greater than or equal to 20 or 30 mm.
  • the crushed hemp received had elements considered too long.
  • This hemp was therefore reprocessed with a Pallman ® knife mill equipped with a grid of holes, for example 10 mm in diameter. This reprocessing can correspond to step 51 as illustrated in the embodiment of the figure 1 .
  • the soaking phase consists of bringing the crushed raw material 1 into contact with soaking water for a relatively long period, for example comparatively longer than the grinding step 50 and longer than the step 53 of extrusion, for a given quantity of material to be processed.
  • This soaking duration is possibly greater than a suitable threshold, preferably between 250 and 1000 minutes.
  • the soaking phase can be carried out in a diffuser which is suitable for preserving solid materials of plant origin (from the hemp plant).
  • the diffuser can include a tank equipped with a filter, preferably in the form of a grid.
  • a movable shutter for example moved from a closed position to an open position to free an evacuation passage provided in a bottom part of the tank, it is permitted (at the end of the soaking) to evacuate the soaking water by retaining the material in the tank, using the filter.
  • the humidification step 52 typically has a duration sufficient to decompact the pieces of hemp. This can be facilitated with heat, using water vapor, for example formed during the steaming phase.
  • a humidification step 52 carried out before introduction into the extrusion line 4.
  • the use of liquid water and/or water vapor can continue or can begin during the extrusion step 53.
  • the humidification step 52 can pass the ground material from a drying state corresponding to a first dryness, between 75 and 95%, to a humidified state corresponding to a dryness less than 40%, for example between 20 and 35%.
  • the humidification step 52 can be provided at the stage of harvesting and packaging the raw material.
  • step 52 can be provided before or during a step 50 and/or 51 allowing the reduction in size to constitute the humidified raw material.
  • an addition of water can be carried out during dosing in an extruder and/or during the extrusion step 53 in order to obtain suitable dryness, for example less than 40 or 50%.
  • the extrusion step 53 is applied by heating a ground material loaded with water, therefore by heating the water in this material.
  • a defibrated paste 3 is obtained after mechanical treatment phases, in an extrusion line 4.
  • these phases are carried out to convert the pieces of hemp into fibers.
  • the material, which feeds an extruder can be a moistened raw material 1' resulting from a treatment which allows a sufficient level of wetting of the pieces of hemp. This wetting can typically be controlled during the humidification step 52, in particular by controlling a soaking duration and a steaming duration in options.
  • the wetted material is freed from air (for example by driving out more than 50% of this air) filling porous areas of the material components.
  • the extrusion line 4 can consist of a twin-screw extruder, comprising two parallel screws 14, 15 actuated in rotation and made co-rotating, therefore rotating in the same direction F as illustrated in the Figure 3
  • the extrusion line 4 may present means of controlling and maintaining a heating temperature which exceeds a threshold of 100°C, allowing partial/progressive evaporation of the water contained in humidified raw material 1'.
  • the extrusion line 4 can be a twin-screw extruder.
  • the rotating shafts of the screws 14, 15 allow the removable assembly of members capable of composing mechanical treatment sections. An alternation of sections is thus provided, for example designed separately, to obtain different effects.
  • the extruder is single-screw and different processing sections are also provided.
  • the two screws 14, 15 can delimit between them passage zones for the crushed material.
  • the succession of sections makes it possible to carry out a movement (from left to right for example in the case of the Figure 3 ) and mechanical treatment of the crushed and moistened material 1', in order to increase the quantity of fibers.
  • the wet pieces of hemp which pass regularly between the two screws 14, 15 are reduced and converted at least partially into individualized fibers.
  • the extrusion line 4 is configured to carry out a reduction of the small pieces of the hemp by separating the moistened and heated fibers initially contained in these pieces from each other.
  • the extrusion line 4 alternately presents conveying sections 42, 44, 46, 48 and sections 43, 45, 47 provided with counter-threads with passage grooves 16.
  • a conveying section 49 is provided adjacent to or making it possible to form an extruder outlet.
  • the extension or size d of the groove can be between 6 and 10 mm.
  • this size d may be greater than the size provided for the groove in one in at least one other of the sections (example, a groove of approximately 8 mm can be provided in this first section, and a groove of approximately 6 mm can be provided at least in the last section 47 having counterthreads).
  • Mixing members 18 can be arranged downstream of at least one of the sections 43, 45, 47 with counterthreads.
  • the different parts of the extruder are mounted, in the twin-screw structure, so as to obtain combined profiles.
  • the screws are screws 14, 15 can be interpenetrating to compress the material
  • the pulp contains cellulosic fibers, for example at least 3 or 4 million per gram of pulp, for example containing more than 4.5 million fibers per gram of pulp, this number possibly being between 5 and 12 million, for example gram of dough.
  • fibers we mean constituents having a sufficiently long length, for example greater than or equal to 200 micrometers
  • the arithmetic average fiber length determined by morphological analysis, may be greater than 400 micrometers, while the length-weighted average length may exceed 650 micrometers.
  • the average width of the fibers can be between 20 and 30 micrometers.
  • the content of logs, forming fibrous pieces of submillimeter size or less than 2 mm, can be less than 0.1 or 0.2 million, per gram of dough.
  • the ratio between the quantity of fibers and the quantity of logs can be greater than 20 to 1, preferably greater than or equal to 40 to 1 to 50 to 1.
  • Counting of fibers and logs, confirming this distribution and the quantitative information associated can be carried out by a MorFi type analyzer (with image analysis with microscopic resolution), marketed by the company Techpap. This analyzing device (for example such as those designed by the Center Technique du Textil CTP and TechPap) is suitable for the morphological and behavioral characterization of fibers.
  • the measurements can be carried out in the natural environment of the fibers on a fibrous suspension passing through a measuring vein where an optical system composed of a high-resolution DTC (or CCD in English) camera and a light source allows the acquisition. images immediately processed by a computer.
  • the measurement is a reliable statistical representation of fiber characteristics.
  • the twin-screw extruder is configured with three compression zones with interlocks having openings of 8 - 6 - 6 mm.
  • the raw material flow rate is set at 8.5 kg/h (dry equivalent) and a rotation speed of the two axes of 500 rpm.
  • a set temperature of 110°C is given for all the extruder sheaths, which breaks down schematically as illustrated on the figure 2 .
  • the rotation speed(s) in the extruder can vary between 300 and 1000 rpm.
  • the raw material flow rate can be adapted, for example between 5 and 8 kg/h or planned between 8 and 9 kg/h or more, by way of non-limiting example.
  • the defibration of crushed whole hemp (and rehumidified) in the twin-screw extruder made it possible to produce a paste having a drainage index of 430 ml CSF. This is a low drainage index and it turns out that we obtained a mixture of long cellulosic fibers and hemp fibers.
  • the energy consumption of the extruder is 675 kWh/t, significantly lower than wood chips.
  • the fiber pulp produced is composed of fibers of 0.676 mm of average length (average weighted in length), fines and logs. MorFi analysis shows that fibers longer than 2.5 mm are present in dough 3.
  • These logs come from hemp which has not been sufficiently/completely defibrated.
  • the cellulosic fibers are particularly long, taking the direction of extension of the fibers as the direction of length, relative to the short fibrous pieces (logs) forming the hemp residue.
  • the fibers a difference of the order of 100 to 1 compared to the logs (for example 460 micrometers on average for the fibers, compared to 4.7 micrometers for the residual fibrous logs/pieces of hemp) taking as length direction the direction of extension of the fibers.
  • the logs are of course thicker/wider with a width typically 10 times greater than a fiber width (the width being a transverse dimension relative to the extension length of the individual fibers).
  • Fine elements present in the dough, do not interfere with the molding abilities of the dough 3.
  • the behavior of this defibrated dough, rich in long cellulosic fibers and very good resistance (fibers from hemp) is fully compatible with/suitable for the manufacture of molded cellulose objects.
  • the process makes it possible to obtain a defibrated pulp 3 because it is rich in long fibers, for example reaching or exceeding half a millimeter or a millimeter, this pulp being suitable for molding.
  • a start of shaping can be carried out at the exit of the extrusion line 4, by choosing a specific section shape for the opening provided at the exit of a bore or similar extruder channel.
  • the defibrated pulp 3 can optionally undergo additional treatment, of a non-chemical nature.
  • the dough can be classified during a classification step 54, in order to limit or eliminate logs or similar pieces of hemp which may be considered annoying in certain types of molding or similar shaping applications.
  • the classification step 54 can be implemented using rotary sieve classifiers under pressure with low consistency. This makes it possible to reject or separate the coarse fibrous parts, forming a block that is too thick (for example with a width greater than a threshold, possibly of the order of 300 or 500 micrometers). A separation of these coarse fibrous parts can be followed by a reintroduction of these parts in a step (for example step 52 or 53) further upstream of the process.
  • the paste can undergo a refining step 56, a non-limiting example of which will be detailed below.
  • the dough 3 collected directly at the end of the extrusion step 53 can constitute a dough ready for molding to form containers, for example for food use (plates, trays) or utensils.
  • Paste 3 can be obtained with an energy consumption of less than 800 or 900 kWh/t, for example of the order of 675 kWh/t (totally, here including steps 50 to 53). This is low, especially in a process without the slightest use of chemical additives.
  • the temperature may not exceed 115 or 120°C.
  • the paste 3 Before being sent to a molding machine or other shaping machine making it possible to obtain a container 36, the paste 3 can first undergo refining, with purification preceding or succeeding this refining.
  • the purification step 55 can be carried out by circulating the paste, possibly mixed with water to form a suspension, by removing for example the residual pieces or sticks as well as the dust (at least in part).
  • the fibrous suspension can undergo further treatment, for example to adjust the water content (for example between 10 and 90%).
  • Refining step 56 is optional. Such a refining step can be carried out at high concentration.
  • the refiner equipment/device 7 can operate hot, for example at 120°C under 1 bar pressure, with a rotation speed of the refiner disks of several thousand revolutions per minute, for example 3000 rpm, as used in a high yield process.
  • This type of step 56 can make it possible to obtain a refined paste with a CSF drainage index of 200-250 ml or between 250 and 450 ml.
  • the refining step 56 can be carried out with a refiner device 7 which can operate at low consumption (no more than 100 kWh/t for example).
  • the refiner 7 may be a pilot refiner with rotating disks or plate elements each preferably having the same external diameter.
  • Such a refiner 7 can be equipped with a mechanical treatment compartment or pulper, associated with a feed screw or any suitable feed means (a pump can typically be provided), with a parameterization unit (if applicable). with an electrical cabinet or similar unit) and a motor.
  • the body of the refiner 7 and all parts in contact with the hemp paste 3 can be made of stainless steel.
  • Each plate or disc 71, 72, 73, 74 can result from the assembly of different parts, each constituting an angular sector of the disc (for example between 15 and 120 or 180°).
  • the refiner 7 can have a frame on which a shaft X is mounted to rotate.
  • the refiner casing 75 including a raw material inlet and a raw material outlet, the paste 3 admitted via the inlet can flow towards the outlet.
  • the refiner 7 may have one or more non-rotating discs 71, 72 and one or more rotating discs 73, 74.
  • the refiner 7 may present a first non-rotating disk 71 mounted on a first plate or fixed structure forming part of the casing 75, a second non-rotating disk 72 mounted on a second plate or support structure arranged spaced and parallel to the first non-rotating disk 71.
  • the second plate can be part of a movable part, possibly mounted on a hinge/articulated relative to the rest of the casing 75.
  • a certain movement or degree of freedom in sliding of the second non-rotating disk 72 towards the first non-rotating disk 71 can be provided in certain options.
  • the refiner 7 here further comprises a rotor 70 mounted on the shaft , in an operational state mounted and installed, parallel to the respective non-rotating disks 71, 72.
  • the shaft X transmits the rotational movement to the rotor 70; and one or more chambers of the refiner 7 can be formed, into which the pulp to be enriched with structural fibers can flow.
  • the refiner 7 can be presented in other forms than that illustrated, for example by allowing rotations of discs in the opposite direction.
  • the refiner 7 can be of the type marketed by the Austrian company Andritz, for example using discs of 30 cm in diameter.
  • the refiner 7 can be with conical packing.
  • the temperature of the paste 3 can be controlled, for example in the range between 110 and 135°C, for example of the order of 120°C, under 1 bar of pressure.
  • the hydraulic pressure required for the refining step 56 can be kept less than or equal to 3 or 4 bars, for example less than 2 bars.
  • the relative rotational speed between a pair of disks (71, 73; 72, 74) which face each other can be between 1000 and 5000 rpm. Where applicable, for discs rotating in opposite direction, rotation at 1200 rpm in one direction can be associated with rotation at 1800 rpm in the other direction (which corresponds to a relative speed of 3000 rpm).
  • the energy consumption in the refining stage 56 can amount to less than 100 kWh/ton of pulp.
  • at least 5% of the total energy consumption is supplied to refining.
  • the defibrated paste 3 obtained using the process can make it possible to produce containers 36 of varying thickness, by molding typically carried out at a temperature which exceeds 100 or 121°C.
  • the molding temperature can be greater than or equal to 130°C, in particular typically greater than the maximum temperature reached during the mechanical treatment which made it possible to obtain paste 3.
  • hot molding is carried out, for example with a single press in the same mold or preferably in a specific hot pressing station 20 (different from the mold previously used) after transfer of part C3.
  • Station 20 shown on the Figure 4B can receive part C3 on the lower part or tool 21, before obtaining a pressure with the relative movement of the upper/covering tool 35 and heating, for example at a temperature between 125 or 130 and 150°C, optionally of the order of 140°C.
  • Hot pressing of the C3 molded part having undergone pre-pressing has a drying effect and makes it possible to refine the wall thickness, with hot pressing pressure. It is understood that hot molding is carried out with a second forming pressurization greater than a first forming pressurization used during pre-pressing.
  • the lower hot pressing tool 21 also comprises channels 21c on its hot pressing side 21a, through which the liquid solution can be at least partially discharged during hot pressing.
  • the final molded part forming the container 36 is shaped with a further reduction in the proportion of the liquid (water), for example below 10%, preferably to about 7%, whereby the container 36 is then sufficiently strong and dimensionally stable.
  • a three-dimensional container 36 which can constitute food packaging, for example a tray.
  • the forming temperature can exceed a sterilization threshold temperature, for example 121°.
  • the mechanically treated paste, once hot formed, can make it possible to create an interior surface of the container suitable for food contact. No coating layer or spray is required in options for producing the container 36 from the paste 3, 3'.
  • a molding option which uses a plate layer 30 formed for example exclusively from paste 3 or 3'.
  • the plate layer 30 is illustrated here with a substantially constant thickness.
  • a first shaping of the pasty material consisting of the collected defibrated dough 3 or the purified dough 3' is carried out.
  • a purified paste 3' having undergone a classification step 54 (after the extrusion step 53) and/or a refining step 55 can be immediately used in a molding application.
  • obtaining a container 36 can result from a second shaping, by compression and/or stretching in a mold 20 to obtain all or part of a container 36 in three dimensions.
  • the paste makes it possible to create an interior surface of the container compatible with food contact.
  • the internal face of the container 36 takes the shape of a punch 20c or similar male/penetrating part of the mold 20. No coating layer or spray is required in options for producing such a container 36.
  • a ready-to-use container 36 can be molded, which comes out of the mold 20 by separating the different parts 20a, 20b thereof.
  • the mold part 20b which includes the punch 20c can be mobile, the other part 20 which can be hollow remaining fixed.

Abstract

Le procédé de préparation d'une pâte cellulosique apte au moulage utilise le chanvre en tant qu'unique matière brute. Après un morcellement par broyage (50) de la paille de chanvre (10), incluant typiquement les feuilles, un matériau brut broyé (1) est obtenu avec les fibres unitaires et les morceaux de chènevotte mélangés. Le matériau brut est mouillé, et de préférence étuvé, de façon à faire circuler un broyat de chanvre humidifié (1'), avec les fibres et des morceaux de chènevotte chargés en eau chaude, dans une ligne d'extrusion à deux vis. Le traitement mécanique, incluant l'extrusion (53), permet d'augmenter la quantité de fibres avec l'obtention avantageuse de fibres issues de la chènevotte comparativement plus longues que les fibres déjà présentes dans le matériau brut broyé. La transformation est mécanique, c'est-à-dire sans additif chimique. La pâte est structurelle, uniquement biosourcée, et sert au moulage (58) de contenants ou produits en trois dimensions.

Description

    Domaine technique
  • La présente divulgation relève du domaine de la valorisation du chanvre par traitement mécanique du chanvre industriel. L'invention concerne plus particulièrement un procédé mécanique de préparation d'une pâte dont les constituants proviennent de la plante entière de chanvre. Elle concerne aussi une pâte directement obtenue par ce procédé, ainsi qu'une utilisation de pâte pour fabriquer un contenant moulé apte au contact alimentaire.
    • Technique antérieure
  • La production d'emballages biosourcés utilise trop souvent des fibres obtenues à partir du bois, ce qui implique des phases de transport énergivores. Des productions alternatives peuvent diminuer cet impact, en particulier lorsqu'il est possible de produire le matériau brut végétal plus près du lieu final de commercialisation.
  • On connaît, par le document WO 9858119 , un procédé de préparation en continu d'une pâte à papier à partir de fibres textiles lignocellulosiques et mettant en oeuvre une ligne d'extrusion bi-vis. Lors du traitement il est prévu de séparer les fibres textiles et le reste de la plante ce qui revient à une étape de séparation pour conserver les fibres longues. Ce type de procédé génère ainsi une quantité significative de déchets.
  • De façon générale dans le domaine de la production de papier, il est connu de produire une pâte à longues fibres en séparant, lors d'une étape d'extraction/séparation des constituants de certaines plantes récoltées ayant une composition hétérogène. Cependant, l'isolation préalable des fibres longues, appelée défibrage, génère une grande quantité de déchets. Dans le cas du chanvre, le noyau (chènevotte) est considéré comme un déchet, non valorisé sur le site de traitement considéré. Par ailleurs, lorsque du bois n'est pas utilisé mais une tige de plante (comme la paille de chanvre), les traitements font intervenir des réactions chimiques.
  • Le document FR 3015529 prévoit d'optimiser l'utilisation de la matière lignocellulose, y compris les fibres courtes, pour la production d'une pâte à papier, par un traitement chimico-mécanique, qui fait intervenir en particulier un additif de type hydroxyde alcalin, ajouté lors du traitement par une extrudeuse à deux vis.
  • Par ailleurs, il existe des méthodes utilisant des fibres de plantes comme le chanvre qui forment des constituants entrant dans la composition d'une sous-couche d'un contenant plastique. Il est ainsi connu, par le document CA 2947636 , de réaliser un emballage alimentaire biodégradable, par exemple sous formes de barquettes alimentaires, comprenant une base, des couches de revêtement intérieures et extérieures pour assurer la rigidité requise, en utilisant des fibres naturelles et des additifs chimiques. Il est également connu de réaliser des pièces plastiques injectées renforcées en fibres végétales de lin ou de chanvre. Ici également, seulement une partie spécifique de la plante est utilisée.
  • Les méthodes conventionnelles de réalisation d'articles moulés relativement rigides requièrent l'utilisation de composants polymères exogènes, c'est-à-dire de composants polymères ne provenant pas de la matière végétale contenant des fibres de cellulose.
  • Il existe donc un besoin pour des méthodes de traitement purement mécanique (thermo-mécanique), respectueuses de l'environnement et qui minimisent le gaspillage, pour obtenir une pâte présentant une bonne qualité structurelle, permettant la valorisation optimale de plantes annuelles.
    • Résumé
  • Afin d'améliorer la situation, il est proposé un procédé de transformation d'une matière brute fibreuse biosourcée, pour former une pâte cellulosique apte au moulage, avec la particularité que :
    • ladite matière brute consiste en de la paille de chanvre, avec les feuilles sans les racines, incluant ainsi la chènevotte ;
    • la transformation est mécanique (purement de type thermo-mécanique), c'est-à-dire sans additif chimique, la matière étant introduite et mise à circuler dans une ligne d'extrusion.
  • On utilise la quasi-totalité de la plante (les racines n'étant habituellement pas prises en compte car laissées au moment de la récolte), ce qui permet d'éviter une phase de séparation de feuilles ou une séparation entre des couches de la tige par exemple. Le matériau à traiter selon ce procédé est un matériau brut, de sorte que le procédé ne requiert ni l'utilisation de chanvre exclusivement sous forme de chènevotte ni l'utilisation exclusive de chanvre sous forme de fibres (déjà individualisées/flexibles). La phase d'extrusion est adaptée pour obtenir une pâte cellulosique mécanique mono-source (provenant uniquement du chanvre tel que récolté), qui limite les étapes de sélection de matériau au départ et qui évite le recours à la chimie pendant le traitement.
  • Après un morcellement de la plante entière de chanvre permettant d'obtenir un matériau brut broyé incluant trois fractions mélangées consistant en une première fraction composée de fibres, une deuxième fraction composée de poussières, et une troisième fraction composée de morceaux de chènevotte, le procédé comprend les étapes suivantes :
    • un transfert du matériau brut broyé (par exemple à l'aide d'un doseur), dans la ligne d'extrusion, sachant que ledit matériau est humidifié pendant une étape d'humidification ;
    • un traitement mécanique du matériau broyé et humidifié (intrant) pour augmenter la quantité de fibres, au cours duquel on peut réaliser simultanément un chauffage permettant un échauffement et/ou une vaporisation de l'eau contenue dans des pores des morceaux (décompactés) et une réduction des morceaux (décompactés), qui sont réduits entre deux vis parallèles de la ligne d'extrusion servant à faire circuler le matériau broyé et humidifié ; et
    • une collecte, à une sortie de la ligne d'extrusion, d'une pâte défibrée (extrant).
  • Le procédé combine avantageusement un broyage et une humidification qui permettent de limiter la taille des morceaux et de les décompacter sans action chimique. Les morceaux sont par exemple broyés pour limiter leur longueur maximale en dessous d'un seuil, par exemple avec une longueur maximale d'un ou quelques centimètres : les différents constituants sont mélangés dans le matériau broyé et sont aptes à l'extrusion. L'humidification est réalisée avec une durée suffisante pour décompacter les morceaux de chènevotte en utilisant de la vapeur d'eau, l'étape d'humidification étant réalisée de préférence avant l'introduction dans la ligne d'extrusion.
    Le matériau broyé/déchiqueté peut être à 100% biosourcé.
  • Selon une particularité, l'étape (52) d'humidification utilise de la vapeur d'eau après une phase de mouillage préalable, l'étape (52) d'humidification étant réalisée avant l'introduction dans la ligne d'extrusion (4).
  • Avec un tel pré-traitement sans chimie, il est permis de s'affranchir d'une gestion d'effluents (sans rejets indésirables), tandis que le rendement de défibrage dans la ligne d'extrusion est important/augmenté. Un meilleur compromis peut être atteint entre l'obtention de fibres qui ne sont pas trop courtes (pas trop coupées) et la réduction des petits morceaux de la chènevotte, aptes à fournir des fibres longues (> 0,8 mm après l'extrusion). L'échauffement induit par l'action mécanique des vis de la ligne d'extrusion, éventuellement complété par un transfert thermique dans un fourreau logeant ces vis, peut en outre ramollir efficacement les morceaux de chènevotte pour faciliter la libération progressive de fibres sur les bords des morceaux, avec la montée en température de l'eau (typiquement vaporisé). Un ramollissement et l'effet de décompaction permettent aux fibres d'être moins liées entre elles avant les phases de malaxage, cisaillement et compression lorsqu'un tel pré-traitement a été réalisé en amont de l'extrusion et tout du moins en amont des tronçons d'action mécanique permettant une fibrillation des morceaux de la troisième fraction.
  • Selon une particularité, la vapeur d'eau est utilisée pour décompacter les morceaux de chènevotte déjà chargés en eau lors d'une étape de trempage (phase de pénétration déjà réalisée par ce trempage), de sorte à réaliser une dégradation de composants hydrophiles comme les pectines de la plante (début d'effet de dégommage à la vapeur) pour initier une extraction et séparation des fibres unitaires de chanvre issues des morceaux de chènevotte. Concrètement, le prétraitement par contact avec l'eau puis avec la vapeur d'eau permet de décomposer et/ou extraire des substances pectiques liant les fibres à la plante. Un tel prétraitement participe à un début de séparation progressive des faisceaux de fibres par rapport aux tissus de la tige et la cohésion entre les fibres est réduite. Le traitement mécanique peut ensuite finaliser cette séparation, en retirant les fibres des blocs/morceaux.
  • Il est par exemple prévu d'étuver le matériau broyé et trempé, à la vapeur d'eau, typiquement pendant plus de 5 ou 10 minutes environ, par exemple pendant une durée inférieure à 60 ou 90 minutes, afin d'éviter de dégrader les propriétés mécaniques des fibres par hydrolyse et/ou de dissoudre trop de matière (perte de masse).
  • Il a été constaté expérimentalement que l'humidification et l'absence de produit chimique (absence de soude par exemple ou hydroxyde alcalin similaire) peuvent correspondre à un pré-traitement contrôlé afin d'obtenir des fibres individualisées à partir de fibres unitaires de la première fraction. De plus, ce contrôle peut permettre une utilisation de vapeur d'eau à une température limitée, proche de 100°C et ne dépassant pas 130°C, de sorte qu'on évite tout phénomène d'explosion à la vapeur : en empêchant ce phénomène (accentué en cas d'utilisation de produit chimique), on limite l'apparition de morceaux jouant un rôle négatif sur la distribution des longueurs de fibres.
  • La température peut être contrôlée, au niveau de l'introduction de matériau broyé et/ou par un fourreau logeant les deux vis, de sorte que la température reste en dessous de 125 ou 130°C. A titre d'exemple, une température de consigne comprise entre 105 et 115°C peut être paramétrée pour le fourreau thermorégulé.
  • L'augmentation du nombre de fibres individuelles correspond à la réduction, en nombre et en taille, des morceaux de chènevotte contenant du matériau cellulosique. De plus, il peut être permis d'augmenter une longueur moyenne des fibres. Le chauffage rend le procédé dans la ligne d'extrusion efficace pour améliorer les caractéristiques structurelles de la pâte de chanvre chargée en eau. Avec un tel procédé, il est permis de produire une pâte structurelle, résultant d'un traitement thermo-mécanique uniquement, ce qui permet d'éviter l'emploi de produits chimiques et le traitement d'effluents liquides sans pour autant écarter une quantité importante de biomasse du traitement.
  • De façon surprenante, l'extrusion transforme le mélange hétérogène de fibres (déjà individualisées) et de morceaux de chènevotte de taille millimétrique ou centimétrique en un mélange de fibres qui peuvent s'enchevêtrer dans une structure tridimensionnelle interconnectée. Grâce à l'amélioration de la résistance et de la stabilité de cette pâte, celui-ci peut être utilisé pour mouler une unité d'emballage tridimensionnelle, telle qu'une barquette, un bol, une unité d'emballage d'oeufs ou tout autre emballage.
  • L'étape d'humidification permet de réaliser un mouillage du matériau brut (par exemple avec un diffuseur), et l'élimination de l'eau s'effectue sans entraînement de composés exogènes (non issues de la plante) tels que des agents chimiques. L'étape d'humidification (mouillage/ étuvage), qu'elle soit réalisée entièrement avant l'extrusion ou au moins en partie pendant l'extrusion, sert à obtenir une matière à taux d'humidité supérieur à 60 ou 70%, par exemple de l'ordre de 75%, à l'entrée des tronçons actifs de la ligne d'extrusion (tronçons actifs pour du cisaillement, accumulation, compression, malaxage ou action mécanique). Dans des variantes, une adjonction d'eau, par exemple proportionnellement au débit de chanvre broyé sec, peut être réalisée dans une partie d'amenée vers la ligne d'extrusion. Eventuellement, un effet d'étuvage peut être réalisé à un tel endroit.
  • Selon une particularité, la totalité du matériau broyé humidifié circule entre les deux vis, co-rotatives (c'est-à-dire tournant suivant le même sens de rotation), qui appartiennent à une extrudeuse bi-vis, les deux vis délimitant entre elles plusieurs tronçons de traitement, dont au moins un tronçon présente :
    • une zone d'accumulation du matériau humidifié ; et
    • une zone de compression du matériau humidifié, adjacente à la zone d'accumulation.
  • Le traitement mécanique peut inclure une étape d'extrusion par extrudeuse bi-vis, dans un fourreau qui est régulé en température. Ce type d'extrusion peut permettre une alimentation régulière et les débits peuvent ainsi être augmentés. Le mélange est bien plus efficace qu'avec une extrusion mono-vis, et l'homogénéité de la pâte est assurée.
  • Dans des options de prétraitement, on peut obtenir un matériau brut broyé en utilisant une ou plusieurs des mesures qui suivent :
    • le broyage est réalisé à une vitesse inférieure ou égale à 150 ou 200 tours/min.
    • la vitesse de l'élément de contact (appartenant au broyeur) en contact avec la paille peut être de 100 à 200 mètres par minute ; c'est une vitesse qui ne génère pas trop de poussières (sachant que le diamètre du rotor du broyeur peut être optionnellement de 50 à 60 cm).
    • compte tenu de l'hétérogénéité des parties constitutives de la plante de chanvre et la présence de poussières, le broyage est contrôlé en évitant de générer des effets de poussières/effets destructeurs des fibres, ce qui peut impliquer de limiter la durée de broyage et/ou la vitesse de rotation d'un arbre de contact avec le matériau, appartenant au broyeur (limitation de la vitesse de rotation de broyeur à couteaux/déchiqueteuse ou appareil similaire de réduction de la taille des composants du matériau brut).
    • le morcellement/broyage est contrôlé pour s'opposer à une dégradation des fibres de la première fraction, en limitant une vitesse de rotation d'un arbre d'un broyeur en dessous d'un seuil prédéterminé, qui est de préférence inférieur ou égal à 200 tours/min (ou moins de 200 mètres par minute à une extrémité radiale du rotor du broyeur).
    • le broyage est paramétré pour limiter la réduction excessive engendrant de la perte de matières (par exemple, on peut éviter un broyage à couteaux à vitesse élevée comme 1000 ou 1500 tours/min, générateur de poussières).
    • le broyage/déchiquetage est réalisé, optionnellement par un broyeur ou déchiqueteur à recycler du plastique, ce déchiquetage étant du type à basse vitesse (par exemple 80 tours/min).
    • une vitesse de rotation pendant l'étape de broyage et/ou coupe est comprise entre 55 et 100 tours/min.
  • Dans des options du procédé, on peut avoir recours à une ou plusieurs des particularités suivantes :
    • une étape d'extraction et évacuation d'eau et de composants extractibles dissous dans l'eau, séparément de la pâte défibrée, lors du traitement mécanique dans la ligne d'extrusion (des substances pectiques et la lignine, présente en faible quantité dans la mesure où le chanvre est une plante pauvre en lignine, font typiquement partie des composant extractibles/extrais avec l'eau évacuée).
    • les vis sont co-rotatives, par exemple interpénétrantes au moins dans certaines parties, en ayant des profils conjugués (au moins dans la ou les zones de compression).
    • l'étape de traitement mécanique, dans la ligne d'extrusion est adaptée pour faire passer la masse de fibres individualisées issues de la chènevotte d'un pourcentage en masse sèche inférieur à 3 ou 5% (en référence à la masse totale de fibres individualisées), dans le matériau brut broyé humidifié et soumis à un étuvage (avant ce traitement mécanique), à un pourcentage en masse sèche supérieur ou égal à 35%, de préférence supérieur ou égal à 45% (par exemple entre 48 et environ 60%) ; ainsi, le traitement augmente la quantité de fibres, sachant que la chènevotte représente généralement entre 50 et 60% de la masse sèche de paille de chanvre formant le matériau brut de départ, et apporte en outre une amélioration qualitative dans la mesure où les fibres initialement contenues dans la troisième fraction peuvent constituer des fibres individualisées plus longues.
    • une température de consigne inférieure ou égale à 115 ou 120°C (et typiquement supérieure à 100°C) est utilisée pour un fourreau thermorégulé qui enveloppe/loges les deux vis.
    • l'étape d'extrusion est réalisée sans adjonction d'eau ou de vapeur (ceci peut permettre d'éviter des effet de hausse locale de température).
    • une même vitesse de rotation des axes est paramétrée, avec un même sens de rotation, la vitesse étant choisie par exemple entre 300 et 750 ou 1000 tours/min, plus particulièrement entre 350 et 700 tours/min.
    • l'étape de traitement mécanique utilise des contre-filets dans les vis de l'extrudeuse, par exemple avec une taille caractéristique de rainure, dans les contre-filets, qui se réduit en passant d'un premier tronçon à contre-filets à un deuxième tronçon à contre-filets.
    • les contrefilets sont disposés de façon interpénétrante dans chaque tronçon à contrefilets.
    • le deuxième tronçon est séparé du premier tronçon par une section de convoyage ou par plusieurs sections intermédiaires dont une section de convoyage.
    • il est prévu un troisième tronçon séparée du deuxième tronçon par une autre section de convoyage ou par plusieurs sections intermédiaires dont une autre section de convoyage.
    • les deux vis de la ligne d'extrusion peuvent inclure chacune un ou plusieurs organes malaxeurs (par exemple de type monolobe ou bilobe par exemple).
    • les organes malaxeurs sont disposés chacun en aval (par exemple moins de 10 ou 15 cm plus en aval), suivant le sens de circulation de la matière dans la ligne d'extrusion, d'un tronçon à contre-filets.
  • Selon une particularité, l'étape d'humidification a une durée suffisante pour décompacter les morceaux de chènevotte en utilisant de la vapeur d'eau, l'étape d'humidification étant réalisée de préférence avant l'introduction dans la ligne d'extrusion. La durée de l'humidification peut se décomposer en une première durée pour un trempage, supérieure à 200 minutes par exemple, et une deuxième durée pour une étape d'étuvage à la vapeur (en contrôlant la température pour qu'elle soit au plus près de 100°C, par exemple en dessous de 105°C ou 110°C).
  • L'étape d'humidification peut faire passer le matériau broyé d'un état de séchage correspondant à une première siccité, comprise par exemple entre 75 et 95%, à un état humidifié correspondant à une deuxième siccité inférieure à 40%, de préférence comprise entre 20 et 35%. L'étape d'humidification peut passer par un premier stade/état humidifié sans effet de chauffe, par exemple à l'issue d'une étape de trempage dans un diffuseur, avant d'atteindre l'état humidifié final avec la deuxième siccité, dans un état chauffé à la vapeur.
  • Dans des options de réalisation, l'étape d'humidification peut présenter une ou plusieurs des particularités suivantes :
    • l'étape d'humidification inclut une phase de trempage suivie d'une phase d'étuvage, et/ou une mise en contact du matériau broyé avec de l'eau de trempage pendant une durée d'au moins 200 minutes, de préférence comprise entre 250 et 1000 minutes, dans un diffuseur incluant une cuve équipée d'un filtre, de préférence sous la forme d'une grille.
    • un obturateur est déplacé d'une position de fermeture à une position d'ouverture d'un passage d'évacuation prévu dans une partie de fond de la cuve, afin de permettre une évacuation de l'eau de trempage en retenant ledit matériau dans la cuve à l'aide du filtre.
    • l'étuvage peut être réalisée après une phase d'élimination d'eau, éventuellement par évacuation de cette eau via une sortie de drainage prévue dans la cuve de trempage (diffuseur). Après trempage, en ouvrant l'accès la sortie/l'évacuation, il est permis d'éliminer l'eau et récupérer les particules sans perte solide (ou tout du moins sans perte significative dans le but recherché, la matière dissoute n'étant d'aucune utilité par exemple).
    • l'air présent dans les particules/morceaux peut être chassé lors de l'étape d'humidification, par exemple lors de l'étuvage.
    • l'étape d'humidification est réalisée pour permettre une imprégnation en eau homogène dans le mélange à traiter mécaniquement dans l'étape ultérieure utilisant la ligne d'extrusion.
    • la cuve peut être équipée d'une grille très fine, dont la taille des mailles de passage est inférieure ou égale à 10 micromètres.
  • Dans la présente description, on désigne ici par diffuseur tout équipement permettant de faire tremper le chanvre avec de l'eau en bouchant un orifice ou accès de sortie (pour liquide) tout en disposant d'un filtre pour le drainage. Une ou plusieurs cuves peuvent faire partie d'un diffuseur. Optionnellement, le diffuseur peut faite partie d'une partie de transfert vers une étuve ou équipement d'étuvage.
  • Typiquement, l'étape d'humidification et l'étape d'extrusion s'enchaînent l'une après l'autre. Plus généralement, il n'y a pas de séchage intermédiaire entre la fin de l'étape d'humidification, par exemple à la fin de l'étuvage, et l'introduction dans la ligne d'extrusion. Eventuellement, une phase de maintien d'humidité, par exemple dans un état confiné limitant la circulation d'air susceptible de sécher le matériau, peut être prévue si le matériau broyé et humidifié (étuvé) est placé en attente pendant plusieurs heures avant l'introduction dans la ligne d'extrusion.
  • Selon une particularité, une étape de raffinage est réalisée à partir du matériau ayant subi l'étape de traitement mécanique (traitement dans la ligne d'extrusion), afin obtenir davantage de fibres.
  • Dans des options de l'étape de raffinage, il est prévu une ou plusieurs des particularités suivantes :
    • pâte défibrée est introduite dans un raffineur incluant au moins une paire de disques,
    • le raffineur est utilisé lors d'une étape de raffinage au cours de laquelle une vitesse de rotation relative entre deux disques appariés dans le raffineur (pour permettre un raffinage) est comprise entre 1000 et 5000 tours/minute.
    • le type raffineur utilisé est sélectionné pour un effet de fibrillation (le raffinage est réalisé en vue d'obtenir la fibrillation des fibres tout en minimisant la coupe des fibres).
    • le raffinage est limité de façon à obtenir un indice d'égouttage du standard CSF supérieur à 200 mL, de préférence compris entre 230 et 460 mL.
    • le traitement mécanique est réalisé, sans additif chimique, de façon qu'au moins 98% ou 99% des particules ou morceaux résiduels de chènevotte contenus dans la pâte défibrée collectée, qui ne constituent pas des fibres flexibles/individualisées, ont une longueur maximale inférieure ou égale à 2 mm. Typiquement, la pâte collectée peut ne plus contenir de morceaux de chènevotte de taille supérieure au millimètre.
    • préférentiellement dans la pâte collectée, les particules rigides et/ou plus épaisses que des fibres de chanvre individualisées (particules ne constituant pas des fibres flexibles) sont toutes de taille submillimétrique ou ne dépassant pas 2 mm.
  • Indépendamment ou en combinaison de ce qui précède, l'étape de traitement mécanique peut être une étape d'extrusion réalisée en paramétrant une longueur utile et/ou une vitesse de rotation des deux vis parallèles afin d'obtenir, pour la pâte défibrée collectée, un indice d'égouttage du standard CSF compris entre 200 mL et 500 mL (entre 230 et 460 mL par exemple).
  • En cas de raffinage, ce dernier peut être réalisé pour abaisser l'indice d'égouttage du standard CSF d'une valeur d'abaissement comprise entre 40 et 200 mL, par exemple entre 60 et 150 mL. Indépendamment de l'abaissement de cet indice, le raffinage peut être léger pour éviter de couper les fibres déjà obtenues qui ont une qualité satisfaisante/aptitude aux liaisons inter-fibres.
  • Dans des options de réalisation du procédé, il peut être prévu un ou plusieurs aspects suivants :
    • des bûchettes de taille submillimétrique (fins morceaux allongés/en forme de micro-bâtonnets, à base de chènevotte) sont présentes dans la pâte défibrée collectée et/ou la pâte se caractérise par la présence de fibres et de morceaux fibreux de chènevotte de taille caractéristique submillimétrique.
    • le procédé comprend une étape de classage pour séparer des bûchettes restant dans la pâte collectée et/ou une étape de raffinage, permettant de transformer les bûchettes en fibres.
    • l'étape de classage permet optionnellement d'éliminer, dans la pâte défibrée collectée, les bûchettes issues de la chènevotte et de les retourner à l'extrudeuse/ligne d'extrusion en vue de les réduire.
    • l'étape de classage peut permettre de fibriller les fibres déjà individualisées. Des fibres de longueur supérieure ou égale à 2,5 mm sont présentes dans la pâte défibrée collectée.
    • la pâte récupérée/collectée à la sortie de la ligne d'extrusion ou sortant d'une étape de classage est soumise à au moins une étape de raffinage.
    • une étape de séparation de morceaux peut être réalisée, par classage ou par sélection adaptée, afin de rejeter des particules de taille supérieure à une limite prédéterminée, de préférence de taille supérieure à 3 mm.
    • le procédé peut inclure une étape de remise en circulation, dans la ligne d'extrusion par introduction dans le doseur, optionnellement après une étape additionnelle de coupe et/ou broyage, de morceaux de la troisième fraction récupérées dans la ligne d'extrusion après ladite étape de traitement mécanique.
  • Dans des formes de réalisation limitant le nombre total d'opérations, l'étape d'humidification et l'étape d'extrusion s'enchaînent l'une après l'autre (sans séchage intermédiaire par exemple), et ces deux étapes consécutives permettent de produire une pâte structurelle de qualité, de sorte qu'une étape de traitement supplémentaire qui réduirait la longueur des fibres n'est pas nécessaire. S'il faut éliminer des bûchettes, un simple classage suffit : le classage de la pâte permet de séparer les gros éléments (ici les morceaux/buchettes issues de la troisième fraction), en éliminant également des impuretés lourdes (sable, poussières solides) dans une chaîne d'épuration.
  • Selon une particularité, la pâte défibrée collectée est utilisée, de préférence après une étape d'épuration par rinçage et/ou filtration, comme pulpe dans une étape de moulage dans un moule afin d'obtenir un contenant en trois dimensions. L'étape de moulage peut impliquer un chauffage (à plus de 50°C) qui ne dégrade pas la pulpe, par exemple un chauffage bref (moins de 5 ou10 minutes) et/ou ne dépassant pas 190°C ou 220°C, de préférence en dessous de 170°C. Ce moulage peut être réalisé dans un moule à organe mobile presseur ou dans un moule à injection.
  • Selon un aspect de la présente divulgation, la pâte défibrée obtenue par le procédé est utilisable comme matériau de moulage, ce matériau étant apte à s'écouler à chaud sans altération structurelle des fibres en dessous d'un seuil de température, par exemple à une température de moulage comprise entre 50 et 170°C.
  • Dans un exemple d'application, une couche en plaque, par exemple d'épaisseur sensiblement constante, est obtenue par une première mise en forme d'un matériau pâteux constitué de la pâte défibrée collectée ou d'une pâte épurée obtenue à partir de la pâte défibrée collectée. La pâte épurée peut être optionnellement obtenue après une étape de classage et/ou une étape de raffinage.
  • Lors d'une deuxième mise en forme, la couche en plaque peut être déformée/modifiée, par exemple par compression et/ou étirement dans un moule pour obtenir tout ou partie d'un contenant en trois dimensions, formant de préférence un emballage alimentaire.
  • Dans un exemple d'application, un matériau pâteux constitué de la pâte défibrée collectée ou d'une pâte épurée obtenue à partir de la pâte défibrée collectée, après une étape de classage et/ou une étape de raffinage, est injecté dans un moule pour obtenir tout ou partie d'un contenant en trois dimensions, formant de préférence un emballage alimentaire.
  • Dans des options sans recours à un raffinage, la pâte défibrée collectée peut être soumise à une opération de classement dans un ou plusieurs dispositifs de classement. Eventuellement, les rejets de l'opération de classement sont soumis à un traitement mécanique additionnel permettant un défibrage. Par exemple, ces rejets sont soumis à un défibrage dans au moins un appareil à action mécanique choisi parmi un raffineur, un broyeur ou système équivalent, ou la ligne d'extrusion. Un broyeur à marteaux, un broyeur à couteaux peuvent être utilisés (en cas d'utilisation d'un broyeur sans recyclage dans la ligne d'extrusion, le broyage fournit un complément de matériau défibré qui peut être recyclé en amont du ou des dispositifs de classement).
  • Selon une particularité, il prévu une étape de stérilisation de la pâte défibrée collectée, lors d'une étape de formage, par exemple par thermoformage à une température comprise entre 130 et 160°C, par exemple d'environ 140°C.
  • Le procédé prévoit un chauffage au-dessus de 100°C, par exemple sans dépasser un seuil de 121°C, à la fois pendant l'étape d'humidification et pendant l'étape de traitement mécanique dans la ligne d'extrusion.
  • Selon un autre aspect, il est proposé une pâte de chanvre obtenue par le procédé selon l'invention. La pâte collectée à la sortie de l'extrudeuse, éventuellement après un post-traitement mécanique tel qu'un classage et/ou un raffinage, est avantageusement utilisable/utilisée pour la production d'une pièce en trois dimensions, par exemple un contenant, lors d'une étape de mise en forme avec chauffage/cuisson de la matière sèche. La mise en forme peut consister, à titre d'exemple non limitatif, en un moulage par injection, un moulage par pressage, ou une technique additive (impression 3D, par exemple en déposant la pâte sous la forme d'un filament).
    • Brève description des dessins
  • D'autres caractéristiques, détails et avantages apparaîtront à la lecture de la description détaillée ci-après, et à l'analyse des dessins annexés, sur lesquels :
    • La Figure 1 illustre un diagramme d'étapes utilisables dans un procédé conforme à un mode de réalisation.
    • La Figure 2 montre schématiquement des sections d'une extrudeuse utilisable dans la mise en oeuvre du procédé d'obtention d'une pâte structurelle de chanvre.
    • La Figure 3 illustre un détail d'un tronçon de traitement mécanique au sein d'une extrudeuse participant à une étape de traitement mécanique, contribuant au défibrage de morceaux de chènevotte humidifiés qui font partie du matériau broyé introduit dans l'extrudeuse.
    • La Figure 4A et la Figure 4B illustrent, respectivement et de façon schématique, des stades de mise en forme pour la production d'un contenant moulé en trois dimensions, à partir d'une pâte défibrée obtenue par un procédé conforme à l'invention, la pâte ayant subi éventuellement un raffinage.
    • La Figure 5A et la figure 5B illustrent deux vues, respectivement avant et après une opération de mise en forme, représentatives d'une opération de moulage utilisant une plaque mince pouvant être constituée de la pâte obtenue selon un procédé conforme à l'invention.
    • La Figure 6 et une vue en perspective d'un raffineur, utilisable pour un raffinage à haute consistance ou à basse consistance, et permettant ainsi de transformer, dans la pâte collectée en sortie d'extrudeuse, certains morceaux en fibres, en fibrillant en outre les fibres déjà individualisées.
    Description de modes de réalisation
  • Il est exposé ci-après, de façon détaillée, plusieurs exemples de modes de réalisation non limitatifs. Sur les différentes figures, des références identiques indiquent des éléments identiques ou similaires.
  • Comme illustré sur la figure 1, un certain nombre d'étapes peuvent intervenir pour transformer la plante de chanvre, ici sous forme de tige avec feuilles, en pâte structurelle. Le procédé de traitement, mécanique et sans faire intervenir d'additif chimique, permet de préparer une pâte malléable et formable, qui peut être utilisée comme substance de moulage dans des applications d'emballage ou d'autres applications utilisant la résistance des fibres cellulosiques obtenues issues du chanvre, par exemple dans le domaine textile, la construction, le domaine automobile ou aéronautique (le cas échéant en étant combiné avec d'autres matériaux), et certains autres domaines en se substituant à des structures en polymères d'origine fossile.
  • Il est à noter, comme visible sur la figure 1, qu'en dehors de l'eau utilisée dans une étape 52 d'humidification, la pâte apte à être mise en forme utilise uniquement le chanvre, ici la paille de chanvre 10, comme matière première. La fourniture de ce chanvre (appelé aussi chanvre industriel) correspond à un produit de récolte, typiquement après un séchage (éventuellement naturel sur le champ) : le matériau brut est ainsi purement issu de l'agriculture. En pratique, ce matériau peut se décomposer en fibres, en poussières et chènevotte : ces composants forment ainsi trois fractions respectives présentes dans le chanvre utilisé dans le procédé de transformation/préparation ici décrit. Les fibres représentent typiquement de 20 à 35% en poids de la paille de chanvre 10, tandis que la chènevotte peut représenter de 55 à 60% en poids de cette paille. La poussière contenue dans la plante peut correspondre au complément (entre 10 à 15% du poids).
  • Le procédé de transformation/préparation pour l'obtention d'une pâte, conformément à l'invention, comporte notamment deux grandes étapes :
    • une réduction mécanique en taille de la paille (ce qui implique la coupe ou morcellement des tiges) afin d'obtenir des morceaux de taille n'excédant pas un seuil, par exemple ne dépassant pas une dimension maximale de 2, 3, 5 ou 10 centimètres pour au moins 99% en poids de la matière solide, cette réduction formant un pré-traitement mécanique incluant au moins une étape (50, 51) de broyage et/ou découpe de la paille de chanvre 10 ; et
    • un traitement mécanique, sans addition de produit chimique, pour augmenter la quantité de fibres, avec conversion au moins partielle des morceaux de chènevotte en fibres, dans une ligne d'extrusion 4.
  • Le procédé est typiquement thermo-mécanique, en permettant de chauffer le matériau brut broyé 1 qui inclut les trois fractions mélangées. La ligne d'extrusion 4 intervient lors d'une phase de production de la pâte. Le chauffage peut être réalisé pendant cette phase de production mais aussi, par exemple dans un contexte de mouillage et/ou d'étuvage, avant cette phase de production, afin notamment de rendre les morceaux de chènevotte plus aisés à défibrer
  • Une humidification du broyat ou matériau brut réduit en morceaux est réalisée, ce qui peut permettre de rendre les morceaux de chènevotte plus aisés à convertir en fibres, lors du passage dans la ligne d'extrusion 4, en combinaison avec le maintien d'une température au-delà d'un seuil, par exemple supérieur ou égal à 1 00°C, dans la zone de circulation du matériau broyé humidifié 1' au sein de la ligne d'extrusion 4.
  • Dans tout ce qui suit, le matériau broyé avant humidification est appelé matériau brut broyé 1. Aucun additif chimique n'est utilisé dans l'obtention du matériau brut broyé 1, de sorte que la composition massique de la partie solide du matériau brut broyé 1 peut être la même que dans la paille 10. Autrement dit, il n'y a pas de perte de matière solide ni besoin d'une étape de sélection de composant. Et, de préférence, il n'y a pas non plus besoin d'un mélangeage avec un composant additionnel.
    • Obtention du matériau brut broyé
  • L'étape 50 de broyage de la plante de chanvre peut être réalisé de façon à préserver la qualité structurelle des fibres (première fraction) déjà présentes. Un broyeur à couteaux ou broyeur similaire fonctionnant de manière sèche, adapté pour un produit fibreux, peut être utilisé dans cette étape 50, afin de fragmenter le matériau de départ (en réduisant la taille des constituants) sans générer un écrasement et sans modifier la composition. Dans le matériau brut broyé 1, la chènevotte est ainsi fragmentée en de multiples morceaux de chènevotte. Le matériau brut broyé est plus facilement utilisable dans des étapes ultérieures comme l'étape 52 d'humidification et l'étape 53 d'extrusion réalisée à l'aide d'une ligne d'extrusion 4 à deux vis 14, 15, comme dans le cas non limitatif montré sur la figure 3.
  • En référence à la figure 1, après l'étape 50 qui peut être optionnellement réalisée au plus près du site de récolte, il est par exemple prévu une étape de vérification que les éléments constitutifs du chanvre broyé ne contiennent pas d'éléments dont la longueur dépasse un seuil, par exemple allant au-delà de 20 ou 30 mm. Une mesure ou détection, le cas échéant utilisant une caméra ou un dispositif analyseur analogue, peut permettre de détecter de tels éléments plus longs que le seuil prédéfini ou paramétré.
  • En cas de détection de tels éléments considérés trop longs, une étape additionnelle de retraitement peut être réalisée, sans perte de matière. Par exemple, on introduit le matériau à retraiter dans un broyeur équipé d'une grille empêchant le passage d'éléments de grande taille, par exemple une grille avec des trous dont la taille est choisie proche ou égale des valeurs suivantes : 0.25 / 0.50 / 0.75 / 1.0 / 1.50 cm. Les trous peuvent être ronds, oblongs, de forme trapézoïdale, rectangulaires, à section en carré ou polygonale. Plus généralement, on comprend que le retraitement, optionnel, peut correspondre à une phase ou étape 51 de découpe, permettant notamment de couper et ainsi réduire la longueur des éléments les plus longs dans le matériau brut qui rassemble les trois fractions susmentionnées.
  • En général, la siccité du chanvre broyé et/ou coupé à ce stade (matériau brut broyé 1) peut se trouver dans la gamme entre 75 et 94%. Le matériau brut broyé 1 sous cette forme peut, le cas échéant être conditionné de façon compacte et transporté jusqu'à un site de production, incluant notamment une ligne d'extrusion 4, en particulier une extrudeuse bi-vis lors d'une phase de production qui va être décrite ci-après.
    • Exemple expérimental : Préparation d'un matériau brut suffisamment broyé
  • Ici, la matière lignocellulosique provient uniquement du chanvre, plus précisément de la partie récoltée 10 (sans les racines) hors chènevis ou graines de chanvre, appelée ici paille de chanvre et qui inclut les feuilles de la plante. Dans cet exemple, un lot de 80 kg de chanvre broyé 1 a été préparé par utilisation d'un broyeur à couteaux. Ce chanvre constitue une matière première, ayant une siccité de 85, 1%.
  • Une étape préliminaire peut consister en une vérification que les éléments constitutifs du lot de chanvre broyé ne contiennent pas d'éléments dont la longueur dépasse un seuil, par exemple un seuil supérieur ou égal à 20 ou 30 mm. Dans l'exemple considéré, le chanvre broyé reçu présentait des éléments considérés trop longs. Ce chanvre a donc été retraité avec un broyeur à couteaux Pallman® équipé d'une grille à trous, par exemple de 10 mm de diamètre. Ce retraitement peut correspondre à l'étape 51 comme illustré dans le mode de réalisation de la figure 1.
    • Autre traitement avant production
  • Le procédé utilise de l'eau et prévoit un chauffage du matériau brut humidifié 1'. Dans une option de réalisation, on peut prévoir de soumettre le matériau brut broyé 1 à une étape 52 d'humidification ou tout type d'addition d'eau, qui peut se dérouler en deux phases :
    • une phase de trempage ;
    • puis une phase d'étuvage.
  • Dans un mode de réalisation compatible avec le cas illustré sur la figure 1, la phase de trempage consiste à mettre en contact le matériau brut broyé 1 avec de l'eau de trempage pendant une durée relativement longue, par exemple comparativement plus longue que l'étape 50 de broyage et plus longue que l'étape 53 d'extrusion, pour une quantité donnée de matériau à traiter. Cette durée de trempage est éventuellement supérieure à un seuil adapté, de préférence comprise entre 250 et 1000 minutes.
  • La phase de trempage peut être réalisée dans un diffuseur qui est adapté pour conserver les matières solides d'origine végétale (de la plante de chanvre). Pour cela, le diffuseur peut inclure une cuve équipée d'un filtre, de préférence sous la forme d'une grille. A l'aide d'un obturateur mobile, par exemple déplacé d'une position de fermeture à une position d'ouverture pour libérer un passage d'évacuation prévu dans une partie de fond de la cuve, il est permis (à la fin du trempage) d'évacuer l'eau de trempage en retenant le matériau dans la cuve, à l'aide du filtre.
  • L'étape 52 d'humidification a une durée typiquement suffisante pour décompacter les morceaux de chènevotte. Ceci peut être facilité avec la chaleur, en utilisant de la vapeur d'eau, par exemple formée lors de la phase d'étuvage. Dans le cas non limitatif de la figure 1, on a illustré une étape 52 d'humidification réalisée avant l'introduction dans la ligne d'extrusion 4. Dans des variantes, l'utilisation d'eau liquide et/ou de vapeur d'eau peut se poursuivre ou peut commencer pendant l'étape 53 d'extrusion.
  • L'étape 52 d'humidification peut faire passer le matériau broyé d'un état de séchage correspondant à une première siccité, comprise entre 75 et 95%, à un état humidifié correspondant à une siccité inférieure à 40%, par exemple comprise entre 20 et 35%. Dans des options de réalisation, l'étape 52 d'humidification peut être prévue au stade de la récolte et du conditionnement de la matière première. Par exemple, l'étape 52 peut être prévue avant ou pendant une étape 50 et/ou 51 permettant la réduction en taille pour constituer le matériau brut humidifié.
  • Dans une variante de réalisation, compatible ou indépendante d'une humidification préalable, une addition d'eau peut être réalisée pendant un dosage dans une extrudeuse et/ou pendant l'étape 53 d'extrusion afin d'obtenir une siccité adaptée, par exemple inférieure à 40 ou 50 %. Typiquement, comme détaillé ci-après, l'étape 53 d'extrusion est appliquée en chauffant un matériau broyé chargé en eau, donc en chauffant l'eau de ce matériau.
    • Production d'une pâte
  • En référence à la figure 2, une pâte 3 défibrée est obtenue après des phases de traitement mécanique, dans une ligne d'extrusion 4. Après un transfert et une étape 41 d'alimentation du matériau brut broyé, par exemple à l'aide d'un doseur, dans la ligne d'extrusion 4, ces phases sont réalisées pour permettre de convertir les morceaux de chènevotte en fibres. Le matériau, qui alimente une extrudeuse, peut être un matériau brut humidifié 1' résultant d'un traitement qui permet un niveau de mouillage suffisant des morceaux de chènevotte. Ce mouillage peut être typiquement contrôlé pendant l'étape 52 d'humidification, notamment en contrôlant une durée de trempage et une durée d'étuvage dans des options. Le matériau mouillé est débarrassé de l'air (en chassant par exemple plus de 50% de cet air) remplissant des zones poreuses des composants du matériau.
  • La ligne d'extrusion 4 peut consister en une extrudeuse bi vis, comportant deux vis 14, 15 parallèles actionnées en rotation et rendues co-rotatives, donc tournant suivant la même direction F comme illustré sur la figure 3 par exemple. La ligne d'extrusion 4 peut présenter des moyens de contrôler et où maintenir une température de chauffe qui dépasse un seuil de 100°C, permettant une évaporation partielle/progressive de l'eau contenue dans matériau brut humidifié 1'. À titre d'exemple non limitatif, la ligne d'extrusion 4 peut être une extrudeuse bi-vis. Dans l'extrudeuse, les arbres rotatifs des vis 14, 15 permettent le montage amovible d'organes aptes à composer des tronçons de traitement mécanique. Il est prévu ainsi une alternance de tronçons, par exemple conçus séparément, pour obtenir différents effets.
  • En variante, l'extrudeuse est mono-vis et des tronçons de traitement différents sont également prévus.
  • En référence aux figures 2 et 3, les deux vis 14, 15 peuvent délimiter entre elles des zones de passage pour le matériau broyé. La succession de tronçons permet de réaliser un déplacement (de la gauche vers la droite par exemple dans le cas de la figure 3) et un traitement mécanique du matériau broyé et humidifié 1', afin d'augmenter la quantité de fibres. Les morceaux de chènevotte mouillés qui passent régulièrement entre les deux vis 14, 15 sont réduits et convertis au moins partiellement en fibres individualisées. Plus généralement, la ligne d'extrusion 4 est configurée pour réaliser une réduction des petits morceaux de la chènevotte par séparation entre elles des fibres humidifiées et chauffées contenues au départ dans ces morceaux.
  • Dans l'option de la figure 2, la ligne d'extrusion 4 présente en alternance des tronçons 42, 44, 46, 48 de convoyage et des tronçons 43, 45, 47 pourvus de contre-filets avec des rainures de passage 16. Ici, il est prévu un tronçon 49 de convoyage adjacent à ou permettant de former une sortie d'extrudeuse. Dans les tronçons de traitement à contrefilets 43 45 47, l'extension ou taille d de la rainure (mesurée perpendiculairement aux axes des vis) peut être comprise entre 6 et 10 mm. Eventuellement, dans un premier tronçon 43 à contrefilets parmi les tronçons 43, 45, 47, cette taille d peut être supérieure à la taille prévue pour la rainure dans un dans au moins un autre des tronçons (exemple, une rainure d'environ 8 mm peut être prévue dans ce premier tronçon, et une rainure d'environ 6 mm peut être prévue au moins dans le dernier tronçon 47 présentant des contrefilets).
  • La ligne d'extrusion 4 peut admettre, la totalité du matériau broyé humidifié 1', qui inclut elle-même tous les composants solides du matériau brut broyé 1 obtenu à la récolte et/ou avant une étape 52 d'humidification. Parmi les tronçons de traitement 42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49 de la ligne d'extrusion 4, au moins un tronçon T peut présenter, comme visible par exemple sur la figure 3 :
    • une région pourvue de contrefilets répartis sur les deux vis 14, 15 ;
    • une zone d'accumulation du matériau humidifié pouvant inclure la région à contrefilets, les rainures 16 correspondantes participant à l'effet d'accumulation en limitant la section de passage pour la circulation du matériau vers la zone suivante ;
    • une zone de compression du matériau broyé humidifié, adjacente à la zone d'accumulation (typiquement en aval de la zone d'accumulation).
  • Des organes malaxeurs 18 peuvent être disposés en aval d'un au moins des tronçons 43, 45, 47 à contrefilets. Les différents organes de l'extrudeuse sont montés, dans la structure bi-vis, de façon à obtenir des profils conjugués. Les vis sont les vis 14, 15 peuvent être interpénétrantes pour compresser le matériau
  • La succession de phases de compression, cisaillement, malaxage et transport tend à homogénéiser le mélange contenant les trois fractions, dans la mesure où les morceaux (non défibrés) de la troisième fraction sont de plus en plus réduits, typiquement pour passer d'une taille centimétrique ou de quelques millimètres à une taille (longueur) submillimétrique. Ces morceaux réduits (typiquement de largeur supérieure à 75 microns) issus de la partie ligneuse sont appelés bûchettes dans tout ce qui suit. On obtient ainsi une pâte défibrée 3, collectée à la sortie de la ligne d'extrusion 4.
  • Dans ce qui suit, on désigne par fibres de la première fraction les fibres libériennes (partie libérienne) de la plante de chanvre. Les poussières sont des particules non fibreuses, volatiles et de nature organique.
  • La pâte contient des fibres cellulosiques, par exemple au moins au nombre 3 ou 4 millions par gramme de pâte, par exemple contenant plus de 4,5 millions de fibres par gramme de pâte, ce nombre pouvant être compris entre 5 et 12 millions, par gramme de pâte. On entend ici par fibres des constituants ayant une longueur suffisamment importante, par exemple supérieure ou égale à 200 micromètres
  • La longueur moyenne arithmétique des fibres, déterminée par analyse morphologique, peut être supérieure à 400 micromètres, tandis que la longueur moyenne pondérée en longueur peut dépasser 650 micromètres. La largeur moyenne des fibres peut être comprise entre 20 et 30 micromètres.
  • La teneur en bûchettes, formant les morceaux fibreux de taille submillimétrique ou inférieure à 2 mm, peut être inférieur à 0,1 ou 0,2 millions, par gramme de pâte. Typiquement le ratio entre la quantité de fibres et la quantité de bûchettes peut être supérieur à 20 pour 1, de préférence supérieur ou égale à 40 pour 1 pour 50 pour 1. Le comptage des fibres et des bûchettes, confirmant cette distribution et les informations quantitatives associées, peut être réalisé par un analyseur de type MorFi (avec une analyse d'image avec résolution microscopique), commercialisé par la société Techpap. Cet appareil analyseur (par exemple tel que ceux conçus par le Centre Technique du Papier CTP et TechPap) est adapté pour la caractérisation morphologique et comportementale des fibres.
  • Les mesures peuvent être effectuées dans l'environnement naturel des fibres sur une suspension fibreuse passant dans une veine de mesure où un système optique composé d'une caméra DTC (ou CCD en anglais) haute résolution et d'une source lumineuse permet l'acquisition des images immédiatement traitées par un calculateur. La mesure est une représentation statistique fiable des caractéristiques des fibres.
  • Dans le cas du traitement mécanique du matériau préparé selon l'exemple expérimental, après une étape 52 d'humidification se terminant par la mise à l'étuve du matériau trempé/mouillé (matière humide étuvée à vapeur à 100°C pendant 20 minutes), un traitement mécanique dans l'extrudeuse bi-vis Evolum 32 de Clextral a été réalisé, après introduction du chanvre broyé ré-humidifié et étuvé dans l'extrudeuse via un doseur équipé d'une vis d'alimentation.
  • L'extrudeuse bi-vis est configurée avec trois zones de compression avec des contrefilets ayant des ouvertures de 8 - 6 - 6 mm. Le débit en matière première est fixé à 8,5 kg/h (équivalent secs) et une vitesse de rotation des deux axes de 500 tours/min. Une température de consigne de 110°C est donnée pour l'ensemble des fourreaux de l'extrudeuse, qui se décompose schématiquement de la façon illustrée sur la figure 2. La ou les vitesses de rotation dans l'extrudeuse peuvent varier entre 300 et 1000 tours/min. Le débit de matière première peut être adapté, par exemple compris entre 5 et 8 kg/h ou prévu entre 8 et 9 kg/h ou davantage, à titre d'exemple non limitatif.
  • Toujours selon l'exemple expérimental, le défibrage du chanvre entier broyé (et réhumidifié) dans l'extrudeuse bi-vis a permis de produire une pâte ayant un indice d'égouttage de 430 ml CSF. Il s'agit d'un faible indice d'égouttage et il s'avère qu'on a obtenu un mélange de fibres cellulosiques longues et de fibres de la chènevotte. La consommation d'énergie de l'extrudeuse est de 675 kWh/t, soit une valeur nettement inférieure à des copeaux de bois. La pâte défibrée produite est composée de fibres de 0,676 mm de longueur moyenne (moyenne pondérée en longueur), de fines et de bûchettes. L'analyse MorFi montre que des fibres de longueur supérieure à 2,5 mm sont présentes dans la pâte 3.
  • La quantité de bûchettes, même si elle reste ici significative, est faible : 17,3% en surface avec une longueur moyenne de seulement 4,7 micromètres. Ces bûchettes proviennent de la chènevotte qui n'a pas été suffisamment/complètement défibrée. Bien entendu, les fibres cellulosiques sont particulièrement longues, en prenant pour direction de la longueur la direction d'extension des fibres, par rapport au morceaux fibreux (bûchette) courts formant les résidus de chènevotte. Par exemple, on constate pour les fibres une différence de l'ordre 100 pour 1 par rapport aux bûchettes (par exemple 460 micromètres en moyenne pour les fibres, contre 4,7 micromètres pour les bûchettes/morceaux fibreux résiduels de chènevotte) en prenant pour direction de la longueur la direction d'extension des fibres. A contrario, les bûchettes sont bien entendu plus épaisses/plus larges avec une largeur typiquement 10 fois plus grande qu'une largeur de fibre (la largeur étant une dimension transverse par rapport à la longueur d'extension des fibres individuelles).
  • Des éléments fins (fines), présents dans la pâte, ne sont pas gênant dans les aptitudes au moulage de la pâte 3. Le comportement de cette pâte défibrée, riche en fibres cellulosiques longues et de très bonnes résistances (fibres issues du chanvre) est pleinement compatible avec/adapté à la fabrication d'objets en cellulose moulée.
  • Plus généralement, le procédé permet d'obtenir une pâte 3 défibrée car riche en fibres longues, par exemple atteignant ou dépassant le demi-millimètre ou le millimètre, cette pâte étant apte au moulage. Un début de mise en forme peut être réalisé à la sortie de la ligne d'extrusion 4, en choisissant une forme de section déterminée pour l'ouverture prévue à la sortie d'un alésage ou canal similaire d'extrudeuse.
    • Traitement(s) complémentaire(s) optionnel(s) de la pâte
  • En référence à la figure 1, la pâte défibrée 3 peut optionnellement subit un traitement complémentaire, de nature non chimique. Eventuellement, la pâte peut être classée lors d'une étape 54 de classage, afin de limiter ou éliminer les bûchettes ou morceaux de chènevotte similaire pouvant être considérés comme gênants dans certains types de moulage ou applications similaires de mise en forme. L'étape 54 de classage peut être mis en oeuvre à l'aide de classeurs à tamis rotatifs sous pression à basse consistance. Ceci permet de rejeter ou séparer les parties fibreuses grossières, formant un bloc trop épais (par exemple d'une largeur supérieure à un seuil, éventuellement de l'ordre de 300 ou 500 micromètres). Une séparation de ces parties fibreuses grossières peut être suivie d'une réintroduction de ces parties dans une étape (par exemple étape 52 ou 53) plus en amont du procédé. En complément ou en alternative, la pâte peut subir une étape 56 raffinage, dont un exemple non limitatif sera détaillé plus loin.
  • En variante, la pâte 3 collectée directement à l'issue de l'étape 53 d'extrusion peut constituer une pâte prête au moulage pour former des contenants, par exemple à usage alimentaire (assiettes, barquettes) ou des ustensiles.
  • La pâte 3 peut être obtenue avec une consommation énergétique inférieure à 800 ou 900 kWh/t, par exemple de l'ordre de 675 kWh/t (en totalité, ici en incluant les étapes 50 à 53). C'est faible, surtout dans un procédé sans la moindre utilisation d'additif chimique. La température peut ne pas dépasser 115 ou 120°C.
    • Option d'un raffinage
  • Avant d'être envoyé sur une machine de moulage ou autre machine de mise en forme permettant d'obtenir un contenant 36, la pâte 3 peut subir d'abord un raffinage, avec une épuration précédant ou succédant à ce raffinage. En référence à la figure 1, l'étape 55 d'épuration peut être réalisée en faisant circuler la pâte, éventuellement mélangée à de l'eau pour former une suspension, en enlevant par exemple les morceaux ou bûchettes résiduelles ainsi que les poussières (au moins pour partie).
  • A l'étape 56 de raffinage, il est permis, par action mécanique sur les fibres en milieux aqueux, de modifier leurs caractéristiques, en particulier leur aptitude aux liaisons interfibres et donc à la résistance de la pâte de chanvre (pâte plus structurelle). Après l'étape 56, la suspension fibreuse peut subir un nouveau traitement, par exemple pour ajuster la teneur en eau (comprise par exemple entre 10 et 90%).
  • L'étape 56 de raffinage est optionnelle. Une telle étape de raffinage peut être réalisée à haute concentration. L'équipement/ dispositif raffineur 7 peut fonctionner à chaud, par exemple à 120°C sous 1 bar de pression, avec une vitesse de rotation des disques du raffineur de plusieurs milliers de tours par minutes, par exemple de 3000 tr/min, comme utilisé dans un procédé à haut rendement. Ce genre d'étape 56 peut permettre d'obtenir une pâte raffinée avec un indice d'égouttage CSF de 200-250 ml ou compris entre 250 et 450 ml.
  • Pour améliorer la qualité des fibres de la pâte 3 obtenue par extrusion et développer les liaisons inter fibres (ce qui structure le matériau lors de la fabrication de cellulose moulée, ici issue uniquement du chanvre), l'étape 56 de raffinage peut être effectuée avec un dispositif raffineur 7 qui peut fonctionner à basse consommation (pas plus de 100 kWh/t par exemple). Dans des modes de réalisation, le raffineur 7 peut être un raffineur pilote à disques ou éléments en plaque rotatifs ayant de préférence chacun un même diamètre externe. Un tel raffineur 7 peut être équipé d'un compartiment de traitement mécanique ou pulpeur, associé à une vis d'alimentation ou tout moyen d'alimentation adapté (une pompe pouvant être typiquement prévue), d'une unité de paramétrage (le cas échéant avec une armoire électrique ou unité similaire) et d'un moteur. Le corps du raffineur 7 et toutes les pièces en contact avec la pâte de chanvre 3 peuvent être en acier inoxydable. Chaque plaque ou disque 71, 72, 73, 74 peut résulter de l'assemblage de différentes pièces, constituant chacune un secteur angulaire du disque (par exemple compris entre 15 et 120 ou 180°).
  • L'étape 56 de raffinage peut se faire en un seul passage dans le raffineur 7, optionnellement dans les conditions suivantes :
    • Vitesse de 2750 tours/min pour la rotation relative entre deux disques ;
    • Température d'environ 120°C ;
    • Pression environ 1 bar ;
    • Vitesse de la vis d'alimentation : 10 tours/min ;
    • Débit massique d'environ 13 kg/h, en équivalent sec.
  • En référence à la figure 6, le raffineur 7 peut disposer d'un châssis sur lequel un arbre X est monté en rotation. Dans le carter 75 de raffineur incluant une entrée de matière première et une sortie de matière première, la pâte 3 admise via l'entrée peut s'écouler en direction de la sortie. Le raffineur 7 peut présenter un ou plusieurs disques non-rotatifs 71, 72 et un ou plusieurs disques rotatifs 73, 74.
  • A titre d'exemple non limitatif, le raffineur 7 peut présenter un premier disque 71 non-rotatif monté sur une première plaque ou structure fixe faisant partie du carter 75, un second disque non-rotatif 72 monté sur une seconde plaque ou structure support agencée de façon espacée et parallèle au premier disque non-rotatif 71. La seconde plaque peut faire partie d'une partie mobile, éventuellement montée sur charnière/articulée par rapport au reste du carter 75. Un certain mouvement ou degré de liberté en coulissement du second disque non-rotatif 72 en direction du premier disque non-rotatif 71 peut être prévu dans certaines options. Le raffineur 7 comporte ici en outre un rotor 70 monté sur l'arbre X, qui permet de supporter un troisième disque 73 et un quatrième disque 74 (mobiles avec le rotor/solidaires en rotation de celui-ci) pour permettre une fonction de raffinage, dans un état opérationnel monté et installé, parallèlement aux disques non-rotatifs respectifs 71, 72. L'arbre X transmet le mouvement de rotation au rotor 70; et il peut être formé une ou plusieurs chambres du raffineur 7, dans lesquelles peut s'écouler la pâte à enrichir en fibres structurelles.
  • Bien entendu, le raffineur 7 peut se présenter sous d'autres formes que celle illustré, par exemple en permettant des rotations de disques en sens inverse. A titre d'option, le raffineur 7 peut être du genre commercialisé par la société autrichienne Andritz, par exemple en utilisant des disques de 30 cm de diamètre. Dans des options/variantes, le raffineur 7 peut être à garniture conique.
  • Optionnellement, on peut contrôler la température de la pâte 3, par exemple dans la gamme comprise entre 110 et 135°C, par exemple de l'ordre de 120°C, sous 1 bar de pression. Afin de conserver la qualité des fibres de la pâte 3, la pression hydraulique requise pour l'étape 56 de raffinage peut être maintenue inférieure ou égale à 3 ou 4 bars, par exemple inférieure à 2 bars. La vitesse de rotation relative entre une paire de disques (71, 73 ; 72, 74) qui se font face peut être comprise entre 1000 et 5000 tours/minute. Le cas échéant, pour des disques tournant en sens inverse, une rotation à 1200 tours/min dans un sens peut être associée à une rotation à 1800 tours/min dans l'autre sens (ce qui correspond à une vitesse relative de 3000 tours/min).
  • La consommation d'énergie dans l'étape 56 de raffinage peut s'élever à moins de 100 kWh/tonne de pâte. Eventuellement, au moins 5% de la consommation d'énergie totale est fourni au raffinage.
    • Moulage d'un contenant
  • La pâte 3 défibrée obtenue à l'aide du procédé peut permettre de réaliser des contenants 36 plus ou moins épais, par un moulage typiquement réalisé à une température qui dépasse 100 ou 121°C. Par exemple, la température de moulage peut être supérieure ou égale à 130°C, en particulier typiquement supérieure au maximum de la température atteinte lors du traitement mécanique ayant permis d'obtenir la pâte 3.
  • Dans des modes de réalisation, la pâte 3 ou 3' est utilisée dans un procédé de moulage utilisant une pulpe consistant en cette pâte 3 ou 3' avec éventuellement de l'eau ajoutée, par exemple avec une teneur massique de 65%- 80% en eau. Un bac de suspension fibreuse peut être prévu en association avec un moule filtrant sous vide. En référence à la figure 4A, la pâte 3 ou la pâte 3' ayant subi une étape 56 de raffinage peut constituer la totalité des fibres du bain et qui vont former la partie solide de la couche C30 récupérée sur une portion de moule. Le procédé de moulage peut inclure par exemple les étapes successives suivantes :
    • on dispose, dans un bac/ réservoir 8, d'un bain liquide 30 de pulpe fibreuse (pulpe contenant les fibres de la pâte 3 ou 3'), de l'eau pouvant être ajoutée directement dans ce réservoir 8 ;
    • une mise en forme préalable (façonnage) est réalisée, en immergeant dans le bain 30 une portion rigide de moule 33, mobile, qui inclut ou qui peut correspondre à une portion mâle (permettant de définir une face intérieure du contenant 36 à mouler), de sorte que les fibres sont rassemblées en une couche brute C30 déposée sur la portion rigide de moule 33 ; un effet d'aspiration par un système 19 d'aspiration/vide du moule filtrant peut être prévu, de préférence pour l'agglutination/accolement de la couche C30 déposée, avec un effet de moulage contre la portion rigide de moule 33 ;
    • optionnellement, après le préformage/façonnage et en ayant sorti du bain 30 la portion rigide de moule 33 recouverte de la couche brute C30, on peut réaliser un pré-pressage participant à réduire la fraction de liquide, passant par exemple de 65-80% à 50-69% ; un tel pré-pressage utilise une autre portion de moule complémentaire, éventuellement sans chauffage, en rapprochant entre elles cette portion femelle et la portion mâle recouverte de la couche C30, en recouvrant par le dessus cette couche pour fermer le moule de pré-pressage. On obtient une pièce moulée C3 qui contient typiquement encore une grande quantité d'eau.
  • Ensuite, un moulage à chaud est réalisé, par exemple à simple presse dans le même moule ou de préférence dans une station 20 spécifique de pressage à chaud (différente du moule précédemment utilisé) après un transfert de la pièce C3. La station 20 illustrée sur la figure 4B peut recevoir la pièce C3 sur la partie ou outil inférieur 21, avant d'obtenir une pression avec le déplacement relatif de l'outil supérieur/de recouvrement 35 et un chauffage, par exemple à une température comprise entre 125 ou 130 et 150°C, optionnellement de l'ordre de 140°C. Le pressage à chaud de la pièce moulée C3 ayant subi le pré-pressage, a un effet de séchage et permet d'affiner l'épaisseur de paroi, avec une pression de pressage à chaud. On comprend que le moulage à chaud est réalisé avec une deuxième pressurisation de formage supérieure à une première pressurisation de formage utilisée lors du pré-pressage.
  • La station de pressage à chaud 20 peut comporter :
    • l'outil/élément inférieur de pressage à chaud 21, par exemple maintenu fixe, avec un côté de pressage à chaud 21a adapté à un contour (par exemple la cavité interne) de la pièce moulée formant le contenant 36 ; et
    • l'outil/élément supérieur de pressage à chaud 35, pouvant former une portion femelle pour le contact de formage d'une partie externe du contenant 36.
  • La pièce moulée C3 étant placée ou insérée sur l'élément inférieur 21 pendant le transfert et dans le pressage à chaud, l'élément supérieur ici mobile de pressage à chaud 35 est pressé sur celui-ci pour obtenir le pressage à chaud de la pièce C3 interposée. Eventuellement, l'outil inférieur de pressage à chaud 21 comprend également des canaux 21c sur son côté de pressage à chaud 21a, par lesquels la solution liquide peut être au moins partiellement évacuée pendant le pressage à chaud.
  • Ainsi, la pièce moulée finale formant le contenant 36 est façonnée avec une réduction supplémentaire de la proportion de la liquide (eau), par exemple en dessous de 10 %, de préférence à environ 7%, ce grâce à quoi le contenant 36 est alors suffisamment résistant et dimensionnellement stable.
  • Bien entendu, de nombreuses méthodes de formage peuvent être utilisées pour réaliser un contenant 36 en trois dimensions, qui peut constituer un emballage alimentaire, par exemple une barquette. La température de formage peut dépasser une température seuil de stérilisation, par exemple 121°. La pâte traitée mécaniquement, une fois formée à chaud peut permettre de réaliser une face intérieure du contenant adaptée pour le contact alimentaire. Aucune couche de revêtement ni spray n'est requis dans des options de réalisation du contenant 36 à partir de la pâte 3, 3'.
  • En référence aux figures 5A et 5B, il est illustré une option de moulage qui utilise une couche en plaque 30 formée par exemple exclusivement de la pâte 3 ou 3'. La couche en plaque 30 est ici illustrée avec une épaisseur sensiblement constante. Dans des options de ce genre, une première mise en forme du matériau pâteux constitué de la pâte défibrée collectée 3 ou de la pâte 3' épurée est réalisée. Comme illustré sur la figure 1, une pâte épurée 3' ayant subi une étape 54 de classage (après l'étape 53 d'extrusion) et/ou une étape 55 de raffinage peut être aussitôt exploitée dans une application de moulage. Lorsqu'une première mise en forme a été réalisée, éventuellement par un passage entre deux rouleaux rotatifs rigides, l'obtention d'un contenant 36 peut résulter d'une deuxième mise en forme, par compression et/ou étirement dans un moule 20 pour obtenir tout ou partie d'un contenant 36 en trois dimensions.
  • La pâte permet de réaliser une face intérieure du contenant compatible avec le contact alimentaire. Dans le cas des figures 5A-5B, la face interne du contenant 36 épouse la forme d'un poinçon 20c ou partie mâle/pénétrante similaire du moule 20. Aucune couche de revêtement ni spray n'est requis dans des options de réalisation d'un tel contenant 36.
  • Quel que soit le mode de formage, on peut mouler un contenant 36 prêt à l'emploi, qui est ressorti du moule 20 en séparant les différentes parties 20a, 20b de celui-ci. Optionnellement, seule la partie de moule 20b qui inclut le poinçon 20c peut être mobile, l'autre partie 20 qui peut être creuse restant fixe.
  • La présente divulgation ne se limite pas aux modes de réalisation décrits ci-avant, seulement à titre d'exemple, mais elle englobe toutes les variantes que pourra envisager l'homme de l'art dans le cadre de la protection recherchée.

Claims (11)

  1. Procédé de transformation d'une matière brute fibreuse biosourcée, pour former une pâte cellulosique apte au moulage, caractérisé en ce que :
    - ladite matière brute consiste en de la paille de chanvre (10), avec les feuilles sans les racines, incluant ainsi la chènevotte ;
    - la transformation est mécanique, c'est-à-dire sans additif chimique, la matière étant introduite et mise à circuler dans une ligne d'extrusion (4) ;
    et en ce que, après un morcellement de la paille de chanvre (10) permettant d'obtenir un matériau brut broyé (1) incluant trois fractions mélangées consistant en une première fraction composée de fibres, une deuxième fraction composée de poussières, et une troisième fraction composée de morceaux de chènevotte, le procédé comprend les étapes suivantes :
    - un transfert du matériau brut broyé, à l'aide d'un doseur (41), dans la ligne d'extrusion (4), sachant que ledit matériau est humidifié pendant une étape (52) d'humidification ;
    - un traitement mécanique du matériau broyé et humidifié (1') pour augmenter la quantité de fibres, avec conversion au moins partielle des morceaux de chènevotte mouillés en fibres, les morceaux de chènevotte étant réduits entre deux vis (14, 15) parallèles de la ligne d'extrusion (4) servant à faire circuler le matériau broyé et humidifié (1') ; et
    - une collecte, à une sortie de la ligne d'extrusion (4), d'une pâte défibrée (3).
  2. Procédé selon la revendication 1, dans lequel l'étape (52) d'humidification est de durée suffisante pour décompacter les morceaux de chènevotte en utilisant de la vapeur d'eau, l'étape (52) d'humidification étant réalisée de préférence avant l'introduction dans la ligne d'extrusion (4) ;
    et dans lequel, au cours du traitement mécanique, on réalise simultanément un chauffage ou réchauffage permettant un échauffement et/ou une vaporisation de l'eau contenue dans des pores des morceaux décompactés et une réduction des morceaux décompactés.
  3. Procédé selon la revendication 1 ou 2, dans lequel la totalité du matériau broyé humidifié (1') circule entre les deux vis (14, 15), co-rotatives, qui appartiennent à une extrudeuse bi-vis, les deux vis (14, 15) délimitant entre elles plusieurs tronçons de traitement (42, 43, 44, 45, 46, 47, 48, 49), dont au moins un tronçon (T) présente :
    - une zone d'accumulation du matériau humidifié ; et
    - une zone de compression du matériau broyé humidifié (1'), adjacente à la zone d'accumulation.
  4. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape (52) d'humidification fait passer le matériau broyé d'un état de séchage correspondant à une première siccité, comprise entre 75 et 95%, à un état humidifié correspondant à une siccité inférieure à 40%, de préférence comprise entre 20 et 35%, et dans lequel l'étape (52) d'humidification inclut :
    - une phase de trempage suivie d'une phase d'étuvage ;
    - et/ou une mise en contact du matériau broyé (1) avec de l'eau de trempage pendant une durée d'au moins 200 minutes, de préférence comprise entre 250 et 1000 minutes, dans un diffuseur incluant une cuve équipée d'un filtre, de préférence sous la forme d'une grille, un obturateur étant déplacé d'une position de fermeture à une position d'ouverture d'un passage d'évacuation prévu dans une partie de fond de la cuve afin de permettre une évacuation de l'eau de trempage en retenant ledit matériau dans la cuve à l'aide du filtre.
  5. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pâte défibrée (3) est introduite dans un raffineur (7) incluant au moins une paire de disques, lors d'une étape (56) de raffinage au cours de laquelle une vitesse de rotation relative entre deux disques (71, 72 ; 73, 74) appariés pour permettre un raffinage est comprise entre 1000 et 5000 tours/minute.
  6. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel l'étape de traitement mécanique est une étape (53) d'extrusion réalisée en paramétrant une longueur utile et/ou une vitesse de rotation des deux vis (14, 15) parallèles afin d'obtenir, pour la pâte défibrée collectée, un indice d'égouttage du standard CSF compris entre 200 mL et 500 mL, de préférence compris entre 230 et 460 mL.
  7. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel des bûchettes de taille submillimétrique sont présentes dans la pâte défibrée collectée (3), le procédé comprenant en outre une étape (54) de classage pour séparer des bûchettes restant dans la pâte collectée et/ou une étape (56) de raffinage, permettant de transformer les bûchettes en fibres.
  8. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel la pâte défibrée collectée (3) est utilisée, de préférence après une étape d'épuration par rinçage et/ou filtration, comme pulpe dans une étape de moulage (58) dans un moule, (20) en particulier dans un moule à organe mobile presseur (20c) ou dans un moule à injection, afin d'obtenir un contenant (36) en trois dimensions.
  9. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel une couche en plaque (30), de préférence d'épaisseur sensiblement constante, est obtenue par une première mise en forme d'un matériau pâteux constitué de la pâte défibrée collectée (3) ou d'une pâte épurée obtenue à partir de la pâte défibrée collectée après une étape (54) de classage et/ou une étape (55) de raffinage,
    et dans lequel la couche en plaque (30) est déformée, lors d'une deuxième mise en forme, par compression et/ou étirement dans un moule (20) pour obtenir tout ou partie d'un contenant (36) en trois dimensions, formant de préférence un emballage alimentaire.
  10. Procédé selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, dans lequel un matériau pâteux constitué de la pâte défibrée collectée ou d'une pâte épurée obtenue à partir de la pâte défibrée collectée, après une étape de classage et/ou une étape de raffinage, est injecté dans un moule (20) pour obtenir tout ou partie d'un contenant (36) en trois dimensions, formant de préférence un emballage alimentaire.
  11. Procédé selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans lequel le morcellement est contrôlé pour s'opposer à une dégradation des fibres de la première fraction, en limitant une vitesse de rotation d'un arbre d'un broyeur en dessous d'un seuil prédéterminé, qui est de préférence inférieur ou égal à 200 tours/min.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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WO1998011973A2 (fr) * 1996-09-16 1998-03-26 Zellform Gesellschaft M.B.H. Procede de production de pieces brutes ou de pieces moulees realisees en cellulose et/ou dans un materiau de fibreux renfermant de la cellulose
WO1998058119A1 (fr) 1997-06-16 1998-12-23 Clextral Procede et installation de preparation en continu d'une pate a papier a partir de fibres textiles lignocellulosiques
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