FR2849798A1 - Element structurel rigide d'assemblage ou de revetement, et procede de fabrication d'un tel element - Google Patents
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Abstract
L'invention concerne un élément structurel rigide d'assemblage ou de revêtement, de forme essentiellement plane.Conformément à l'invention l'élément structurel rigide est constitué d'au moins 80% en poids de fibres issues de la récolte de végétaux à cycle cultural court, lesdites fibres étant rigidifiées par un liant associé choisi pour que soit également préservé le caractère biodégradable dudit élément structurel. L'invention a ainsi un effet éminemment favorable dans le cadre des préoccupations relatives au développement durable.L'invention concerne également un procédé de fabrication d'un tel élément structurel.
Description
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne un élément structurel rigide d'assemblage ou de revêtement, de forme essentiellement plane. La terminologie "assemblage" et 5 "revêtement" utilisée dans la présente description doit être comprise dans un sens large englobant différents types d'objets assemblés à partir de l'élément structurel rigide, notamment dans le domaine de la décoration ou du mobilier, ou de revêtements notamment dans le domaine de l'isolation, 10 de l'équipement, ou de la construction.
ARRIERE-PLAN TECHNOLOGIQUE DE L'INVENTION Les matériaux de revêtement ou d'assemblage utilisés traditionnellement sont soit de type minéral (céramique, fae̋nce, argile, etc), soit de type végétal 15 (bois), soit encore de type composite (matières plastiques et charges, agglomérés de bois et résine, etc..). Il existe aussi des produits réalisés à partir de produits recyclés (fibres, composites, caoutchouc, etc).
Le produit fini est généralement présenté sous 20 forme de plaques planes, de dimensions variables de quelques centimètres à plusieurs mètres de côté, et de quelques millimètres à quelques centimètres d'épaisseur.
L'invention s'intéresse plus particulièrement aux éléments structurels rigides dont le matériau constitutif 25 est essentiellement végétal.
On connaît déjà les panneaux en agglomérés de bois qui sont largement utilisés en tant que matériaux de revêtement ou de construction de mobilier. Les panneaux sont réalisés à partir de particules de bois finement 30 divisées, auxquelles on ajoute en général des colles d'origine synthétique. Le mélange est assemblé sous pression modérée (ne dépassant pas 5 kg/cm2) par des presses à plateaux dont les dimensions peuvent atteindre quelques mètres de côté pour des épaisseurs de plusieurs 35 centimètres.
Quelle que soit sa nature, le bois est toujours un végétal à cycle cultural long, c'est-à-dire s'étendant sur plusieurs années (5 à 15 années en moyenne). Il est rappelé que l'appellation "cycle cultural", qui est la dénomination officielle de ce que l'on appelle parfois cycle de rotation ou cycle de production, correspond à la durée séparant le plantage ou semis du végétal, de sa récolte. Dans le cadre de la présente invention, ce vocable englobera également les végétaux dont le cycle de 10 reproduction est naturel, sans intervention de la main de l'homme.
L'utilisation de bois implique des cycles de production longs entre la plantation des jeunes arbres et leur utilisation comme matières premières, et de plus cette 15 utilisation de bois peut présenter l'inconvénient de contribuer au problème de la déforestation, en nuisant ainsi à l'écosystème de la planète.
Il apparaît donc séduisant de se tourner vers d'autres matériaux possibles pour réaliser des éléments 20 structurels rigides, en évitant l'utilisation de végétaux à cycle cultural long.
On connaît par ailleurs la réalisation de petits objets en matériaux composites faisant parfois appel à des matériaux d'origine céréalière comme matières premières, en 25 particulier pour l'utilisation de conteneurs alimentaires en substitution de matériaux plastiques. Le document US-A-5 897 827 décrit ainsi la fabrication de contenants alimentaires à partir d'enveloppes de produits mondés (riz, avoine, blé, graines de soja, froment), de carbonate de 30 calcium, ou d'un mélange des deux.
Plus généralement, les compositions utilisées pour réaliser de tels petits objets sont en général soit de type plastique biodégradable, soit de type composite utilisant des matières naturelles.
Pour les plastiques biodégradables, il s'agit de matériaux d'origine végétale dont la transformation par un procédé biochimique donne lieu à l'obtention de matières premières dont les caractéristiques Théologiques s'apparentent à celles des thermoplastiques traditionnels. 5 Ces matières premières sont transformables au moyen de procédés d'injection-moulage. L'inconvénient de ces matériaux réside principalement dans le fait que les qualités intrinsèques des matières céréalières d'origine ne transparaissent plus dans le produit fini, et que les 10 qualités sensorielles de naturalité n'existent plus dans le produit transformé.
Les produits composites utilisant des matières naturelles déjà proposés sont constitués par différents ingrédients associant des matières céréalières, minérales, 15 à des liants biochimiques de type amidon. Ces produits sont transformés par thermo-compression, et peuvent permettre de réaliser des petits objets de type contenants alimentaires jetables tels qu'assiettes, bols, gobelets, etc....
Cependant, la qualité et les propriétés mécaniques de ces 20 objets restent en général extrêmement limitées, tout comme leur durée de vie.
OBJET DE L'INVENTION La présente invention vise à concevoir un nouveau type d'élément structurel rigide d'assemblage ou de 25 revêtement, qui soit à la fois naturel et biodégradable, sans faire appel à des sousproduits de bois.
DEFINITION GENERALE DE L'INVENTION Cet objet est atteint conformément à l'invention grâce à un élément structurel rigide d'assemblage ou de 30 revêtement, de forme essentiellement plane, qui est constitué d'au moins 80 % en poids de fibres issues de la récolte de végétaux à cycle cultural court, lesdites fibres étant rigidifiées par un liant associé choisi pour que soit également préservé le caractère biodégradable dudit élément 35 structurel.
Ainsi, et de façon tout à fait surprenante pour l'homme de l'art, on utilise des matières issues de l'agriculture qui dans leur état naturel n'offrent pas des qualités mécaniques et des textures adéquates, pour 5 réaliser des éléments structurels rigides d'assemblage ou de revêtement. S'agissant de végétaux à cycle cultural court, on exclut naturellement tous les types de bois classiquement utilisés qui sont à durée de renouvellement long s'étalant classiquement entre 5 et 15 ans. On a ainsi 10 renversé un véritable préjugé en utilisant de telles fibres issues de la récolte de végétaux à cycle cultural court pour réaliser des éléments structurels rigides, qui présentent justement des propriétés mécaniques tout à fait satisfaisantes, tout à fait compatibles avec une 15 utilisation dans le domaine de l'assemblage ou du revêtement de types les plus divers. En outre, l'élément structurel rigide est parfaitement naturel, et son caractère biodégradable représente un attrait considérable.
De préférence, le liant est présent avec une 20 concentration allant de 5 à 15 % en poids pour la composition dudit élément structurel.
Conformément à un mode d'exécution particulièrement avantageux, on choisira un liant d'origine exclusivement végétale. En particulier, le liant sera constitué de 25 protéines végétales issues de la même espèce végétale que les fibres ou d'une autre espèce végétale que lesdites fibres, ou en variante issues de plusieurs espèces végétales.
De préférence encore, l'élément structurel comporte 30 également, incorporées dans sa masse, des particules de végétaux à fonctionnalité particulière, en particulier de protection anti-nuisible ou antimoustique.
On pourra également prévoir que l'élément structurel comporte, incorporés aussi dans sa masse, des 35 additifs fonctionnels de type minéral ou chimique, visant à modifier les caractéristiques physiques et/ou mécaniques dudit élément structurel, et/ou à ajouter une fonctionnalité particulière.
On pourra prévoir que l'élément structurel 5 comporte, au moins sur sa face externe, un recouvrement de protection et/ou de rigidification. Il pourra s'agir de vernis, huiles ou laques de types divers.
Dans un mode d'exécution préféré, les fibres constitutives seront choisies dans le groupe composé des 10 sons de blé, balles de riz, raffles de mas, paille broyée, cassettes de céréales, et le liant sera choisi dans le groupe composé des amidons de céréales, glutens de céréales, germes de céréales, et des protéines végétales.
L'invention concerne également un procédé de 15 fabrication d'un élément structurel rigide présentant l'une au moins des caractéristiques précitées.
Le procédé selon l'invention comporte les étapes successives de: a) réalisation d'un broyat homogène constitué de 20 fibres de végétaux à cycle cultural court et d'un liant; b) cuisson et formage du broyat dans un moule, sous une pression élevée d'au moins 5kg/cm2 c) séchage et refroidissement; d) découpe aux dimensions désirées.
On pourra prévoir d'ajouter au broyat, lors de l'étape a), des particules de végétaux à fonctionnalité particulière et/ou des additifs fonctionnels. Le procédé de fabrication précité est en effet compatible avec la 30 rémanence des propriétés et fonctions de ces particules ou additifs, qui subsistent encore dans l'élément structurel fini obtenu.
On pourra en outre prévoir que l'étape b) est réitérée sur plusieurs cycles successifs, avec relâche et libération 35 de la vapeur d'eau à la fin de chaque cycle.
Enfin, on pourra prévoir que l'étape c) ou l'étape d) est suivie d'une étape de revêtement surfacique.
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront plus clairement à la lumière de la description 5 qui va suivre et du dessin annexé, concernant des modes de réalisation particuliers.
DESCRIPTION DU DESSIN
Il sera fait référence à la figure unique du dessin annexé, qui illustre schématiquement les étapes du procédé 10 de fabrication d'un élément structurel rigide conforme à l'invention.
DESCRIPTION DETAILLEE DE L'INVENTION
L'invention a ainsi pour objet un élément structurel rigide d'assemblage ou de revêtement, de forme 15 essentiellement plane, qui est constitué d'au moins 80 % en poids de fibres issues de la récolte de végétaux à cycle cultural court, ces fibres étant rigidifées par un liant associé qui est en outre choisi pour que soit préservé le caractère biodégradable dudit élément structurel. L'élément 20 structurel peut se présenter sous des formes planes ou essentiellement planes très variées dans leurs dimensions, et l'on peut citer à titre d'exemples des carreaux de revêtement, des éléments de mobilier, ou des panneaux, en particulier destinés à l'isolation ou à la décoration, tant 25 dans le domaine de la construction que de l'équipement.
Les dimensions de l'élément structurel rigide pourront naturellement varier considérablement en fonction du type d'utilisation recherché. D'une façon générale, on pourra largement atteindre les dimensions habituellement 30 rencontrées pour des panneaux en agglomérés de bois ou pour des éléments plans réalisés en matériaux composites constitués de farine de bois mélangée avec des résines ou en sous-produits de céréales mélangés avec des résines thermodurcissables.
De façon tout à fait étonnante, les végétaux à cycle cultural court peuvent être ainsi utilisés pour réaliser des éléments structurels rigides dont les caractéristiques mécaniques sont extrêmement satisfaisantes, et permettent d'assurer des fonctions techniques tout en supportant une 5 usinabilité, par exemple un perçage ou un découpage. A ce titre, on sait que les panneaux en agglomérés de bois, outre les inconvénients déjà mentionnés plus haut, ne sont pas toujours satisfaisants au regard de leur usinabilité et de leur résistance mécanique.
Fondamentalement, on utilise des fibres issues de la récolte de végétaux à cycle cultural court, et on peut citer à titre d'exemples des fibres choisies dans le groupe composé des sons de blé, balles de riz, raffles de mas, paille broyée, cossettes de céréales. La liste précitée 15 n'est bien entendu aucunement limitative.
Le liant utilisé dans la composition de l'élément structurel rigide de l'invention a pour fonction première de rigidifier les fibres qui sont issues de la récolte de végétaux à cycle cultural court, en donnant la cohésion nécessaire à l'ensemble réalisé. Le liant est en outre choisi pour que soit également préservé le caractère biodégradable de l'élément structurel ainsi réalisé.
De préférence, on utilisera un liant d'origine exclusivement végétale, afin que l'élément structurel 25 rigide réalisé soit complètement naturel, tout en étant biodégradable. Le liant pourra être constitué de protéines végétales issues de la même espèce végétale que les fibres ou d'une autre espèce végétale que les fibres, ou en variante de protéines végétales issues de plusieurs espèces 30 végétales. A titre d'exemple, on pourra choisir le liant dans le groupe composé des amidons de céréales, glutens de céréales, germes de céréales, et des protéines végétales.
On pourra en outre prévoir que l'élément structurel rigide de l'invention comporte, incorporées dans sa masse, 35 des particules de végétaux à fonctionnalité particulière.
C'est ainsi que l'on pourra utiliser des particules procurant une protection anti-nuisible, ou anti-moustique, ou répulsive au regard de tel ou tel animal. Ainsi qu'on le verra par la suite, le procédé de fabrication d'un tel 5 élément structurel permet en effet de préserver les propriétés fonctionnelles, en particulier des propriétés odoriférantes, des particules de végétaux spécifiques qui sont incorporées dans la masse constitutive de l'élément structurel.
On pourra également prévoir que l'élément structurel comporte, incorporés dans sa masse, des additifs fonctionnels de type minéral ou chimique, visant à modifier les caractéristiques physiques et/ou mécaniques dudit élément structurel, et/ou à ajouter une fonctionnalité 15 particulière audit élément structurel. Il pourra s'agir d'additifs contribuant aux propriétés mécaniques et cohésives du matériau, par exemple des résines aminoplastes ou phénoplastes. Il pourra aussi s'agir d'additifs procurant une couleur ou une odeur particulière, ou encore 20 un caractère ignifuge et/ou imperméable.
Les matières premières mises en oeuvre dans le cadre de la réalisation d'un élément structurel conforme à l'invention permettent ainsi de préserver la graine alimentaire des céréales, et elles constituent, en ce sens, 25 une source de valorisation de la partie non comestible des céréales cultivées. Toutes les matières premières mises en oeuvre sont en outre des produits issus de végétaux à cycle cultural court. Les végétaux précités procurent des fibres qui conviennent particulièrement bien pour réaliser des 30 éléments structurels rigides, et il s'agira en général de végétaux dont le cycle cultural est court, avec une à deux récoltes par an, par opposition aux végétaux tels que le bois qui sont à cycle cultural long. La disponibilité des matières premières utilisées, ainsi que des moyens 35 d'exploitation associés, est en outre quasiment universelle.
Selon le type d'application, on pourra prévoir que l'élément structurel comporte, au moins sur sa face externe, un recouvrement de protection et/ou de 5 rigidification. Il pourra s'agir par exemple d'un vernis, d'une huile, ou d'une laque, afin de conférer un aspect brillant à la face externe de l'élément.
On va maintenant décrire, en référence à la figure unique du dessin annexé, un procédé de fabrication d'un 10 élément structurel rigide du type précité.
On rassemble tout d'abord dans une étape 10 des fibres issues de la récolte de végétaux à cycle cultural court, notés ici co-produit de céréales (10.1), et éventuellement aussi des ingrédients additifs (10.2).
Cet ensemble est mélangé (étape 11), puis broyé en fines particules (étape 12). On réalise ainsi un broyat homogène qui est constitué de fibres de végétaux à cycle cultural court.
On ajoute alors au broyat un liquide (étape 13), qui 20 peut être de l'eau comme indiqué ici ou en variante un autre liquide comme de l'huile. On trouve également l'ajout d'ingrédients destinés à constituer tout ou partie du liant de rigidification (étape 14).
On réalise ainsi un broyat constitué de fibres et de 25 liant, et ce broyat est intimement mélangé à l'étape 15 pour être aussi homogène que possible.
Le broyat homogène ainsi réalisé est soumis, soit directement, soit après une étape de mise en forme (pellets, boulets, billes, granulés) facilitant la 30 manutention et le stockage, à une étape de cuisson et de formage dans un moule, sous une pression élevée d'au moins 5 kg/cm2. L'étape 16 est ainsi dénommée cuisson-formage. Il convient de noter que la pression utilisée sera en général largement plus élevée que la valeur précitée de 5kg/cm2, 35 laquelle valeur constitue la pression maximale utilisée traditionnellement pour des agglomérés de bois. Dans le cadre de l'invention, on utilisera ainsi des pressions comprises entre 5 et 100 kg/cm2, et même atteignant éventuellement des valeurs de l'ordre de 200 kg/cm2.
L'étape de cuisson pourra éventuellement être réitérée sur plusieurs cycles successifs, avec relâche et libération de la vapeur d'eau à la fin de chaque cycle. On utilisera ainsi en général une cuisson sur 1 à 5 cycles de 15 secondes à 5 minutes chacun.
La ligne pointillée 17 est destinée à illustrer la réitération du cycle de cuisson.
L'étape 18 suivante est une étape de séchage et de refroidissement. On utilisera en général un séchage dans une étuve, par exemple un séchage à une température de 600C 15 pendant une durée allant de 4 à 10 heures. Il pourra s'agir d'une étape de stabilisation par alternance de cycles de séchage et de ressuage.
On trouve enfin une étape de découpe 19 débouchant sur l'obtention d'un produit fini ou quasi-fini (étape 20): il 20 peut s'agir d'un carrelage, d'un élément de mobilier, ou de panneaux et l'on a ainsi illustré schématiquement un carreau 20.1, un élément de mobilier 20.2, et un panneau 20.3. Selon le cas, on pourra aussi procéder à une étape d'usinage (perçage par exemple).
On a illustré également des étapes terminales éventuellement rajoutées en fin de process, à savoir une étape 21 de post- traitement par revêtement au moyen d'une laque ou d'un vernis, et une étape terminale 22 de conditionnement.
Le procédé précité permet de retrouver, dans le produit fini, certaines des qualités sensorielles des matières premières utilisées, en particulier le parfum, la texture, le toucher, la couleur, et les essences végétales, tout en conférant au produit des qualités inhérentes à son 35 application en tant que matériau de revêtement ou d'assemblage, telles que des qualités de dureté, de solidité, et d'aptitude à son usinage.
On est ainsi parvenu à réaliser un élément structurel rigide d'assemblage ou de revêtement qui est extrêmement 5 performant par ses fonctionnalités, tout en étant parfaitement naturel et biodégradable, et ce sans faire appel à des sous-produits de végétaux à cycle cultural long, en particulier des sous-produits du bois. L'invention a ainsi un effet éminemment favorable dans le cadre des 10 préoccupations relatives au développement durable.
L'invention n'est pas limitée aux modes de réalisation qui viennent d'être décrits, mais englobe au contraire toute variante reprenant, avec des moyens équivalents, les caractéristiques essentielles énoncées plus haut.
Claims (15)
1. Elément structurel rigide d'assemblage ou de revêtement, de forme essentiellement plane, caractérisé en 5 ce qu'il est constitué d'au moins 80 % en poids de fibres issues de la récolte de végétaux à cycle cultural court, lesdites fibres étant rigidifiées par un liant associé choisi pour que soit également préservé le caractère biodégradable dudit élément structurel.
2. Elément structurel selon la revendication 1, caractérisé en ce que le liant est présent avec une concentration allant de 5 à 15 % en poids dans la composition dudit élément structurel.
3. Elément structurel selon la revendication 1 ou 15 la revendication 2, caractérisé en ce que le liant est d'origine exclusivement végétale.
4. Elément structurel selon la revendication 3, caractérisé en ce que le liant est constitué de protéines végétales issues de la même espèce végétale que les fibres. 20
5. Elément structurel selon la revendication 3, caractérisé en ce que le liant est constitué de protéines végétales issues d'une autre espèce végétale que les fibres.
6. Elément structurel selon la revendication 3, 25 caractérisé en ce que le liant est constitué de protéines végétales issues de plusieurs espèces végétales.
7. Elément structurel selon l'une des revendications 1 à 6, caractérisé en ce qu'il comporte également, incorporées dans sa masse, des particules de végétaux à fonctionnalité particulière, en particulier de protection anti-nuisible ou anti-moustique.
8. Elément structurel selon l'une des revendications 1 à 7, caractérisé en ce qu'il comporte également, incorporés dans sa masse, des additifs 35 fonctionnels de type minéral ou chimique, visant à modifier les caractéristiques physiques et/ou mécaniques dudit élément structurel, et/ou à ajouter une fonctionnalité particulière audit élément structurel.
9. Elément structurel selon l'une des revendications 1 à 8, caractérisé en ce qu'il comporte, au moins sur sa face externe, un recouvrement de protection et/ou de rigidification.
10. Elément structurel selon l'une des revendications 1 à 9, caractérisé en ce que les fibres 10 constitutives sont choisies dans le groupe composé des sons de blé, balles de riz, raffles de mas, paille broyée, cassettes de céréales.
11. Elément structurel selon l'une des revendications 1 à 10, caractérisé en ce que le liant est 15 choisi dans le groupe composé des amidons de céréales, glutens de céréales, germes de céréales, et des protéines végétales.
12. Procédé de fabrication d'un élément structurel rigide selon l'une au moins des revendications 1 à 11, 20 caractérisé en ce qu'il comporte les étapes successives de: a) réalisation d'un broyat homogène constitué de fibres de végétaux à cycle cultural court et d'un liant; b) cuisson et formage du broyat dans un moule, sous 25 une pression élevée d'au moins 5kg/cm2 c) séchage et refroidissement; d) découpe aux dimensions désirées.
13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que des additifs fonctionnels sont ajoutés au broyat 30 lors de l'étape a).
14. Procédé selon la revendication 12 ou la revendication 13, caractérisé en ce que l'étape b) est réitérée sur plusieurs cycles successifs, avec relâche et libération de la vapeur d'eau à la fin de chaque cycle.
15. Procédé selon l'une des revendications 12 à 14, caractérisé en ce que l'étape c) ou l'étape d) est suivie d'une étape de revêtement surfacique.
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