EP4382650A1 - Matelas de fibres végétales à base de plantes céréalières - Google Patents

Matelas de fibres végétales à base de plantes céréalières Download PDF

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EP4382650A1
EP4382650A1 EP23213836.2A EP23213836A EP4382650A1 EP 4382650 A1 EP4382650 A1 EP 4382650A1 EP 23213836 A EP23213836 A EP 23213836A EP 4382650 A1 EP4382650 A1 EP 4382650A1
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EP
European Patent Office
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fibers
plant
heat
fiber mattress
plant fiber
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Application number
EP23213836.2A
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German (de)
English (en)
Inventor
Blaise Dupre
Quentin RIAMON
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Saint Gobain Isover SA France
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Saint Gobain Isover SA France
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Publication date
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    • D04H1/00—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres
    • D04H1/40—Non-woven fabrics formed wholly or mainly of staple fibres or like relatively short fibres from fleeces or layers composed of fibres without existing or potential cohesive properties
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    • D04H1/425—Cellulose series
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    • E—FIXED CONSTRUCTIONS
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    • E04B—GENERAL BUILDING CONSTRUCTIONS; WALLS, e.g. PARTITIONS; ROOFS; FLOORS; CEILINGS; INSULATION OR OTHER PROTECTION OF BUILDINGS
    • E04B1/00—Constructions in general; Structures which are not restricted either to walls, e.g. partitions, or floors or ceilings or roofs
    • E04B1/62—Insulation or other protection; Elements or use of specified material therefor
    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • E04B1/78—Heat insulating elements
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    • E04B1/74—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls
    • E04B1/76—Heat, sound or noise insulation, absorption, or reflection; Other building methods affording favourable thermal or acoustical conditions, e.g. accumulating of heat within walls specifically with respect to heat only
    • E04B2001/7687—Crumble resistant fibrous blankets or panels using adhesives or meltable fibres

Definitions

  • the present invention relates to the field of construction materials, and more particularly construction materials intended to provide thermal and/or acoustic insulation.
  • Building materials account for a significant portion of energy consumption and greenhouse gas emissions.
  • the materials intended for insulation which consume the most energy are mineral wools.
  • Manufacturers of building materials intended for insulation seek to reduce the ecological impact of insulation materials, in particular by searching for new insulation materials.
  • insulation materials formed by plant fiber mattresses appear to be particularly relevant.
  • insulating mats can be formed with wood fibers. If these mattresses are particularly effective, whether for insulation for the interior or exterior of buildings, the availability of the raw material is a problem.
  • the defibration and insulating material production plants must be located as close as possible to the forests to be part of a circular economy context and the forests from which it is possible to take wood for the production of insulating panels are scattered.
  • rice straw to form insulating mattresses based on plant fibers. However, the characteristics of this straw in terms of thermal conductivity are not optimal.
  • thermal conductivity value at best equal to 0.040 W/m/K at 20°C which makes rice straw an insulating material whose use for The insulation of buildings remains limited, it being understood that in these applications insulating mats having a thermal conductivity value equal to or less than 0.036 W/m/K at 20°C are sought in particular.
  • the present invention takes into account this triple context, namely to offer an insulating product which is part of a circular economy context, which has low thermal conductivity values and which is as biosourced as possible.
  • the present invention relates to a mattress of plant fibers characterized in that it comprises plant fibers based on cereal plants secured to each other by means of heat-binding fibers, the heat-bonding fibers having a decitex less than or equal to 1.9 dtex, plant fibers with a cellulose content of between 30 and 50kg. 100kg -1 of dry matter and a lignin content of between 4.5 and 25kg. 100kg -1 of dry matter.
  • the plant fibers present in the mattress according to the invention are specific fibers of cereal lignocellulosic plants.
  • Straw is a lignocellulosic material which presents an eco-responsible image and the inventors were able to see that its technical characteristics could be favorable for application to plant fiber mats for insulating panels.
  • Straw is a very abundant raw material, particularly in France where it is estimated that around 30 million tonnes are produced each year. Straw is thus a widely available and usable resource due to its production on the scale of the entire French metropolitan territory but also across Europe. As a result, the production of insulating panels using plant fibers made from cereal plants is completely part of a circular economy approach since it is possible to set up defibration and insulating panel manufacturing plants in areas scattered throughout the territory and to be as close as possible to potential buyers.
  • the plant fibers are held together by means of heat-binding fibers.
  • These heat-binding fibers have a rigid core and a more flexible sheath.
  • the core and the cladding have distinct melting temperatures. More precisely, the core has a melting temperature higher than the melting temperature of the cladding.
  • the mixture of heat-binding fibers and plant fibers is intended to be heated in an oven to a temperature such that the sheath melts and bonds with the adjacent plant fibers in contact with the sheath while the structure of the core is not altered.
  • the heat-binding fibers ensure on the one hand the joining of the plant fibers to each other by means of the sheath, and on the other hand a mechanical role by offering mechanical resistance to the mat of plant fibers by means of the core, rigid.
  • These heat-binding fibers are mixed with the plant fibers in a percentage sufficient to obtain suitable adhesion of the plant fibers with each other but low enough not to limit the insulating properties of the plant fiber mattress.
  • thermobonding fibers The decitex of thermobonding fibers is a known parameter which defines the fineness of said thermobonding fibers. It should be noted that this parameter defines the fineness of the heat-binding fibers before they are passed through an oven and are partially melted. The decitex of the thermobonding fibers must therefore be measured before mixing the plant fibers and the thermobonding fibers, or at least before passing the mixture through an oven.
  • thermobonding fibers with a low decitex make it possible to reduce the mass of thermobonding fibers relative to the mass of the mattress. of plant fibers, without limiting the hold of the plant fibers in relation to each other thanks to these heat-binding fibers and therefore ensuring that thermal bridges are not created between the plant fibers and do not degrade the properties of thermal insulation.
  • the inventors were thus able to determine by appropriate tests that the mixture of plant fibers based on cereal plants and heat-binding fibers with a decitex lower than usual, and in particular less than or equal to 1.9, allows the production a mattress with a high content of biosourced products and particularly suitable for the insulation of buildings, and in particular for the interior insulation of these buildings.
  • the plant fiber mattress according to the invention has a thermal conductivity of less than 40 mW/m/K at 20°C.
  • the lignin and cellulose content of these plant fibers is measured from dry matter.
  • the dry matter which is considered here is obtained by drying the cereal plants from which the plant fibers are obtained in a ventilated oven. In this ventilated oven the cereal plants are heated to approximately 105°C until a constant mass is obtained in the oven. This constant mass is commonly called the reference mass and the levels of cellulose, lignin and other components are expressed from this reference mass. It should be noted that the oven in question here is an oven separate from the oven allowing the mixture of heat-binding fibers and plant fibers within the mattress to be heated.
  • the inventors were able to observe through appropriate tests that plant fibers which have lignin contents and cellulose contents as mentioned are particularly suitable for their use in plant fiber mattresses for insulation products.
  • the plant fiber mattress according to the invention can be obtained at using different cereal plants such as, for example, oats, wheat, rye, barley or even rice.
  • the heat-binding fibers have a decitex less than or equal to 1.7 dtex.
  • the heat-binding fibers have a decitex less than or equal to 1.5 dtex. From this value, the processes to be implemented to obtain such fine thermobonding fibers are complex, but the inventors were able to note that the thermal conductivity of an insulating material using such fine thermobonding fibers is reduced and can tend towards thermal conductivity values of the order of 36 to 38 mW/m/K at 20°C.
  • the straw fiber mattress comprises at most 15% of heat-binding fibers.
  • the straw fiber mattress comprises between 2% and 8% of heat-binding fibers.
  • the percentage in question is a mass percentage relative to the mass of the straw fiber mattress considered.
  • the plant fibers have a cellulose content of between 30.9 and 42.3 kg.100kg -1 of dry matter and a lignin content of between 12.2 and 21.6 kg.100kg -1 of dry matter.
  • the inventors were able to demonstrate that plant fibers coming more particularly from wheat straw, barley, corn or even oats presented characteristics, in terms of structure, that were more interesting for obtaining a plant fiber mattress conforming to the invention whose thermal conductivity is low. More particularly, these plant fibers have contents, in particular lignin, offering a good compromise between very woody and very short wood fibers and rice straw fibers such as they have been previously mentioned, with insulation characteristics. non-optimal and less available than that of wheat, barley, corn or oats.
  • the plant fiber mattress can be formed from a mixture of plant fibers from two distinct plant species, as long as the latter have characteristics in terms of lignin content and cellulose content in accordance with the invention. .
  • At least 60% of the plant fibers have a diameter less than or equal to 300 ⁇ m.
  • At least 75% of the plant fibers have a diameter less than 300 ⁇ m.
  • At least 55% of the plant fibers have a diameter less than 200 ⁇ m.
  • At least 50% of the plant fibers have a diameter of between 100 ⁇ m and 300 ⁇ m.
  • the thermal conductivity value of a mat of plant fibers based on cereal plants as the subject of the present invention was even lower, and therefore interesting in an application to insulation of buildings, when the particle size of the plant fibers present in the mattress complied with certain values.
  • the desired thermal conductivity values at least less than 0.040 W/m/K, it is sought to have at least 60% of the plant fibers having a diameter less than or equal to 300 microns.
  • the large quantity of fine plant fibers which results from this particle size allows good thermal conductivity of the finished product, in particular due to the average fineness of the plant fiber and due to the homogeneity of fineness between the plant fibers and the heat-binding fibers.
  • thermobonding fibers that is to say thermobonding fibers with a low decitex
  • fineness of the plant fibers allows a good mixing of all the fibers, it being understood that a non-homogeneous distribution favors local clusters of heat-binding fibers which implies an absence of these fibers thermobonding in other areas of the mattress and therefore plant fibers likely to be in contact with each other and to create a thermal bridge which is bad for the thermal conductivity value of the finished product.
  • diameter characteristic of plant fibers is particularly considered but that it is possible that these characteristics are combined with other characteristics relating to the dimension of plant fibers, such as their length.
  • At least 60% of the plant fibers have a length less than or equal to 5mm.
  • At least 40% of the plant fibers have a length of less than 2mm.
  • the plant fiber mattress has a thickness greater than 20 mm.
  • the plant fiber mattress has a thickness of at least 40 mm.
  • the thickness of the vegetable fiber mattress which is to be considered here is the nominal thickness of the mattress, that is to say the thickness which can be observed by the user during the use which is made of the product to be for the purposes of insulating a building in particular.
  • the mat of plant fibers according to the invention is obtained by passing through an oven, configured at a determined cooking temperature, a mat of plant fibers, formed beforehand, the where appropriate on a conveyor device directing the carpet of plant fibers towards the oven, by a mixture of plant fibers entangled with each other, and binding elements intended to bind the plant fibers together as they pass through the oven .
  • the plant fiber mattress has a volume density of between 20kg.m -3 and 80kg.m -3 .
  • the heat-binding fibers have a length of 6 mm.
  • the heat-binding fibers comprise at least polyethylene.
  • the plant fiber mattress has a thermal conductivity less than or equal to 40 mW/m/K at 20°C. More particularly, the plant fiber mattress can have a thermal conductivity less than or equal to 37 mW/m/K at 20°C.
  • the plant fiber mattress can have a thermal conductivity less than or equal to 37 mW/m/K at 20°C.
  • characteristics, variants and different embodiments of the invention can be associated with each other, in various combinations, to the extent that they are not incompatible or exclusive of each other. It will be possible in particular to imagine variants of the invention comprising only a selection of characteristics described subsequently in isolation from the other characteristics described, if this selection of characteristics is sufficient to confer a technical advantage or to differentiate the invention from to the state of the art.
  • the plant fiber mattress 1 is formed from a plurality of plant fibers 2 entangled with each other.
  • these plant fibers 2 are straw fibers, and more specifically wheat straw fibers.
  • the plant fibers 2 used for the manufacture of the plant fiber mattress 1 are obtained after passing through a cereal plant residue defibration unit. More precisely, these residues represent the stems and/or leaves after harvest of these cereal plants, also called straw cereals. These straw cereals can be wheat, barley, oats, corn, sorghum, rice or even rye. In the embodiment shown, the plant fibers 2 are derived, as mentioned previously, wheat straw. Wheat straw has the particular advantage of being available in large quantities.
  • this wheat straw has, like other plants of interest such as barley or corn, a cellulose content of between 30 and 50 kg per 100kg of dry matter, commonly written “kg. 100kg -1 DM”, and a lignin content between 4.5 and 25kg.100.kg -1 DM.
  • the inventors were able, by means of suitable tests, to note that the plant fibers from these plants of interest have a structure making it possible to obtain plant fiber mattresses 1 whose insulating properties are optimal.
  • the inventors were able to determine that cereal plants which have structural characteristics close to wheat straw were ideal for providing plant fibers 2 capable of forming a mat of plant fibers 1 whose insulating properties are optimal. These cereal plants had a cellulose content of between 30.9 and 42.3kg.100kg -1 of dry matter and a lignin content of between 12.2 and 21.6kg.100kg -1 of dry matter.
  • the fiberizing unit is a device for forming plant fibers 2 from wheat straw residue. These wheat straw residues can be present in the form of rectangular or round bales or even stored bulk items. Furthermore, and as illustrated by the figure 2 And 4 , the fiberizing unit is advantageously configured to obtain wheat straw fibers whose median diameter is approximately 180 ⁇ m and the median length of the wheat straw fibers is 3500 ⁇ m.
  • THE figure 2 And 4 illustrate the distribution of wheat straw fibers within a mat of plant fibers 1 according to the invention, for a sample of given dimensions, and for which it could be certified that it ensures a thermal conductivity of less than 40 mW/m/K.
  • THE figures 3 And 5 illustrate the equivalent distribution of rice straw fibers within a sample of fiber mats of equivalent dimensions, and for which it could be certified that it can only offer at best a thermal conductivity equal to 40 mW/m/K.
  • the figure 2 illustrates the cumulative DC distribution of the fibers as a function of their LF length.
  • Each DC cumulative distribution value illustrates the percentage of fibers, within a given sample, that have a length less than a given dimension.
  • the figure 2 illustrates, in a first box C1, that 10% of the fibers present in a given sample of a fiber mat according to the invention have a length LF less than or equal to 700 ⁇ m.
  • a second box C2 we can see that 18% of the fibers present in this same given sample of a fiber mat according to the invention have a length LF less than or equal to 1000 ⁇ m.
  • the tests which could be carried out by the inventors on this sample show, by studying the values of the cumulative distribution DC, that at least 40% of the fibers forming a mat of plant fibers 1 in accordance with the invention have a length at most 2000 ⁇ m. Furthermore, it should be noted that, as visible on the figure 2 , 73% of the fibers have an LF length of at most 5000 ⁇ m.
  • a mattress of straw fibers according to the invention may comprise at least 60% of fibers whose length is less than or equal to 5000 ⁇ m.
  • FIG. 2 also makes it possible to highlight ranges of fiber dimension values, here their length, the most represented within the plant fiber mattress 1. More specifically, the increase in the cumulative distribution DC between a first given LF fiber length , for example ⁇ 2000 ⁇ m, a second length of given LF fiber, for example ⁇ 5000 ⁇ m, and a third length of given LF fiber, for example ⁇ 7000 ⁇ m, makes it possible to highlight the fact that there are more wheat straw fibers which have a length of between 2000 ⁇ m and 5000 ⁇ m, knowing that they represent approximately 33% of the total mass of plant fibers present in the mattress, as well as wheat straw fibers which have a length of between 5000 ⁇ m and 7000 ⁇ m, knowing that they represent approximately 10% of the total mass of plant fibers present in the mattress.
  • FIG. 3 illustrates a table similar to that represented by the figure 2 and allows by comparison of the values present in these two tables to highlight that the rice straw fibers have a greater average length than the wheat straw fibers which are present in the fiber mattress.
  • 40% of the rice straw fibers in a given sample have an LF length less than or equal to 5000 ⁇ m, where 60% of the wheat straw fibers, in an equivalent sample, have the same length.
  • the thermal conductivity of the rice straw fiber mattress, the analysis of which gave this table of the Figure 3 is higher than that of the wheat straw fiber mattress, the analysis of which gave the table of figure 2 .
  • THE figures 4 and 5 report the same tests as those highlighted by the figures 2 and 3 , this time taking into account the diameter of the DF fibers.
  • Each DC cumulative distribution value illustrates the percentage of fibers, within a given sample, that have a diameter less than a given dimension.
  • the values united in the figure 4 successively illustrate that 5% of the fibers present in a given sample of a fiber mat according to the invention have a diameter DF less than or equal to 70 ⁇ m, that 18% of the fibers present in this sample have a diameter DF less than or equal to 100 ⁇ m , that 38% of the fibers present in a given sample of a fiber mat according to the invention have a smaller diameter DF or equal to 150 ⁇ m, that 55% of the fibers present in this sample have a diameter DF less than or equal to 200 ⁇ m, and that 75% of the fibers present in this sample have a diameter DF less than or equal to 300 ⁇ m.
  • the tests which could be carried out by the inventors on this sample show, by studying the values of the cumulative distribution DC, that at least 75% of the plant fibers 2 from wheat straw have a diameter less than or equal to 300 ⁇ m and at least 55% of the fibers have a diameter DF less than or equal to 200 ⁇ m.
  • a straw fiber mattress in accordance with the invention can comprise at least 60% of fibers whose diameter DF is less than or equal to 300 ⁇ m and at least 50% of fibers whose diameter DF is between 100 ⁇ m and 300 ⁇ m.
  • FIG. 5 represents, as mentioned previously, the particle size of a plant fiber mattress comprising rice straw fibers, and whose thermal conductivity is greater than 40 mW/m/K. As visible on this Figure 5 , only 52% of the fibers have a diameter DF less than or equal to 300 ⁇ m. In other words, almost one fiber in two has a DF diameter greater than 300 ⁇ m.
  • the straw fiber mattress 1 is formed from a tangle of plant fibers 2. These plant fibers 2 are, as visible on the figure 2 , secured to each other by means of dry binding elements. These binding elements are more particularly formed by heat-binding fibers 3.
  • the straw fiber mattress 1 is obtained by means of a manufacturing installation in which the plant fibers 2 are mixed with the heat-binding fibers 3 so as to obtain a heat-binding fiber content which is less than 15%, preferably between 2 % and 8%, more preferably between 2% and 5%.
  • the mixture of plant fibers 2 and heat-binding fibers 3, obtained according to the contents which have just been mentioned, is blown in a manufacturing installation then sucked against a conveyor in order to form a straw fiber mat.
  • This mat of straw fibers is then heated in an oven to form the mat of straw fibers 1.
  • the mat of straw fibers can be cut into insulating panels of different sizes or rolled up and compressed for storage.
  • the heat-binding fibers 3 are formed of a core 31 and a sheath 32.
  • the core 31 forms a rigid part of the heat-bonding fibers 3 participating in offering the straw fiber mattress 1 mechanical resistance, while the sheath 32 ensures the joining the plant fibers 2 with each other.
  • the core 31 and the sheath 32 have different melting temperatures, and more precisely the sheath 32 has a lower melting temperature than the core 31.
  • the temperature within the oven is such that the sheath 32 melts to bathe the adjacent plant fibers 2 , the whole solidifies as it cools at the outlet of the oven so as to bind these straw fibers together.
  • the melting temperature of the core 31 is designed so that, despite the passage through the oven of a mat of straw fibers consisting of a mixture of straw fibers and binders, the core 31 retains its rigid property. participating in ensuring mechanical resistance to the straw fiber mattress 1 after drying.
  • the plant fibers 2 and the heat-binding fibers 3 are heated so that the plant fibers 2 become united with each other. At least the passage in an oven, and where appropriate a subsequent compression and cutting before packaging, transforms the mat of straw fibers into a mattress of straw fibers in accordance with the invention.
  • the straw fiber mattress has a thickness of at least 20 mm and preferably greater than 40 mm. This thickness is considered after the straw fiber mattress 1 has passed through the oven.
  • the sheath 32 of the heat-binding fibers 3 is formed of polyethylene and the core 31 is also formed of polyethylene.
  • the core 31 of the heat-binding fibers can be formed from a polyester, and more precisely from polyethylene terephthalate.
  • Polyethylene has the advantage of easily bonding to plant fibers, which makes it a good candidate for forming the sheath 32 of the heat-binding fibers.
  • the straw fiber mattress 1 can be obtained by a different manufacturing installation, for example a manufacturing installation in which the lignocellulosic fibers 2 and the binding elements 3 are mechanically deposited on a conveyor then directed towards an oven so as to form the mat of straw fibers 1.
  • a manufacturing installation in which the lignocellulosic fibers 2 and the binding elements 3 are mechanically deposited on a conveyor then directed towards an oven so as to form the mat of straw fibers 1.
  • the content of the mat of straw fibers 1 in heat-binding fibers 3 and the structure of said heat-binding fibers 3 remain identical.
  • Thermobonding fibers are characterized in particular by their fineness. This fineness is expressed in decitex, commonly defined by the mass in grams of ten thousand meters of this heat-bonding fiber 3.
  • the heat-bonding fibers 3 have a fineness less than or equal to 1.9dtex, preferably less than or equal to 1 .7dtex, more preferably less than or equal to 1.5dtex.
  • Such fineness of the thermobonding fibers 3 allows better distribution of these thermobonding fibers within the mattress, between the plant fibers, which is more effective for gluing and fixing the position of the plant fibers relative to each other. We understand that we can thus more easily ensure that the plant fibers do not come into contact and do not form thermal bridges.
  • the heat-bonding fibers 3 have a length, taking into account manufacturing tolerances, of approximately 6 mm, which can allow, in addition to the fineness previously mentioned, a better distribution of the heat-bonding fibers within the fiber mattress. of straw 1.
  • thermobonding fibers is particularly interesting here insofar as it is complementary to the fineness of the plant fibers, evoked by the fact that at least 60% of the plant fibers have a diameter less than 300 microns, which makes it possible to obtain a good mixture of the two types of fibers present in the mattress and a homogeneous distribution of the heat-binding fibers between the plant fibers, which allows good fixation of the plant fibers and the regular formation of air pockets making it possible to lower the thermal conductivity value with the desired values for application to building insulation.
  • the various elements presented to participate in the formation of the straw fiber mattress 1 make it possible to obtain such a mattress whose volume density is between 20 kg.m -3 and 80 kg.m -3 and with, as mentioned previously, a thickness of at least 20 mm.
  • Such a straw fiber mattress has a thermal conductivity of less than 40 mW/m/K at 20°C, and in particular less than or equal to 37 mW/m/K at 20°C, making it possible to provide insulation properties. optimal to a construction material.
  • the invention as it has just been described achieves the goal it set for itself by proposing a straw fiber mattress whose thermal insulation performance is optimized by means of a composition and a distribution of dimensions of particular straw fibers within the straw fiber mattress.

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Abstract

La présente invention concerne un matelas de fibres végétales caractérisé en ce qu'il comporte des fibres végétales à base de plantes céréalières (2) solidarisées les unes avec les autres au moyen de fibres thermoliantes (3), les fibres thermoliantes (3) présentant un décitex inférieur ou égal à 1,9 dtex, les fibres végétales (2) présentant une teneur en cellulose comprise entre 30 et 50kg.100kg<sup>-1</sup> de matière sèche et une teneur en lignine comprise entre 4,5 et 25kg.100kg<sup>-1</sup> de matière sèche.

Description

  • La présente invention concerne le domaine des matériaux de construction, et plus particulièrement de matériaux de construction destinés à assurer l'isolation thermique et/ou acoustique.
  • Les matériaux de construction représentent une part importante de la consommation d'énergie et des émissions de gaz à effet de serre. Parmi ces matériaux de construction, les matériaux destinés à l'isolation qui consomment le plus d'énergie sont les laines minérales. Les fabricants de matériaux de construction destinés à l'isolation cherchent à réduire l'impact écologique des matériaux d'isolation, notamment en cherchant de nouveaux matériaux d'isolation.
  • Parmi les choix retenus par ces derniers, les matériaux d'isolation formés par des matelas de fibres végétales apparaissent comme étant tout particulièrement pertinents. Notamment, des matelas isolants peuvent être formés avec des fibres de bois. Si ces matelas sont particulièrement efficaces, que ce soit pour des isolations pour l'intérieur ou pour l'extérieur des bâtiments, la disponibilité de la matière première est un problème. Les usines de défibrage et de réalisation des matériaux isolants doivent être localisés au plus proche des forêts pour s'inscrire dans un contexte d'économie circulaire et les forêts dans lesquelles il est possible de prélever du bois pour la réalisation de panneaux isolants sont éparses. Il est par ailleurs connu d'utiliser de la paille de riz pour former des matelas isolants à base de fibres végétales. Cependant, les caractéristiques de cette paille en termes de conductivité thermique ne sont pas optimales. En effet, les matelas en fibres de paille de riz existants présentent une valeur de conductivité thermique au mieux égale à 0,040 W/m/K à 20°C, ce qui fait de la paille de riz un matériau isolant dont l'utilisation pour l'isolation de bâtiments reste limitée, étant entendu qu'il est notamment recherché dans ces applications des matelas isolants présentant une valeur de conductivité thermique égale ou inférieure à 0,036 W/m/K à 20°C.
  • Par ailleurs, il est connu de lier ces fibres végétales par des fibres thermoliantes, qui assurent une tenue des fibres les unes par rapport aux autres une fois l'ensemble de ces fibres passé dans une étuve, mais l'utilisation de ces fibres thermoliantes, comportant des matériaux plastiques, doit être contrôlée pour faire en sorte que les panneaux de matériaux isolants produits soient des produits les plus biosourcés possibles.
  • La présente invention tient compte de ce triple contexte, à savoir de proposer un produit isolant qui s'inscrive dans un contexte d'économie circulaire, qui présente des faibles valeurs de conductivité thermique et qui soit le plus biosourcé possible.
  • La présente invention porte sur un matelas de fibres végétales caractérisé en ce qu'il comporte des fibres végétales à base de plantes céréalières solidarisées les unes avec les autres au moyen de fibres thermoliantes, les fibres thermoliantes présentant un décitex inférieur ou égal à 1,9 dtex, les fibres végétales présentant une teneur en cellulose comprise entre 30 et 50kg. 100kg-1 de matière sèche et une teneur en lignine comprise entre 4,5 et 25kg. 100kg-1 de matière sèche.
  • Les fibres végétales présentes dans le matelas selon l'invention, c'est-à-dire un matelas destiné à la réalisation de panneaux isolants, et notamment de panneaux semi-rigides destinés à l'isolation intérieur des bâtiments, sont des fibres spécifiques de plantes lignocellulosiques céréalières.
  • La paille est un matériau lignocellulosique qui présente une image éco responsable et les inventeurs ont pu constater que ses caractéristiques techniques pouvaient être favorables à une application à des matelas de fibres végétales pour des panneaux isolants.
  • La paille est une matière première très abondante, notamment en France où l'on estime qu'environ 30 millions de tonnes sont produites chaque année. La paille est ainsi une ressource largement disponible et mobilisable du fait de sa production à l'échelle de l'ensemble du territoire métropolitain français mais également européen. Il en résulte que la réalisation de panneaux isolants utilisant des fibres végétales à base de plantes céréalières s'inscrit complètement dans une démarche d'économie circulaire puisqu'il est possible d'implanter des usines de défibrage et de fabrication de panneaux isolants dans des zones éparses du territoire et d'être au plus près des potentiels acheteurs.
  • Les fibres végétales sont solidarisées les unes aux autres au moyen de fibres thermoliantes. Ces fibres thermoliantes présentent un coeur rigide et une gaine, plus souple. Le coeur et la gaine présentent des températures de fusion distinctes. Plus précisément le coeur présente une température de fusion supérieure à la température de fusion de la gaine. Le mélange de fibres thermoliantes et de fibres végétales est destiné à être chauffé en étuve à une température telle que la gaine fond et se lie avec les fibres végétales adjacentes au contact de la gaine tandis que la structure du coeur n'est pas altérée. On comprend que les fibres thermoliantes assurent d'une part la solidarisation des fibres végétales les unes avec les autres au moyen de la gaine, et d'autre part un rôle mécanique en offrant une résistance mécanique au matelas de fibres végétales au moyen du coeur, rigide. Ces fibres thermoliantes sont mélangées avec les fibres végétales dans un pourcentage suffisant pour obtenir une adhérence convenable des fibres végétales les unes avec les autres mais suffisamment faible pour ne pas limiter les propriétés isolantes du matelas de fibres végétales.
  • Le décitex des fibres thermoliantes est un paramètre connu qui définit la finesse desdites fibres thermoliantes. Il convient de noter que ce paramètre définit la finesse des fibres thermoliantes avant que celles-ci soient passées en étuve et qu'elles soient partiellement fondues. Le décitex des fibres thermoliantes est ainsi à mesurer préalablement au mélange des fibres végétales et des fibres thermoliantes, ou à tout le moins préalablement au passage en étuve du mélange.
  • Plus précisément, les inventeurs ont mis en évidence que, dans un contexte où il est recherché d'utiliser un maximum d'éléments biosourcés, les fibres thermoliantes avec un décitex faible permet de réduire la masse de fibres thermoliantes par rapport à la masse du matelas de fibres végétales, sans limiter pour autant la tenue des fibres végétales les unes par rapport aux autres grâce à ces fibres thermoliantes et donc en s'assurant que des ponts thermiques ne sont pas créés entre les fibres végétales et ne dégradent pas les propriétés d'isolation thermique.
  • Cette diminution est possible par une meilleure homogénéisation du mélange de fibres végétales et de fibres thermoliantes. En effet, les fibres thermoliantes présentant un décitex faible sont plus fines, pour une même longueur de fibres, que les fibres thermoliantes présentant un décitex plus élevé. Il en résulte que les fibres thermoliantes mélangées avec les fibres végétales arrivent à mieux s'insérer entre des fibres végétales voisines et donc à mieux se répartir sur tout le volume du matelas de fibres végétales. Pour des mêmes performances thermiques, il est dans ce contexte possible de diminuer le pourcentage de fibres thermoliantes nécessaires et d'améliorer le taux de composants biosourcés au sein du produit fini.
  • Les inventeurs ont ainsi pu déterminer par des tests appropriés que le mélange de fibres végétales à base de plantes céréalières et de fibres thermoliantes avec un décitex plus bas qu'à l'accoutumé, et notamment inférieur ou égal à 1,9, permet la réalisation d'un matelas à haute teneur de produits biosourcés et particulièrement adapté à l'isolation de bâtiments, et notamment à l'isolation intérieure de ces bâtiments. Notamment, le matelas de fibres végétales conforme à l'invention présente une conductivité thermique inférieure à 40 mW/m/K à 20°C.
  • La teneur en lignine et en cellulose de ces fibres végétales est mesurée à partir de matière sèche. La matière sèche qui est ici considérée est obtenue en faisant sécher les plantes céréalières à partir desquelles sont obtenues les fibres végétales dans une étuve ventilée. Dans cette étuve ventilée les plantes céréalières sont chauffées à environ 105°C jusqu'à l'obtention d'une masse constante dans l'étuve. Cette masse constante est communément appelée masse de référence et les taux de cellulose, lignine et d'autres composants sont exprimés à partir de cette masse de référence. Il convient de noter que l'étuve dont il est question ici est une étuve distincte de l'étuve permettant de chauffer le mélange de fibres thermoliantes et de fibres végétales au sein du matelas.
  • Les inventeurs ont pu constater par le biais de tests appropriés que des fibres végétales qui présentent des teneurs en lignine et des teneurs en cellulose telles qu'évoquées sont particulièrement adaptés à leur utilisation au sein de matelas de fibres végétales pour des produits d'isolation. Le matelas de fibres végétales selon l'invention peut être obtenu au moyen de différentes plantes céréalières telles que, par exemple, l'avoine, le blé, le seigle, l'orge ou encore le riz.
  • Selon une caractéristique de l'invention, les fibres thermoliantes présentent un décitex inférieur ou égal à 1,7 dtex.
  • Selon une caractéristique de l'invention, les fibres thermoliantes présentent un décitex inférieur ou égal à 1,5 dtex. A partir de cette valeur, les procédés à mettre en oeuvre pour obtenir des fibres thermoliantes aussi fines sont complexes, mais les inventeurs ont pu noter que la conductivité thermique d'un matériau isolant utilisant des fibres thermoliantes aussi fines est réduite et peut tendre vers des valeurs de conductivité thermique de l'ordre de 36 à 38 mW/m/K à 20°C.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le matelas de fibres de paille comprend au plus de 15% de fibres thermoliantes.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le matelas de fibres de paille comprend entre 2% et 8% de fibres thermoliantes. On comprend ici que le pourcentage en question est un pourcentage massique par rapport à la masse du matelas de fibres de paille considéré.
  • Selon une caractéristique de l'invention, les fibres végétales ont une teneur en cellulose comprise entre 30,9 et 42,3 kg.100kg-1 de matière sèche et en lignine comprise entre 12,2 et 21,6 kg.100kg-1 de matière sèche. Les inventeurs ont pu mettre en évidence que les fibres végétales provenant plus particulièrement de paille de blé, d'orge, de maïs ou encore d'avoine présentaient des caractéristiques, en termes de structure, plus intéressantes pour obtenir un matelas de fibres végétales conforme à l'invention dont la conductivité thermique est basse. Plus particulièrement, ces fibres végétales présentent des teneurs, notamment en lignine, offrant un bon compromis entre des fibres de bois très ligneuses et très courtes et des fibres de paille de riz telles qu'elles ont été précédemment évoquées, avec des caractéristiques d'isolation non optimales et une disponibilité moins grande que celle du blé, de l'orge, du maïs ou de l'avoine.
  • Ces paramètres sont, notamment, obtenus par des fibres végétales issues de paille de blé, disponible en quantité importante et sur l'ensemble du territoire, ce qui permet d'assurer une production locale avec des usines situées au plus près des zones de prélèvement de la matière première. Il est à noter que le matelas de fibres végétales peut être formé d'un mélange de fibres végétales de deux espèces végétales distinctes, dès lors que ces dernières présentent des caractéristiques en termes de teneur en lignine et de teneur en cellulose conformes à l'invention.
  • Selon une caractéristique de l'invention, au moins 60% des fibres végétales présentent un diamètre inférieur ou égal à 300µm.
  • Selon une caractéristique de l'invention, au moins 75% des fibres végétales présentent un diamètre inférieur à 300µm.
  • Selon une caractéristique de l'invention, au moins 55% des fibres végétales présentent un diamètre inférieur à 200µm.
  • Selon une caractéristique de l'invention, au moins 50% des fibres végétales présentent un diamètre compris entre 100µm et 300µm.
  • Les inventeurs ont pu constater que la valeur de conductivité thermique d'un matelas de fibres végétales à base de plantes céréalières tel que fait l'objet de la présente invention était d'autant plus basse, et donc intéressante dans une application à de l'isolation de bâtiments, lorsque la granulométrie des fibres végétales présentes dans le matelas était conforme à certaines valeurs. Il est notamment recherché pour obtenir les valeurs de conductivité thermique souhaitées, au moins inférieures à 0,040 W/m/K, d'avoir au moins 60% des fibres végétales présentant un diamètre inférieur ou égal à 300 microns. La grande quantité de fibres végétales fines qui résulte de cette granulométrie permet une bonne conductivité thermique du produit fini, notamment du fait de la finesse moyenne de la fibre végétale et du fait de l'homogénéité de finesse entre les fibres végétales et les fibres thermoliantes.
  • Le fait d'avoir une homogénéité entre la finesse des fibres thermoliantes, c'est-à-dire des fibres thermoliantes avec un décitex bas, et la finesse des fibres végétales permet un bon mélange de l'ensemble des fibres, étant entendu qu'une distribution non homogène favorise des amas locaux de fibres thermoliantes qui implique une absence de ces fibres thermoliantes dans d'autres zones du matelas et donc des fibres végétales susceptibles d'être au contact l'une de l'autre et de créer un pont thermique mauvais pour la valeur de conductivité thermique du produit fini.
  • Il convient de noter que la caractéristique de diamètre des fibres végétales est particulièrement considérée mais qu'il est possible que ces caractéristiques soient combinées avec d'autres caractéristiques relatives à la dimension des fibres végétales, comme leur longueur.
  • Selon une caractéristique de l'invention, au moins 60% des fibres végétales présentent une longueur inférieure ou égale à 5mm.
  • Selon une caractéristique de l'invention, au moins 40% des fibres végétales présentent une longueur inférieure à 2mm.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le matelas de fibres végétales présente une épaisseur supérieure à 20 mm.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le matelas de fibres végétales présente une épaisseur d'au moins 40 mm.
  • L'épaisseur du matelas de fibres végétales qui est ici à considérer est l'épaisseur nominale du matelas, c'est-à-dire l'épaisseur qui peut être constatée par l'utilisateur lors de l'utilisation qui est faite du produit à des fins d'isolation d'un bâtiment notamment.
  • Conformément à des pratiques connues de l'art antérieur, le matelas de fibres végétales selon l'invention est obtenu par le passage dans une étuve, configurée à une température de cuisson déterminée, d'un tapis de fibres végétales, constitué au préalable, le cas échéant sur un dispositif convoyeur dirigeant le tapis de fibres végétale vers l'étuve, par un mélange de fibres végétales enchevêtrées les unes avec les autres, et d'éléments liants destinés à lier les fibres végétales entre elles lors du passage de l'étuve.
  • L'épaisseur nominale peut notamment être mesurée après conditionnement, par exemple lors de l'achat du produit. À titre d'exemple, l'épaisseur nominale telle qu'évoquée cidessus est constatée après différentes étapes successives du procédé de fabrication industriel lors de la mise en oeuvre du produit, ces étapes pouvant comprendre après le passage en étuve du tapis de fibres de paille, la découpe, par exemple, en panneaux de dimensions appropriées, la compression ultérieure du matelas de fibres de paille obtenu après le passage en étuve lors de l'emballage, l'emballage et le stockage avant commercialisation.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le matelas de fibres végétales présente une densité volumique comprise entre 20kg.m-3 et 80kg.m-3.
  • Selon une caractéristique de l'invention, les fibres thermoliantes présentent une longueur de 6 mm.
  • Selon une caractéristique de l'invention, les fibres thermoliantes comprennent au moins du polyéthylène.
  • Selon une caractéristique de l'invention, le matelas de fibres végétales présente une conductivité thermique inférieure ou égale à 40 mW/m/K à 20°C. Plus particulièrement, le matelas de fibres végétales peut présenter une conductivité thermique inférieure ou égale à 37 mW/m/K à 20°C. Ainsi, assemblée en panneaux destinés à assurer l'isolation, notamment dans la construction, la paille présente une conductivité thermique intéressante pour en faire un matériau de construction destiné à l'isolation.
  • D'autres caractéristiques, détails et avantages de l'invention ressortiront plus clairement à la lecture de la description qui suit d'une part, et d'exemples de réalisation donnés à titre indicatif et non limitatif en référence aux dessins schématiques annexés d'autre part, sur lesquels :
    • [Fig.1] représente schématiquement une vue générale d'un matelas de fibres végétales conforme à la présente invention ;
    • [Fig.2] représente un tableau illustrant une distribution des fibres végétales dans le matelas de fibres végétales selon leurs longueurs pour de la paille de blé ;
    • [Fig.3] représente un tableau illustrant la distribution des fibres végétales dans le matelas de fibres végétales selon leurs longueurs pour de la paille de riz ;
    • [Fig.4] représente un tableau illustrant la distribution des fibres végétales dans le matelas de fibres végétales selon leurs diamètres pour de la paille de blé ;
    • [Fig.5] représente un tableau illustrant la distribution des fibres végétales dans le matelas de fibres végétales selon leurs diamètres pour de la paille de riz ;
    • [Fig.6] représente une vue locale des fibres végétales et des fibres thermoliantes présents au sein du matelas de fibres végétales représenté par la figure 1.
  • Il faut tout d'abord noter que si les figures exposent l'invention de manière détaillée pour sa mise en oeuvre, ces figures peuvent bien entendu servir à mieux définir l'invention, le cas échéant. Il est également à noter que ces figures n'exposent que des exemples de réalisation de l'invention.
  • Les caractéristiques, les variantes et les différentes formes de réalisation de l'invention peuvent être associées les unes avec les autres, selon diverses combinaisons, dans la mesure où elles ne sont pas incompatibles ou exclusives les unes des autres. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite de manière isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique.
  • Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
  • La figure 1 représente un matelas de fibres végétales 1 conforme à la présente invention. Le matelas de fibres végétales 1 est formé d'une pluralité de fibres végétales 2 enchevêtrées les unes avec les autres. Dans le mode de réalisation représenté, ces fibres végétales 2 sont des fibres de paille, et plus spécifiquement des fibres de paille de blé.
  • Les fibres végétales 2 utilisées pour la fabrication du matelas de fibres végétales 1 sont obtenues après le passage dans une unité de défibrage de résidus de plantes céréalières. Plus précisément, ces résidus représentent les tiges et/ou les feuilles après moisson de ces plantes céréalières, également appelées céréales à paille. Ces céréales à paille peuvent être du blé, de l'orge, de l'avoine, du maïs, du sorgho, du riz ou encore du seigle. Dans le mode de réalisation représenté, les fibres végétales 2 sont issues, tel qu'évoqué précédemment, de pailles de blé. La paille de blé présente notamment l'avantage d'être disponible en grande quantité.
  • En outre, cette paille de blé présente, à l'instar d'autres plantes d'intérêt telles que l'orge ou le maïs, une teneur en cellulose comprise entre 30 et 50 kg pour 100kg de matière sèche, communément écrit « kg.100kg-1 MS », et une teneur en lignine comprise entre 4,5 et 25kg.100.kg-1 MS. Les inventeurs ont pu, au moyen de tests adaptés, relever que les fibres végétales issues de ces plantes d'intérêt présentent une structure permettant d'obtenir des matelas de fibres végétales 1 dont les propriétés isolantes sont optimales.
  • Plus spécifiquement, les inventeurs ont pu déterminer que les plantes céréalières qui présentent des caractéristiques structurelles proche de la paille de blé étaient idéales pour fournir des fibres végétales 2 apte à former un matelas de fibres végétales 1 dont les propriétés isolantes sont optimales. Ces plantes céréalières présentaient une teneur en cellulose comprise entre 30,9 et 42,3kg.100kg-1 de matière sèche et une teneur en lignine comprise entre 12,2 et 21,6kg.100kg-1 de matière sèche.
  • L'unité de fibrage est un dispositif permettant de former des fibres végétales 2 à partir de résidus de paille de blé. Ces résidus de paille de blé peuvent être présents sous formes de balles rectangulaires ou rondes ou encore de vracs entreposés. En outre, et tel que l'illustrent les figures 2 et 4, l'unité de fibrage est avantageusement configurée pour obtenir des fibres de paille de blé dont le diamètre médian est d'environ 180µm et la longueur médiane des fibres de paille de blé est de 3500µm.
  • Les figures 2 à 5 permettent de mettre en évidence des différences structurelles qui ont pu être constatées par les inventeurs dans le cas d'une réalisation d'un matelas de fibres de paille de riz (figures 3 et 5) et un matelas de fibres végétales 1 conforme à l'invention, ici réalisé avec des fibres de paille de blé (figures 2 et 4).
  • Les figures 2 et 4 illustrent la répartition des fibres de pailles de blé au sein d'un matelas de fibres végétales 1 conforme à l'invention, pour un échantillon de dimensions données, et pour lequel il a pu être attesté qu'il assure une conductivité thermique inférieure à 40 mW/m/K. Les figures 3 et 5 illustrent la répartition équivalente des fibres de pailles de riz au sein d'un échantillon de matelas de fibres de dimensions équivalentes, et pour lequel il a pu être attesté qu'il ne peut proposer au mieux qu'une conductivité thermique égale à 40 mW/m/K.
  • Plus spécifiquement, la figure 2 illustre la distribution cumulative DC des fibres en fonction de leur longueur LF.
  • Chaque valeur de distribution cumulative DC illustre le pourcentage de fibres, au sein d'un échantillon donné, qui ont une longueur inférieure à une dimension donnée. À titre d'exemple, la figure 2 illustre, dans une première case C1, que 10% des fibres présentes dans un échantillon donné d'un matelas de fibre selon l'invention ont une longueur LF inférieure ou égale à 700µm. Et dans une deuxième case C2, on peut constater que 18% des fibres présentes dans ce même échantillon donné d'un matelas de fibre selon l'invention ont une longueur LF inférieure ou égale à 1000µm. On peut déduire de ces deux valeurs que 8% des fibres présentes dans cet échantillon ont une longueur LF comprise entre 700µm et 1000µm, les 10% de fibres dont la longueur LF est inférieure ou égale à 700µm faisant partie des 18% de fibres dont la longueur LF est inférieure ou égale à 1000µm.
  • Ainsi, les tests qui ont pu être faits par les inventeurs sur cet échantillon montrent, en étudiant les valeurs de la distribution cumulative DC, qu'au moins 40% des fibres formant un matelas de fibres végétales 1 conforme à l'invention présentent une longueur d'au plus 2000µm. De surcroît, il est à noter que, tel que visible sur la figure 2, 73% des fibres présentent une longueur LF d'au plus 5000µm.
  • En réalisant des tests sur d'autres types de pailles présentant des teneurs en lignite et en cellulose conformes à ce qui a été évoqués précédemment, et notamment sur des pailles d'orge, les inventeurs ont pu constater qu'un matelas de fibres de paille conforme à l'invention peut comprendre au moins 60% de fibres dont la longueur est inférieure ou égale à 5000µm.
  • La figure 2 permet également de mettre en évidence des plages de valeurs de dimensions de fibres, ici leur longueur, les plus représentées au sein du matelas de fibres végétales 1. Plus spécifiquement, l'accroissement de la distribution cumulative DC entre une première longueur de fibre LF donnée, par exemple ≤2000µm, une deuxième longueur de fibre LF donnée, par exemple ≤5000µm, et une troisième longueur de fibre LF donnée, par exemple ≤7000µm, permet de mettre en évidence le fait que qu'il y a plus fibres de paille de blé qui présentent une longueur comprise entre 2000µm et 5000µm, sachant qu'elles représentent environ 33% de la masse totale de fibres végétales présentes dans le matelas, que de fibres de paille de blé qui présentent une longueur comprise entre 5000µm et 7000µm, sachant qu'elles représentent environ 10% de la masse totale de fibres végétales présentes dans le matelas.
  • La figure 3 illustre un tableau similaire à celui représenté par la figure 2 et permet par comparaison des valeurs présentes dans ces deux tableaux de mettre en évidence que les fibres de paille de riz présentent une longueur moyenne plus importante que les fibres de paille de blé qui sont présentes dans le matelas de fibres. On peut en effet constater que 40% des fibres de pailles de riz dans un échantillon donné présentent une longueur LF inférieure ou égale à 5000µm, là ou 60% des fibres de pailles de blé, dans un échantillon équivalent, présentent une même longueur. La conductivité thermique du matelas de fibres de paille de riz dont l'analyse a donné ce tableau de la figure 3 est plus élevée que celle du matelas de fibres de paille de blé dont l'analyse a donné le tableau de la figure 2.
  • Il résulte de l'analyse croisée des deux tableaux qui viennent d'être évoqués que la longueur des fibres LF a un impact sur la conductivité thermique, notamment parce que des fibres trop longues peuvent plus facilement entrer en contact avec des fibres voisines et créer un pont thermique.
  • Les figures 4 et 5 rendent compte des mêmes tests que ceux mis en valeur par les figures 2 et 3, cette fois en tenant compte du diamètre des fibres DF.
  • Chaque valeur de distribution cumulative DC illustre le pourcentage de fibres, au sein d'un échantillon donné, qui ont un diamètre inférieur à une dimension donnée. Les valeurs réunies dans la figure 4 illustrent successivement que 5% des fibres présentes dans un échantillon donné d'un matelas de fibre selon l'invention ont un diamètre DF inférieur ou égal à 70µm, que 18% des fibres présentes dans cet échantillon ont un diamètre DF inférieur ou égal à 100µm, que 38% des fibres présentes dans un échantillon donné d'un matelas de fibre selon l'invention ont un diamètre DF inférieur ou égal à 150µm, que 55% des fibres présentes dans cet échantillon ont un diamètre DF inférieur ou égal à 200µm, et que 75% des fibres présentes dans cet échantillon ont un diamètre DF inférieur ou égal à 300µm.
  • Ainsi, les tests qui ont pu être faits par les inventeurs sur cet échantillon montrent, en étudiant les valeurs de la distribution cumulative DC, qu'au moins 75% des fibres végétales 2 issues de paille de blé présentent un diamètre inférieur ou égal à 300µm et au moins 55% des fibres présentent un diamètre DF inférieur ou égal à 200µm.
  • Là encore, il est à noter qu'en réalisant des tests sur d'autres types de pailles présentant des teneurs en lignite et en cellulose conformes à ce qui a été évoqués précédemment, et notamment sur des pailles d'orge, les inventeurs ont pu constater qu'un matelas de fibres de paille conforme à l'invention peut comprendre au moins 60% de fibres dont le diamètre DF est inférieur ou égal à 300µm et au moins 50% de fibres dont le diamètre DF est compris entre 100µm et 300µm.
  • La figure 5 représente, tel qu'évoqué précédemment la granulométrie d'un matelas de fibres végétales comportant des fibres de paille de riz, et dont la conductivité thermique est supérieure à 40 mW/m/K. Tel que visible sur cette figure 5, seulement 52% des fibres présentent un diamètre DF inférieur ou égal à 300µm. En d'autres termes, près d'une fibre sur deux présente un diamètre DF supérieur à 300µm.
  • Là encore, il résulte de l'analyse croisée des deux tableaux qui viennent d'être évoqués que le diamètre des fibres DF a un impact sur la conductivité thermique, notamment parce que des fibres végétales trop épaisses peuvent empêcher la présence de fibres thermoliantes entre elles et parce qu'elles peuvent de la sorte plus facilement entrer en contact avec des fibres végétales voisines et créer un pont thermique.
  • Tel qu'évoqué précédemment, le matelas de fibres de paille 1 est formé d'un enchevêtrement de fibres végétales 2. Ces fibres végétales 2 sont, tel que visible sur la figure 2, solidarisées les unes aux autres au moyen d'éléments liants par voie sèche. Ces éléments liants sont plus particulièrement formés par des fibres thermoliantes 3.
  • Le matelas de fibres de paille 1 est obtenu au moyen d'une installation de fabrication dans laquelle les fibres végétales 2 sont mélangées avec les fibres thermoliantes 3 de sorte à obtenir une teneur en fibres thermoliantes qui est inférieure à 15%, préférentiellement comprise entre 2% et 8%, plus préférentiellement entre 2% et 5%.
  • Dans un mode de réalisation de l'invention, le mélange de fibres végétales 2 et de fibres thermoliantes 3, obtenu selon les teneurs qui viennent d'être évoquées, est soufflé dans une installation de fabrication puis aspiré contre un convoyeur au vu de former un tapis de fibres de paille. Ce tapis de fibres de paille est alors chauffé dans une étuve pour former le matelas de fibres de paille 1. Le matelas de fibres de paille peut être coupé en panneaux isolants de différentes tailles ou enroulé et compressé en vue d'être stocké.
  • Les fibres thermoliantes 3 sont formés d'un coeur 31 et d'une gaine 32. Le coeur 31 forme une partie rigide des fibres thermoliantes 3 participant à offrir au matelas de fibres de paille 1 une résistance mécanique, tandis que la gaine 32 assure la solidarisation des fibres végétales 2 les unes avec les autres. À cet effet, le coeur 31 et la gaine 32 présentent des températures de fusion différentes, et plus précisément la gaine 32 présente une température de fusion plus basse que le coeur 31.
  • Ainsi, lors du passage du tapis de fibres de paille dans une étuve pour obtenir un matelas de fibres de paille conforme à l'invention, la température au sein de l'étuve est telle que la gaine 32 fonde pour baigner les fibres végétales 2 adjacentes, l'ensemble se solidifiant en refroidissant en sortie de l'étuve de sorte à solidariser ces fibres de paille les unes avec les autres. Il est à noter que la température de fusion du coeur 31 est prévue pour que, malgré le passage dans l'étuve d'un tapis de fibres de paille constitué du mélange de fibres de paille et de liants, le coeur 31 conserve sa propriété rigide participant à assurer une résistance mécanique au matelas de fibres de paille 1 après étuve.
  • On comprend qu'au sein de l'étuve, les fibres végétales 2 et les fibres thermoliantes 3 sont chauffés de sorte que les fibres végétales 2 se solidarisent les unes avec les autres. Au moins le passage en étuve, et le cas échéant une compression ultérieure et un découpage avant conditionnement, transforme le tapis de fibres de paille en un matelas de fibres de paille conforme à l'invention.
  • Le matelas de fibres de paille présente une épaisseur d'au moins 20 mm et préférentiellement supérieure à 40 mm. Cette épaisseur est considérée après le passage du matelas de fibres de paille 1 dans l'étuve.
  • Dans le mode de réalisation représenté, la gaine 32 des fibres thermoliantes 3 est formée de polyéthylène et le coeur 31 est également formé de polyéthylène. Il convient de noter que dans un mode de réalisation alternatif le coeur 31 des fibres thermoliantes peut être formé d'un polyester, et plus précisément de polytéréphtalate d'éthylène. Le polyéthylène présente l'avantage de se lier facilement aux fibres végétales ce qui en fait un bon candidat pour former la gaine 32 des fibres thermoliantes.
  • Il convient de noter qu'il ne s'agit ici que d'un exemple de réalisation, le matelas de fibres de paille 1 pouvant être obtenu par une installation de fabrication différente, par exemple une installation de fabrication dans laquelle les fibres de lignocellulosiques 2 et les éléments liants 3 sont déposées mécaniquement sur un convoyeur puis dirigées vers une étuve de sorte à former le matelas de fibres de paille 1. Toutefois, la teneur du matelas de fibres de paille 1 en fibres thermoliantes 3 et la structure desdites fibres thermoliantes 3 restent identiques.
  • Les fibres thermoliantes sont caractérisées notamment par leur finesse. Cette finesse est exprimée en décitex, communément définie par la masse en grammes de dix mille mètres de cette fibre thermoliante 3. Selon l'invention, les fibres thermoliantes 3 présentent une finesse inférieure ou égale à 1,9dtex, préférentiellement inférieure ou égale à 1,7dtex, plus préférentiellement inférieure ou égale à 1,5dtex. Une telle finesse des fibres thermoliantes 3 permet une meilleure répartition de ces fibres thermoliantes au sein du matelas, entre les fibres végétales, ce qui est plus efficace pour l'encollage et la fixation de la position des fibres végétales les unes par rapport aux autres. On comprend que l'on peut s'assurer ainsi plus facilement du fait que les fibres végétales n'entrent pas en contact et ne forment pas de ponts thermiques. La meilleure répartition des fibres thermoliantes, résultant de la finesse de ces fibres telle qu'elle est mise en valeur selon l'invention, permet de limiter le rapport massique ou volumique d'éléments thermoliants dans la masse ou le volume global(e) du produit isolant formé par le matelas de fibres végétales.
  • En outre, les fibres thermoliantes 3 présentent une longueur, en tenant compte des tolérances de fabrication, d'environ 6 mm, ce qui peut permettre, en complémentarité de la finesse précédemment évoquée, une meilleure répartition des fibres thermoliantes au sein du matelas de fibres de paille 1.
  • La finesse des fibres thermoliantes est ici particulièrement intéressante dans la mesure où elle est complémentaire de la finesse des fibres végétales, évoquée par le fait qu'au moins 60% des fibres végétales présentent un diamètre inférieur à 300 microns, ce qui permet d'obtenir un bon mélange des deux types de fibres présents dans le matelas et une répartition homogène des fibres thermoliantes entre les fibres végétales, ce qui permet une bonne fixation des fibres végétales et la formation régulière de poches d'air permettant de baisser la valeur de conductivité thermique aux valeur souhaitées pour une application à de l'isolation de bâtiments.
  • Les différents éléments présentés pour participer à la formation du matelas de fibres de paille 1 permettent d'obtenir un tel matelas dont la densité volumique est comprise entre 20 kg.m-3 et 80 kg.m-3 et avec, tel qu'évoqué précédemment, une épaisseur d'au moins 20 mm. Un tel matelas de fibres de paille présente une conductivité thermique inférieure à 40 mW/m/K à 20°C, et notamment inférieure ou égale à 37 mW/m/K à 20°C, permettant d'apporter des propriétés d'isolation optimales à un matériau de construction.
  • L'invention telle qu'elle vient d'être décrite atteint bien le but qu'elle s'était fixée en proposant un matelas de fibres de paille dont les performances d'isolation thermique sont optimisées au moyen d'une composition et d'une distribution de dimensions des fibres de paille particulières au sein du matelas de fibres de paille.

Claims (18)

  1. Matelas de fibres végétales caractérisé en ce qu'il comporte des fibres végétales (2) à base de plantes céréalières solidarisées les unes avec les autres au moyen de fibres thermoliantes (3), les fibres thermoliantes (3) présentant un décitex inférieur ou égal à 1,9 dtex, les fibres végétales (2) présentant une teneur en cellulose comprise entre 30 et 50kg.100kg-1 de matière sèche et une teneur en lignine comprise entre 4,5 et 25kg.100kg-1 de matière sèche.
  2. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres thermoliantes (3) présentent un décitex inférieur ou égal à 1,7 dtex.
  3. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres thermoliantes (3) présentent un décitex inférieur ou égal à 1,5 dtex.
  4. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il comprend au plus de 15% de fibres thermoliantes (3).
  5. Matelas de fibres végétales (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il comprend entre 2% et 8% de fibres thermoliantes (3).
  6. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres végétales (2) ont une teneur en cellulose comprise entre 30,9 et 42,3kg. 100kg-1 de matière sèche et en lignine comprise entre 12,2 et 21,6kg.100kg-1 de matière sèche.
  7. Matelas de fibres végétales selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins 60% des fibres végétales présentent un diamètre inférieur ou égal à 300µm.
  8. Matelas de fibres végétales (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'au moins 75% des fibres végétales (2) présentent un diamètre inférieur à 300µm.
  9. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins 55% des fibres végétales (2) présentent un diamètre inférieur à 200µm.
  10. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins 50% des fibres végétales (2) présentent un diamètre compris entre 100µm et 300µm.
  11. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins 60% des fibres végétales présentent une longueur inférieure ou égale à 5mm.
  12. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'au moins 40% des fibres végétales (2) présentent une longueur inférieure à 2 mm.
  13. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur supérieure à 20 mm.
  14. Matelas de fibres végétales (1) selon la revendication précédente, caractérisé en ce qu'il présente une épaisseur d'au moins 40 mm.
  15. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une densité volumique comprise entre 20kg.m-3 et 80kg.m-3.
  16. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres thermoliantes (3) présentent une longueur de 6 mm.
  17. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce que les fibres thermoliantes (3) comprennent au moins du polyéthylène.
  18. Matelas de fibres végétales (1) selon l'une quelconque des revendications précédentes, caractérisé en ce qu'il présente une conductivité thermique inférieure à ou égale à 40 mW/m/K à 20°C.
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