FR2883788A1 - Procede de traitement thermique de bois, installation pour la mise en oeuvre du procede, et du bois traite thermiquement - Google Patents

Abstract

L'invention concerne un procédé de traitement thermique de bois, une installation pour la mise en oeuvre du procédé, et du bois traité thermiquement.Selon le procédé de traitement thermique, chacune des pièces de bois (B) d'un lot à traiter est disposée au contact d'une presse conductrice thermorégulée (1, 2), dont la température peut être précisément pilotée en temps et en intensité. Les pièces sont portées ou maintenue à la température souhaitée par tout moyen de pilotage et de contrôle thermique approprié au traitement et à la quantité de bois à traiter et permettant, par conduction, de chauffer le bois, de maintenir sa température et de le refroidir.

Description

L'invention concerne un procédé de traitement thermique de bois, une

installation pour la mise en uvre du procédé, et du bois traité thermiquement.

Aussi bien du bois massif que du bois reconstitué, par exemple en fibres ou particules agglomérées ou compressées, présentent des caractéristiques désavantageuses telles que, par exemple, le caractère hydrophile, l'instabilité dimensionnelle et la tendance à putréfier plus ou moins vite.

En raison de ces caractéristiques, lorsque l'on stocke du bois fraîchement découpé en planches, en tasseaux ou en tout autre produit allongé selon des dimensions prédéterminées, même si le bois est séché, on observe au cours du stockage des changements portant essentiellement sur les dimensions et sur la forme de ces produits. Ainsi, par exemple, certaines pièces initialement parallélépipédiques sont gauchies, ou d'autres pièces sont rétrécies et fendillées. Et le bois reconstitué a tendance, en plus, de se désagréger.

Pour éviter de tels changements, le bois est généralement traité selon différents procédés, par effet de température ou par effet combiné, dans une ambiance chimique donnée, de la température et d'une pression ou dépression de l'enceinte de traitement: - pour être séché - pour être tordu ou pour faire ressortir les arômes du bois (travail des barriques par les mérandiers) - pour permettre l'absorption d'adjuvants chimiques (tout particulièrement pour les traitements en autoclaves) - pour réaliser la thermo-modification du bois à haute température, c'est-à-dire une modification de la matière ligneuse du bois par l'effet principal d'une haute température appliquée au bois = dans un flux gazeux réchauffant les pièces de bois par convection en présence d'eau, d'air, d'air appauvri en oxygène et enrichi d'un de ses constituants naturels principaux - en azote ou en gaz carbonique ou en eau - (l'air étant constitué à l'état naturel de 80 % d'azote et 20 % d'oxygène plus une grande part variable d'eau et de gaz carbonique CO ou CO2) ou = en trempant le bois dans un ou plusieurs bains successifs de liquide ou de matière fragmentée à granulométrie adaptée (sable de silice ou d'autre matière, métallique par exemple), ce liquide ou ce sable ayant pour effet d'apporter la chaleur au bois par conduction mais ayant éventuellement un effet de pénétration (parasite ou voulue) d'adjuvant chimique.

Le traitement thermique du bois à haute température, sous atmosphère inerte pour éviter la combustion, est un procédé couramment utilisé. En chauffant du bois en atmosphère inerte jusqu'à une température comprise entre 150 et 280 C, le bois subit une transformation de ses molécules constitutives en fonction, d'une part, des courbes de températures utilisées et, d'autre part, du milieu dans lequel se trouve le bois lors du traitement. Certaines macromolécules du bois sont cassées et se recombinent entre elles par réticulation. Il y a donc polymérisation et les caractéristiques du bois sont transformées.

Le document FR-A-2 604 942 décrit un procédé de fabrication d'un matériau ligno-cellulosique par traitement thermique et un matériau obtenu par ce procédé. Ce procédé apporte des améliorations portant sur le comportement du bois, lorsque celui-ci est soumis à de l'humidité, avec une amélioration plus ou moins importante et homogène dans la masse de son imputrescibilité (résistance aux agents pathogènes et lignivores attaquant habituellement le bois en situation humide), et avec une meilleure stabilité dimensionnelle, avec une modification de sa mouillabilité, une transformation de son caractère hydrophile en un caractère relativement hydrophobe, avec une teinte définitive et homogène du bois dans la masse et enfin 2883788 3 avec une augmentation de sa dureté de surface. De plus, ce traitement permet de faire disparaître a posteriori les défauts de coloration dues aux attaques de champignons responsables du bleuissement ou du rougissement de certains bois.

En revanche, ce traitement induit une fragilisation mécanique, en particulier de rupture à la flexion, induisant un caractère plus cassant qui peut aller d'une très légère diminution des performances à une fragilisation déterminante rendant ce bois traité inadapté à une utilisation particulière dans un certain nombre d'applications du bois, en particulier pour des applications structurelles. De plus, si la température augmente légèrement au-delà d'une certaine limite, la dégradation des lignines s'accentue, les fibres de cellulose sont cassées à leur tour, et le bois perd finalement rapidement toutes ses performances mécaniques.

Par ailleurs, la présence d'oxygène est un facteur de diminution des possibilités d'amélioration des qualités du bois et de dégradation de ses qualités mécaniques et la présence d'eau est un autre facteur de diminution, l'hydrolyse se substituant partiellement à la thermolyse du bois, de sorte que le bois traité à la vapeur d'eau dans un flux d'air est en principe moins stable, moins imputrescible et plus cassant qu'un bois traité à l'azote. A contrario, l'azote étant un mauvais conducteur de la chaleur, l'enrichissement en azote de l'air rend particulièrement difficile le transfert de chaleur du flux gazeux au bois à chauffer.

Une autre difficulté du traitement thermique du bois est celle de réussir à traiter le bois entièrement depuis le bord externe jusqu'au c ur. En effet, pour traiter une pièce de bois à c ur et de façon homogène et optimale, et pour éviter que le bois ne se fendille pendant le traitement, il faut réussir à atteindre la haute température à laquelle on obtient la réticulation de la lignine qui permet au bois d'acquérir ses remarquables qualités, sans la dépasser pour ne pas faire le bois trop perdre de ses qualités mécaniques.

A ce sujet, le document FR-A-2 751 579 décrit un procédé de traitement du bois à étape de transition vitreuse, qui impose une courbe de température ayant un palier de température à la température de transition vitreuse, indépendamment des moyens d'apport de calories et du milieu permettant de rendre le bois inerte pour éviter sa combustion, qui est spontanée dans l'air aux températures supérieures à 100 C. Une caractéristique avantageuse obtenue par ce procédé est la rétification des fibres cellulosiques, c'est-à-dire un pontage chimique (liaisons covalentes) entre les chaînes macromoléculaires des constituants du matériau. Pour éviter que le bois ne s'enflamme pendant le traitement thermique à haute température, l'atmosphère est rendue inerte par de l'azote, en remplacement de l'oxygène, ou par du gaz carbonique ou encore en saturant l'air de vapeur d'eau ou, enfin, en frittant le bois dans de l'huile chaude.

Ces mesures déterminent finalement trois variantes de traitement: -la rétification par flux d'air inerté à l'azote 25 (procédé de la société New Option Wood; FR-A-2 751 579 et EP-0 880 429), - l'utilisation d'un flux d'air rendu inerte par du gaz carbonique, permettant astucieusement d'utiliser l'oxygène de l'air de l'enceinte d'un four pour la combustion servant au chauffage du four, appauvrissant l'air en oxygène et l'enrichissant du même coup du gaz carbonique résultant de sa combustion (procédé de l'association A.R.M.I.N.E.S. ; FR-2 604 942), et -le traitement thermique à haute température, par flux d'air en présence de vapeur d'eau (procédé thermowood de la société Valtion Teknillinen Tutkimuskeskus; EP-0 695 408).

2883788 5 A coté de ces traitements, des procédés de modification de la matière ligneuse allant jusqu'à la réticulation de la lignine par trempage du bois dans des bains liquides ou sableux sont connus sur le plan théorique et sont envisageables, mais aucun procédé fonctionnel et a fortiori industriel n'est cependant connu à l'heure actuelle, dans l'état de l'art. Un procédé de trempage dans l'huile chaude se développe difficilement et n'a, semble-t-il, pas permis d'obtenir de bois traité dont les qualités soient reconnues, posant de plus le problème d'un bois huileux: ces bois imprégnés avec des huiles chauffées et donc dégradées ne sont plus des bois sans adjuvant et dégorgent avec le temps une huile potentiellement polluante. Ils sont d'ailleurs inadaptés aux finitions comme la peinture par exemple. Ce bois non écologique et imprégné d'un adjuvant n'ayant pour l'instant pas fait la preuve de ses qualités, il reste encore aujourd'hui une simple possibilité théorique.

La rétification évoquée plus haut se présente sous deux versions.

- rétification sans palier de température à la température de transition vitreuse; elle a lieu, comme elle est définie dans le brevet FR 2 604 942, entre 240 C et 300 C pour obtenir le maximum d'effet en terme de stabilité dimensionnelle et d'imputrescibilité; - rétification avec palier de température à la température de transition vitreuse; elle a lieu, dans la pratique, entre 230 et 245 C après un palier à la température de transition vitreuse pour obtenir un compromis entre l'amélioration de la stabilité dimensionnelle et du caractère hydrophobe et le maintien d'une certaine qualité mécanique des matériaux traités.

Les limites du procédé de rétification en termes de performance du matériau obtenu tiennent au caractère sensible des courbes de performance des différents paramètres à considérer en même temps, chacun de ces paramètres évoluant selon des courbes accentuées et non monotones, avec des discontinuités et des extrêmes qui ne sont pas en phase d'un paramètre à l'autre dans une zone. Le tout dans une plage de températures extrêmement étroite, alors que la rétification telle qu'elle est pratiquée est pilotée avec un instrument de pilotage grossier: - du fait, d'une part, de la double inertie thermique des procédés connus, - du fait, d'autre part, que la rétification classique commence à 240 C et - du fait, enfin, que la rétification ne joue que sur la courbe du seul paramètre de la température par rapport au temps, une fois choisi le type de four.

L'analyse du processus de thermolyse, en effet, permet d'abord de comprendre pourquoi les caractéristiques ne varient pas d'une façon monotone. Sans rentrer dans le détail compliqué et encore mystérieux des différentes modifications chimiques intervenant dans la thermolyse du bois, on peut dire sommairement ce qui se produit lorsqu'on élève la température.

On parle souvent, à propos de la rétification, d'une pyrolyse ménagée, mais il serait plus juste de parler de thermolyse ménagée, car les réactions n'ont pas lieu sous l'effet du feu, mais en l'absence d'oxygène sous l'effet de la température.

Or, il est connu que le bois est un matériau composite constitué essentiellement de trois types de polymères hémicelluloses, lignines et cellulose, du plus fragile au moins sensible à l'effet de la température. Une thermolyse ménagée craque principalement les hémicelluloses et commence à modifier la lignine. Les sous-produits de la thermolyse, essentiellement les radicaux libres, se condenseraient et se polymériseraient alors sur les chaînes de lignines, et il est connu que ces réactions créent une nouvelle lignine, appelée pseudo-lignine qui est plus hydrophobe et plus rigide que la lignine initiale. Le bois devenant hydrophobe entraîne l'amélioration de sa stabilité dimensionnelle qui se traduit par une réduction de sa rétractibilité (ASE) et par un abaissement du point de saturation des fibres (PSF). Ces améliorations du fait de la réduction des sites actifs hydroxyles dépendent de l'essence traitée et des températures (PSF à 12 % par exemple pour le pin au lieu de 30 % environ pour du bois naturel).

Lorsque la température augmente, deux phénomènes finissent par se produire: l'agitation moléculaire aboutit à faire casser les chaînes les plus fragiles aux endroits les plus fragiles et d'autre part les brins moléculaires libres se balancent et balaient l'espace dès que la température de transition vitreuse est dépassée.

Ainsi, la température commence par craquer les hémicelluloses, ce qui a un effet positif sur l'hygroscopie du bois, car cela supprime les sites d'accueil de la molécule dipolaire d'eau. Mais en même temps, cela fragilise le bois en cassant certaines fibres d'hémicellulose et ensuite presque toute l'hémicellulose; ces fibres toutefois (qui n'appartiennent pas à la matrice cristalline du bois, constituée de cellulose) sont beaucoup moins performantes mécaniquement que les lignines et ne jouent finalement pas un grand rôle dans les performances mécaniques globales du bois. La faible exothermicité de ces réactions montre qu'elles démarrent vers 200C. En fait, l'exothermicité des réactions commence vers 200 C pour les feuillus et vers 220 C pour les résineux, mais cette exothermicité reste faible jusque vers 250 C. Ensuite, quand la température augmente, une forte discontinuité montrant un acquis définitif pour la perte d'hygroscopie se situe vers 225 C. Il est généralement reconnu que les réactions de modification des hémicelluloses par décarboxylation et de la lignine par thermocondensation sont la cause probable de cette hydrophobie.

En poursuivant la montée en température après avoir commencé de craquer l'hémicellulose, vient en effet le tour des molécules de lignine qui, elles, jouent un rôle non négligeable dans les performances mécaniques du bois et cette destruction de lignine entraîne d'abord une détérioration des caractéristiques mécaniques du bois. Ensuite, une partie des radicaux libres issus des hémicelluloses vont rencontrer des bouts de chaînes libres de lignine qui balaient l'espace ou agitent leur bouts de chaînes comme des bras . Il y a en même temps des bouts qui se cassent, ce qui fragilise le bois et d'autres qui se combinent entre eux par réticulation, ce qui le rend plus solide. Ces réticulations produisent en effet une pseudo-lignine modifiée, reliée par des ponts de covalence à des molécules cassées d'hémicellulose, et ces nouvelles molécules sont plus solides et performantes que les anciennes molécules de départ; la course entre les destructions et les constructions qui se produisent en même temps avec une cinétique dépendant de nombreux facteurs aboutit en moyenne à une amélioration pour commencer, quand on augmente un peu la température et qu'on la maintient un peu de temps. Pour une température donnée, cependant, les constructions l'emportent au début et s'épuisent ensuite alors que les destructions se poursuivent. Si, d'autre part on augmente trop la température, les phénomènes de destruction s'amplifient et prennent le pas sur la cinétique de construction.

Au delà de 250 C, l'exothermicité devient très importante et la cellulose est attaquée, de sorte que le bois perd en très peu de temps une grande partie de ses performances mécaniques.

En première approche grossière, on voit donc qu'il 35 est opportun d'arrêter le traitement au dessus de 225*C et au dessous de 250 C.

Un exemple permettra ici d'illustrer plus finement la problématique. Les études scientifiques publiées montrent, dans l'exemple étudié du pin maritime l'évolution de 3 paramètres fondamentaux que sont l'amélioration de la stabilité dimensionnelle ASE (en %), l'amélioration de la résistance à la biodégradation fongique EBIO (en %) et la perte mécanique (en %) quand on soumet du bois pendant une durée de 5 minutes à une température de 230, 240, 250 ou 260 C.

On obtient respectivement les taux suivants: ASE % EBIO Perte % mécanique % < 150 C 0 0 0 230 C 17,7 36,6 10,9 240 C 25,1 43 7,6 250 C 32,2 92,6 45,3 260 C 30,1 91,8 50 On constate que la perte mécanique a un premier maximum avant 240 C, sans doute entre 230 et 240 C, et un minimum entre 230 et 250 C, sans doute près de 240 C, avec une très brusque détérioration après le minimum.

Au contraire, on constate que ASE et EBIO sont croissants entre 230 et 240 C, mais qu'ils croissent jusqu'à 250 C environ pour chuter lentement entre 250 et 260 C.

ASE ne bouge pas beaucoup de 240 à 250eC, mais on sait aussi par les études scientifiques que le traitement a un effet négatif sur la stabilité dimensionnelle du pin aux températures inférieures à 230 C tandis, qu'au delà, l'amélioration monotone de la rétractibilité, visible sur le tableau ci-dessus, est proportionnelle à l'évolution des paramètres température et durée du traitement thermique jusqu'à (250 C, 15 minutes). Au-delà de ce couple de paramètres (température, durée d'exposition), l'amélioration n'est plus sensible et les propriétés 2883788 10 mécaniques se dégradent.

EBIO, de son coté, a une amélioration très importante entre 240 et 250'C.

Pour ce seul critère, il serait à priori tentant de monter jusqu'à 250 C alors que le critère de la perte mécanique pousse à s'arrêter à 240 C. Il y a un conflit d'intérêt entre les quatre données.

EBIO % Perte mécanique % 240 43 % 7,6 % 250 92,6 % 45,3 % Ces résultats sur un simple exemple permettent d'illustrer la problématique de différents paramètres non monotones dont les extrêmes ne sont pas en phase et dont les variations sont rapides dans une faible plage de température. A 10 C d'écart, pendant 5 minutes, l'efficacité de résistance biologique est multipliée par 2 pendant que s'effondrent les caractéristiques mécaniques, dont les pertes sont multipliées par 6.

Ainsi, entre 230 et 250 C, on voit les paramètres bouger du tout au tout, très rapidement et pas en phase et il faut trouver un compromis théorique et piloter suffisamment finement pour obtenir ce qui est prévu.

En jouant sur la durée d'exposition à une température donnée, les températures des extrêmes évoluent vers le bas quand on augmente le temps d'exposition, mais l'effet du temps d'exposition ne fait pas varier les extrêmes des paramètres de la même façon et à la même vitesse; il est donc possible de jouer sur la durée d'exposition pour réduire la plage de températures des paramètres pour trouver finalement un couple de paramètres (température maximale, durée d'exposition) qui optimise le résultat en fonction de l'objectif recherché.

De plus, le phénomène des pertes mécaniques est ici simplifié par un chiffre moyen des pertes mécaniques alors que le bois est un matériau anisotrope, ce qui rend nécessaire une analyse plus fine du comportement mécanique après thermolyse et ce qui aboutit finalement à renforcer le degré de complexité des variables à examiner.

En effet, il est habituel de dire de façon simplifiée que la thermolyse a un triple effet mécanique sur le bois: - un effet bénéfique sur la dureté des feuillus qui augmente de façon d'autant plus importante que les feuillus sont denses et la dureté est inchangée ou légèrement diminuée pour les conifères.

- un effet neutre sur le comportement en compression à condition de ne pas toucher à la cellulose (autour de 250 C, il peut y avoir début de dégradation et après c'est très exothermique et la destruction est très rapide).

- un effet partiellement positif d'une augmentation de la rigidité mais négatif du fait que cette rigidité s'accompagne d'une évolution d'un comportement visco-élastique à un comportement fragile. On résume classiquement cet effet de la thermolyse sur le bois par une augmentation du module d'Young qui affecte principalement la résistance à la rupture et le travail maximum avant rupture en flexion.

En oubliant les deux premières caractéristiques mécaniques positives, la perte mécanique considérée en général et dans l'exemple du pin maritime donné ci- dessus, concerne donc essentiellement la résistance à la rupture en flexion.

Ce qui complique singulièrement la recherche de l'optimum, c'est que le bois est très anisotrope du fait de la façon dont poussent les arbres et qu'il existe trois directions d'orthotropie (sens des fibres dans le sens de la hauteur de l'arbre, direction du c ur à l'écorce de l'arbre et lignes tangentes aux cercles 2883788 12 d'accroissement) qui déterminent trois modules d'Young orthotropiques différents et qui, surtout, ont des courbes selon la température maximale non monotones. Ces courbes n'ont pas leurs extrêmes aux mêmes températures et ces paramètres varient très vite dans des plages de températures étroites.

Il convient donc de déterminer pour chaque essence de bois et pour chaque type d'utilisation prévue du bois, un couple de paramètres optimum (température maximale, temps d'exposition) et cet optimum doit être respecté de façon très précise.

Ainsi, l'extrême rapidité des variations des caractéristiques du bois soumis à une thermolyse rend nécessaire la mise en place d'une nouvelle méthode pour continuer à améliorer ces caractéristiques, car les méthodes généralement utilisées butent sur deux obstacles: Il faut une plus grande précision dans la température et la durée d'exposition, mais les procédés connus dans l'état de la technique ne peuvent plus améliorer de façon significative la précision de traitement du fait d'une double inertie thermique entre le flux gazeux caloporteur et le bord de la pièce de bois par convection d'une part et du bord de la pièce au cour du bois par conduction interne d'autre part: ces inerties rendent peu maîtrisables la température et la durée d'exposition les procédés connus ne jouent que sur la courbe de température alors que d'autres paramètres permettraient de mieux maîtriser la thermolyse du bois.

En réalité, les procédés connus jouent aussi sur l'ambiance chimique avec les options d'une atmosphère rendue inerte à l'azote, à l'eau ou au gaz carbonique.

Or, on sait que la présence d'un oxydant accélère les réactions de dégradation du matériau. L'atmosphère inerte ou légèrement réductrice favorise le contrôle du cycle de traitement. En atmosphère humide sous vapeur, les réactions d'hydrolyse se superposent aux réactions de pyrolyse proprement dites. Il faut donc proscrire l'atmosphère rendue inerte (par la suite aussi: atmosphère inertée) à la vapeur d'eau si l'on se donne pour but d'améliorer les caractéristiques connues des bois thermolysés. Mais l'ambiance chimique propre à chaque procédé est ensuite une constante qui n'intervient plus et on ne peut donc plus jouer que sur la température.

D'autres aspects concernant les procédés généralement utilisés et leurs inconvénients sont évoqués ci-après dans un ordre libre et sans lien avec l'importance qu'ils pourraient éventuellement avoir.

Les procédés de traitement à haute température généralement utilisés concernent à la fois: - des courbes théoriques de température, dont on ne sait pas sortir sans altérer fortement le compromis entre l'amélioration à c ur de l'imputrescibilité et de la stabilité du bois et la faible diminution de ses qualités mécaniques, - le type de procédés de traitement: o par convection gazeuse dans une enceinte inertée par un appauvrissement d'oxygène avec du gaz carbonique ou de l'azote ou de la vapeur d'eau, o par trempage dans des bains (même si il n'y a pas de procédé industriel connu dans cette voie portant le traitement thermique jusqu'aux courbes de réticulation de la lignine).

Les différents traitements thermiques utilisés ont 30 en commun un certain nombre de caractéristiques, parmi lesquelles figurent l'empilage à l'aide de tasseaux, les phases de transformation du bois au cours du cycle thermique et le refroidissement par injection et vaporisation d'eau.

Les différentes installations utilisées pour la mise en uvre d'un traitement thermique du bois ont en commun de comporter des tasseaux qui permettent d'empiler les pièces à traiter en laissant un espace suffisant pour le passage du flux gazeux ou liquide. En effet, la caractéristique commune des deux principaux procédés connus est de traiter du bois placé dans une enceinte dans laquelle un système de ventilation fait passer un fort flux de gaz chauffé qui circule sur la surface du bois et qui transporte donc par convection des calories jusqu'au contact du bois et le transfert des calories se fait entre un flux en mouvement et la surface du bois.

Comme le flux gazeux doit circuler à la surface du bois, la surface du bois doit être libre ou dégagée. On ne peut donc pas poser les planches de bois les unes sur les autres: on doit avoir des empilements de planches (ou de pièces de bois rondes) dont les deux faces sont au contact du flux grâce à des tasseaux qui séparent deux planches consécutives pour laisser entre elles l'espace suffisant pour permettre un bon écoulement du flux. Au lieu de planches séparées les unes des autres, il peut également s'agir de groupes de planches posées directement les unes sur les autres mais ces groupes sont l'équivalent de planches individuelles et sont séparés les uns des autres par des tasseaux séparant la première planche d'un groupe de la dernière du groupe précédent. Ces tasseaux (baguettes en bois ou tubes creux métalliques) perturbent le flux au voisinage de l'obstacle et ce flux ne touche pas le bois au niveau des baguettes qui sont souvent en métal pour transmettre à la surface d'appui une chaleur voisine de celle du courant gazeux. Elles doivent être nécessairement à la fois assez espacées pour ne pas trop perturber le flux gazeux et assez rapprochées pour éviter au bois de flécher entre les baguettes.

Une autre caractéristique commune est le cycle de températures qui part de la température ambiante et y 2883788 15 revient, en passant nécessairement au cours du cycle par les six phases de transformation du bois succinctement explicitées ci dessous: lère phase: séchage Quand une pièce de bois est introduite dans un four pour être chauffée, cette pièce de bois contient toujours une certaine quantité d'eau; cette eau est présente en une quantité plus ou moins importante et sous une forme plus ou moins libre, ou au contraire liée, depuis l'eau qui s'écoule librement jusqu'à l'eau de constitution.

En effet, l'eau peut être présente dans le bois en trois situations différentes, à savoir en eau libre, en eau liée et en eau de constitution.

L'eau libre est l'eau présente dans la porosité du bois, lui-même constitué d'une juxtaposition de micro canaux , orientés dans le sens de la fibre du bois. L'intérieur de ces canaux constitue la porosité du bois et l'eau peut y circuler relativement librement comme entre des grains de sable. A titre indicatif, le pourcentage d'humidité, c'est à dire le rapport du poids total de l'eau par rapport au poids de bois totalement sec peut atteindre 100 à 200 % quand la porosité du bois est saturée d'eau, et 30 % environ, au point de saturation des fibres (PSF), quand cette macro-porosité est vide. Comme ce serait le cas dans du sable pur, le bois ne se gonfle pas quand cette macro-porosité se vide ou se remplit. L'eau chauffée est présente sous forme liquide et vapeur.

L'eau liée est l'eau présente à l'intérieur des parois des micro-canaux qui ont, elles aussi, une porosité interne mais une porosité de taille très inférieure, ce qui rend prépondérantes les forces liées aux tensions de surface. Les parois des micro-canaux se comportent vis à vis de l'eau liée comme se comporterait de l'argile, pour les mêmes raisons, liées à la taille de la porosité. Du fait que les parois sont gonflées au maximum tant qu'il y a de l'eau ou de l'air humide à l'intérieur de la microporosité constituée par l'intérieur des canaux, cette microporosité est écrasée par le gonflement des parois; pour cette raison, l'eau liée circule dans une microporosité réduite du fait de ce gonflement et rencontre donc une assez forte résistance à l'écoulement, comme l'exercerait la porosité d'une argile. Cette eau liée se vide et seremplit pour être en équilibre avec la tension de vapeur de l'air ambiant et c'est pourquoi le bois gonfle et rétrécit naturellement dans l'air avec un pourcentage d'humidité variant approximativement entre 5 % au minimum et entre 14% et 30% en général.

L'eau de constitution est cette eau qui fait partie des cellules ellesmêmes comme dans tout tissu vivant et qui ne peut pas être extraite par séchage réversible sans casser la cellule.

La première action de la chaleur est de sécher le bois, c'est-à-dire d'évacuer l'eau contenue dans le bois, en commençant par l'ensemble de l'eau libre et en poursuivant par l'ensemble de l'eau liée et en laissant dans les cellules l'eau de constitution. En fait, cette action se fait en deux mouvements générés par deux forces distinctes.

Le premier mouvement consiste en une migration de l'eau de l'intérieur vers l'extérieur du bois sous l'effet de l'élévation de la température à l'intérieur du bois. Pour sortir du bois, l'eau présente à l'intérieur du bois doit d'abord migrer du coeur jusqu'à la surface du bois. Cette migration de l'eau à l'intérieur du bois est opérée sous l'effet de la chaleur qui augmente la pression du gaz présent dans la porosité. Si l'on sait que l'humidité peut atteindre par exemple 200 % et que l'humidité est par hypothèse à 150 % à un moment donné, cela signifie qu'une quantité d'eau représentant 50 % du poids de bois est sortie du bois et a été remplacée par de l'air ( ou par le gaz ambiant). Si le bois est chauffé, l'air veut se dilater à l'intérieur de la porosité du bois et exerce une pression sur l'eau (selon la formule classique des gaz parfaits PV=NR T qui signifie que la pression d'une quantité fixe de gaz augmente avec la température et diminue avec le volume disponible; or l'eau elle-même va créer une quantité de gaz supplémentaire en s'échauffant puisque la pression de vapeur saturante augmente avec la température: ceci signifie que la température qui s'élève crée une pression à la fois par la loi des gaz parfaits dans un volume constant de porosité inoccupée par l'eau et par augmentation de la quantité de gaz dans cette porosité du fait de l'évaporation ou ébullition de l'eau. Si par exemple la pression au niveau de la surface est la pression atmosphérique, plus faible que cette pression à l'intérieur du volume de bois, augmentée comme on l'a vu par l'élévation de température, cela crée un mouvement de l'intérieur vers l'extérieur, limité de façon interne par les résistances à la circulation liées à la porosité (lois de Darcy) et, une fois à la surface par les forces de tension superficielle qui empêchent l'eau de couler (sauf un peu aux extrémités longitudinales) mais la maintiennent en surface du bois d'où elle ne peut essentiellement s'échapper que par évaporation.

Le deuxième mouvement est l'évacuation de la surface à l'extérieur du bois par évaporation, liée à la basse pression, à la haute température et à la faible saturation d'eau de l'air ambiant: L'eau en surface peut s'évacuer par évaporation. La cinétique d'évaporation est d'autant plus importante que l'air en surface est éloigné de la saturation en eau. Or l'air (ou tout autre gaz) peut contenir d'autant plus d'eau qu'il est chaud et que la pression de l'air est basse et l'évaporation a lieu tant que la quantité d'eau dans le gaz est inférieure à la quantité qu'il peut contenir et cette évaporation est d'autant plus rapide qu'on est loin de la saturation.

Cette opération de séchage est très endothermique puisque, en plus de l'énergie nécessaire pour chauffer le bois et l'eau qu'il contient, (en réalité on pourrait dire chauffer le bois par l'eau qu'il contient), il faut surtout de l'énergie pour faire évaporer cette eau (chaleur latente de transformation).

Cette opération est surtout très délicate en ce sens que, si l'on essaie d'accélérer le processus, la pression de l'eau risque de faire éclater le bois (phénomène de collapse du bois au séchage) en particulier avec certains bois comme le chêne en phase de séchage en sursaturation, c'est à dire quand la macro-porosité est encore relativement remplie par l'eau libre. Le collapse est le fait d'une surpression de vapeur et, semble-til, d'une fragilisation des parois avec l'élévation de la température.

Enfin, de façon paradoxale, il est plus difficile de faire sécher un bois sec qu'un bois humide car l'eau contenue dans le bois est conductrice de la chaleur tandis que le bois est très isolant. Il faut éviter une évaporation intense en surface qui crée une isolation thermique du bois, rendant difficile la transmission de la chaleur et donc de la température nécessaire à l'évacuation de l'eau. Pour cette raison on mouille le bois et on le sèche souvent en commençant par une première phase en atmosphère saturée en eau pour empêcher l'évaporation, le temps de monter en température l'ensemble du bois.

2ième phase: élévation de la température du bois En continuant à chauffer le bois sec, la température du bois augmente; c'est une opération endothermique simple: les calories sont transformées en élévation de température selon la capacité calorifique du bois. Si l'opération avait lieu dans l'air, le bois prendrait feu spontanément à partir d'une certaine température sous l'effet des vibrations des molécules du bois en présence d'oxygène.

Sème phase: entrée dans la phase vitreuse La température augmentant, le bois atteint une phase dite phase vitreuse, à partir d'une température Tg dite température de transition vitreuse, à partir de laquelle le bois perd sa rigidité et devient malléable. La complexité des molécules fait que, avec l'agitation moléculaire de la température, le bois atteint une rhéologie intermédiaire entre solide et liquide. Il s'agit d'une transition de deuxième ordre, sans chaleur latente de transformation comme dans le cas d'une fusion, mais avec une augmentation de la capacité calorifique et surtout de la malléabilité du bois qui devient plastique et conservera la forme acquise en phase vitreuse quand la température redescendra en dessous.

En réalité, le bois est constitué de nombreuses macromolécules fibreuses qui ont chacune une température de transition vitreuse différente, cette température augmentant avec la longueur libre des fibres, de sorte que le bois devient de plus en plus malléable au delà de 150 C jusqu'à 200 C.

À ce stade, le bois se colore progressivement dans la masse d'une teinte homogène qui devient de plus en plus foncée avec la montée en température.

4ème phase fracture des macromolécules d'hémicellulose et de lignine En montant encore la température, l'agitation moléculaire augmente encore jusqu'à ce que les macromolécules les plus fragiles ne puissent plus être secouées sans se casser c'est ainsi que les hémicelluloses se cassent en relativement petits morceaux et les lignines en relativement plus grands morceaux tandis que la cellulose, elle, n'est pas affectée. En cassant ces morceaux, on libère une énergie interne et le phénomène dégage de la chaleur on atteint la phase exothermique.

5ème phase: réticulation Dès que la température s'élève de quelques degrés de plus, les morceaux d'hémicellulose qui ont des liaisons chimiques cassées viennent s'assembler aux lignines par réticulation pour constituer un réseau moléculaire en trois dimensions.

Il existe un compromis optimum entre l'amélioration des performances en terme d'imputrescibilité et de stabilité dimensionnelle et une dégradation mécanique au début de la fracture des lignines qui se compense par la réticulation pour se dégrader ensuite de plus en plus avec ultimement la dégradation de la cellulose.

La macromolécule polymère obtenue par réticulation joue un rôle de "manteau étanche" et confère au bois un caractère hydrophobe. De plus, cette réticulation supprime du bois les points les plus fragiles ces liaisons chimiques cassées en phase 4 sont en effet précisément les cibles normalement attaquées par les enzymes des organismes prédateurs du bois (qui choisissent de façon logique les liaisons chimiques les plus fragiles pour commencer à s'attaquer au bois). Ces deux causes combinées (résistance aux enzymes d'attaque du bois et milieu séchant) donnent au bois son imputrescibilité et sa stabilité dimensionnelle.

De plus, une caractéristique nouvelle apparaît le bois réticulé a des caractéristiques de tension de surface modifiées.

hème phase: abaissement de la température du bois Si des frigories sont apportées au bois, sa température s'abaisse. La réticulation réalisée est irréversible et il ne se passe rien de particulier sur le plan chimique. En revanche, le bois redevient rigide en dessous de la température de transition vitreuse.

La troisième caractéristique commune est le mode de refroidissement. En effet, le bois étant modifié thermiquement dans l'enceinte à une température de 230 C environ, il doit nécessairement être refroidi avant d'être sorti du four car il s'enflammerait à plus de C. La méthode généralement utilisée par les différentes méthodes est d'incorporer de l'eau dont la vaporisation permet de refroidir le bois.

Par ailleurs, les différents procédés utilisés à ce jour ont un certain nombre d'inconvénients qui limitent la rentabilité et peuvent freiner et limiter le développement commercial des bois thermomodifiés, en empêchant l'utilisation de bois moins coûteux à l'achat, de produits comme certains panneaux agglomérés qui ploient et se désagrègent mécaniquement entre baguettes.

Ainsi, on ne peut pas traiter des empilages de grosses épaisseurs, alors qu'il serait intéressant de pouvoir créer des stocks indifférenciés sur des quartelots, ce qui apporterait l'avantage d'avoir un bois coupé d'une façon idéale, suivant le sens de la fibre.

On ne peut non plus traiter plusieurs empilages, entrés dans une même enceinte, suivant des courbes de chauffe individuelles suivant la nature du bois. Il faudrait, pour cela, être pour le moins capable de mettre au point des courbes de chauffes séparées et trouver des moyens permettant, dans une même enceinte, une connexion de tuyauteries réglables par couches.

Lorsque l'on traite des bois reconstitués, qu'il s'agisse de contreplaqué, d'aggloméré, de médium ou d'autres types de panneaux, les colles utilisées peuvent dégager des gaz pestilentiels (colles à base urée) ou toxiques et ce traitement ne peut pas être réalisé avec un four à convection gazeuse qui n'est pas équipé pour traiter ces gaz alors qu'en enceinte sous vide tout est extrait et peut être stocké ou traité.

Les traitements thermiques de bois généralement appliqués avant la présente invention se ressemblent en un point particulier: pour le traiter, le bois est placé dans une enceinte dans laquelle un système de ventilation fait passer un fort flux de gaz chauffé qui circule sur la surface du bois et qui transporte donc par convection des calories jusqu'au contact du bois et le transfert des calories se fait entre un flux en mouvement et la surface du bois.

Comme le flux gazeux doit circuler à la surface du bois, la surface du bois doit être à l'air libre , c'est à dire qu'on ne peut pas poser les planches les unes sur les autres (ou éventuellement deux à deux) mais elles sont posées sur des baguettes (tasseaux en bois ou en métal), assez espacées pour ne pas perturber le flux gazeux et assez rapprochées pour éviter au bois de flécher entre les baguettes. C'est en tous les cas une contrainte (et un travail) dans la mesure où : - le flux d'air est obligatoirement perturbé au voisinage de l'obstacle et ne touche pas le bois au niveau de la baguette qui est souvent en métal pour transmettre à la surface d'appui une chaleur voisine de celle du courant gazeux; l'examen attentif du bois permet souvent de repérer visuellement l'effet du baguettage; - ce baguettage interdit d'exercer une pression mécanique homogène sur le bois; au contraire, le poids de la pile de bois exerce une pression uniquement au niveau des baguettes et cela interdit la rétification de panneaux fragiles d'aggloméré par exemple car il se gondole à la chaleur et fait des vagues entre les 2883788 23 baguettes.

Le principe même d'un four avec une circulation d'un flux gazeux entre des planches empilées est très complexe à concevoir et à réaliser et il est très difficile de modéliser de façon représentative les mécanismes très complexes mis en jeu: - d'une part, même si on peut s'en approcher, on ne peut garantir un modèle de circulation du gaz homogène dans l'ensemble de l'enceinte, malgré un appareillage compliqué pour souffler, diriger et récupérer le gaz. Plus le four est grand, plus les gaz ont tendance, dans la réalité, à s'éloigner du modèle de dynamique des fluides, compte tenu de la turbulence, de la rugosité, des couches limites qu'on ne peut négliger puisqu'elles sont précisément le lieu des échanges et des circulations modifiées par la densité du gaz, compte tenu de la température et des échanges d'humidité. D'ailleurs, non seulement il est presque impossible de garantir à l'avance que le flux gazeux aura la dynamique prévue par le modèle mais, de plus, il est impossible de le vérifier à posteriori par des mesures de vitesse de l'air entre les planches.

- d'autre part, quand bien même on connaîtrait le flux du gaz, l'échange de chaleur entre le gaz et la surface du bois est très difficile à modéliser: cet échange est celui d'un gaz plus ou moins conducteur avec une température et une humidité données, sachant que ces trois variables varient entre le début de la pile et la sortie de la pile, compte tenu des échanges eux mêmes.

Pour éviter une variation importante, on passe des flux gazeux importants, donc à grande vitesse. Mais cela rend la modélisation plus difficile encore, car la vitesse implique la turbulence. Le flux gazeux peut être plus chaud que la pièce de bois sans réussir à réchauffer la surface, tant que de l'eau ou des produits volatils s'échappent du bois. En effet, le bois peut rester longtemps à température constante de la même façon qu'une 2883788 24 personne peut rester 1 heure avec son corps à 37 C dans un sauna où l'air est à 120 C, car l'air fait évaporer l'eau de transpiration, ce qui permet de refroidir la peau. Certes, l'expérience montre bien que la rétification à 230 C finit par avoir lieu avec un bois peu épais mais après avoir vaincu les mécanismes de régulation du bois, selon l'humidité disponible, et l'échange est à la fois lent, relativement coûteux, terriblement compliqué sur le plan théorique et il est finalement difficile de le modéliser et d'en apprécier l'homogénéité. De plus, ce mécanisme ne permet pas, en tout cas de façon rentable, de rétifier des pièces de bois épaisses de 15 cm, 20 cm ou a fortiori davantage.

Tant qu'il y a de l'eau à évaporer, le flux de chaleur apporté à la surface du bois est perturbé par l'évapotranspiration de surface si le gaz n'est pas à saturation et après on risque d'avoir une surface du bois très sèche qui ne transmet pas correctement la chaleur car le bois sec non comprimé est isolant. Pendant que le bois a encore de l'eau, on peut d'autre part imaginer un scénario de transmission correcte et rapide de la chaleur dans le bois avec arrivée à ébullition de l'eau dans l'ensemble de la pièce de bois, suivie d'un bref refroidissement de la température de surface à cause d'une forte évaporation de surface, aboutissant au ralentissement de l'évacuation de l'eau en surface et du coup au collapse à l'intérieur de la pièce de bois. L'expérience montre en effet, pour les feuillus en particulier, qu'un bois assez épais, assez humide et chauffé trop rapidement peut sortir du four complètement collapsé.

Dans le cas du traitement thermique à l'air et à la vapeur d'eau, la présence d'oxygène et de l'eau nuit à la qualité du traitement.

Si l'on se réfère aux procédés industriels habituels de rétification ou de traitement thermique à haute température, le bois traité acquiert des propriétés 2883788 25 nouvelles comme décrit plus haut. Mais les investissements et les coûts de traitement induisent un coût de revient de traitement important. De plus, on ne peut pas rétifier n'importe quelle dimension de bois ni dépasser un certain niveau de qualité technique.

En ce qui concerne la qualité technique, - on bute sur un compromis peu satisfaisant (50 % d'amélioration de résistance biologique sur du pin) avec un très grand écart type sur les mesures de résultats notamment en terme de pertes mécaniques (entre 20 et 60 %) o, - on ne peut pas dépasser un certain seuil d'homogénéité de traitement; - on ne peut pas savoir quels sont les échanges de chaleur dans une zone donnée du four, encore moins les spécifier de façon autonome; tout au plus peut-on estimer, par modélisation et approximation, que les échanges sont homogènes dans le four; si un incident survient qui perturbe le passage d'air dans une zone du four, on n'en a pas connaissance si une discoloration (trop clair ou trop foncé) ne permet pas d'en laisser une trace.

- on ne peut éliminer une certaine quantité d'oxygène ou de produits oxydants du flux gazeux; - on ne peut s'affranchir des hétérogénéités de traitement liées au baguettage; - le flux d'air est obligatoirement perturbé au voisinage de l'obstacle et ne touche pas le bois au niveau de la baguette qui est souvent en métal pour transmettre à la surface d'appui une chaleur voisine de celle du courant gazeux; l'examen attentif du bois permet souvent de repérer visuellement l'effet du baguettage, qui crée des décolorations; - ce baguettage empêche d'exercer une pression mécanique homogène sur le bois, car le poids de la pile de bois exerce une pression uniquement au niveau des baguettes; cela interdit la rétification de panneaux 2883788 26 fragiles d'aggloméré, par exemple, car il se gondole à la chaleur et fait des vagues entre les baguettes; - on ne sait pas traiter des petits morceaux de bois à cause de la difficulté de créer un empilage stable 5 sans gêner le flux d'air; -on a un risque de collapse important avec des feuillus en particulier et des planches épaisses qui exigent un temps important.

En ce qui concerne la rentabilité, - on ne peut pas améliorer la rentabilité par un traitement plus rapide; - on ne peut pas dépasser de façon rentable une certaine épaisseur de bois; - puisque, dans un même four, on ne peut pas mettre en uvre deux traitements différents en même temps (essences ou épaisseurs différentes) et cela ose un problème de rentabilité car, par ailleurs, les fours sont chers et doivent être d'un grand volume et être remplis à chaque fournée pour se rentabiliser; l'utilisation d'azote représente un coût variable non négligeable; - il y a des pertes d'énergie considérable puisqu'on ne récupère pas, au refroidissement, l'énergie de montée en température.

Le traitement à la température de transition vitreuse dans l'état de la technique a en fait deux objectifs: - un premier objectif du traitement de température à la température de transition vitreuse dans l'état de la technique est d'éviter que le bord extérieur d'une pièce de bois puisse avoir une température supérieure à la température de transition vitreuse alors que le c ur ne l'a pas encore atteinte. Le risque est que le bois devienne de plus en plus plastique et malléable au dessus de cette température de transition vitreuse au bord de la pièce tandis qu'une autre partie resterait dure au c ur de la pièce, n'ayant pas encore atteint cette température; en l'absence d'une contrainte mécanique, cela est susceptible de libérer des tensions sur l'extérieur de la pièce alors que le coeur reste rigide, et de causer ainsi des gerces et fendillements dans le bois, par différence entre du bois qui bouge au bord et du bois immobile au coeur.

- Par ailleurs, un second objectif du traitement de température à la température de transition vitreuse dans l'état de la technique est de permette un utile rattrapage entre les températures du bord et du c ur des pièces de bois car la température du flux gazeux est très longue à se transmettre au bord de la planche et que le coeur est très en retard sur le bord: on a une double inertie thermique; cette double inertie est un grave handicap pour piloter la température entre 230 C et 240 C si il faut déjà refroidir le bord qui a eu son temps de haute température alors que le coeur ne l'a pas encore atteinte. La pire des situations, quand toute la chaleur ou le froid viennent de l'extérieur, est d'avoir encore besoin de chauffer l'intérieur quand il faut déjà refroidir l'extérieur. La seule solution est d'aborder les hautes températures avec un faible gradient de température à l'intérieur du bois pour piloter malgré la double inertie. Le palier de température à 170 C ou 180 C correspondant à la transition vitreuse est donc fort utile pour uniformiser la température du bois à une température pas trop loin de la température de réticulation.

En dehors du traitement de bois neuf, dont les difficultés et inconvénients encourus par les procédés généralement utilisés ont été exposés plus haut, il pourrait être intéressant d'examiner si des bois non neufs pourraient également bénéficier d'un traitement amélioré.

En effet, sur le plan économique, une des possibilités les plus intéressantes serait de pouvoir traiter des bois pollués comme par exemple des traverses de chemin de fer traitées à la créosote et délignées qui représentent un volume disponible considérable de bois sec et de bonne qualité qui peut être acheté à prix négatif car ce bois est un déchet qui doit subir une dépollution en fin de vie: le traitement à la créosote les a conservé en excellent état mais les rend aujourd'hui inutilisables car interdits par les nouvelles normes d'environnement.

Selon l'état de la technique, il n'est pas possible de traiter des bois préalablement pollués par des produits chimiques comme la créosote ou les traitements chimique autoclave avec cuivre chrome arsenic (CCA).

L'exemple des résines de pin dans l'état de la technique illustre cette difficulté : la résine tombe au fond de la cuve et il faut gratter pour la récupérer ou chauffer cette mélasse qui n'est pas polluante mais ce serait impossible de gérer un produit à rhéologie proche de la résine mais polluant et dangereux à respirer en vapeur. Les parties volatiles se mélangent au flux de réchauffement: la récupération des jus visqueux et celle des effluents volatils n'est pas possible en l'état. En outre, il n'est pas prévu un circuit fiable entre l'enceinte et la cuve.

Par ailleurs, il est pratiquement impossible car économiquement non rentable de stocker les calories de refroidissement d'un four pour une chauffe suivante, car il faudrait récupérer les calories qui ne sont pas transformées en élévation de température du flux gazeux mais stockées sous forme d'énergie latente de transformation d'un gaz humide. Cette récupération est impossible car elle est trop coûteuse, d'où un coût variable énergétique non optimisé et dans le cadre d'un procédé de développement durable une perte énergie qui est regrettable pour l'environnement.

Sur le plan économique, on est limité par les possibilités de transfert de chaleur du flux gazeux vers le bois et jusqu'au c ur du bois qui, en l'état, rendent 2883788 29 la rétification du bois sur une épaisseur de 15 cm, 20 cm ou plus très difficile, voire improbable sur le plan technique et en tout cas peu envisageable sur le plan économique.

De plus, techniquement: - plus on augmente la taille du four, plus on s'éloigne du modèle de flux et moins le flux est homogène; - phénomène de baguettage: problème qualitatif de rendement; amélioration très difficile, limitée par les capacités de transmission du fluide gazeux caloporteur vers les bois. Objectif: meilleure rentabilité par une transmission plus rapide et plus homogène vers le bois nécessaire.

Afin de trouver une solution permettant de pallier les divers inconvénients énoncés plus haut, une analyse des procédés généralement utilisés a été effectuée.

En premier, une analyse théorique des limites des procédés actuels a été effectuée, puisque l'état de la technique actuel découle d'une analyse pratique, mais la poursuite de l'analyse promet de pouvoir aller plus loin. Il faut donc analyser successivement les trois contraintes majeures de la rétification: - les causes théoriques de la contrainte de température aboutissant à la solution actuelle d'un palier de température en phase de transition vitreuse et du moyen de s'en affranchir, - le problème de fragilisation mécanique et le moyen de le compenser, voire de l'inverser par un 30 renforcement mécanique, - le problème de l'obtention d'un traitement homogène.

L'analyse des causes théoriques de la contrainte de température aboutit à la solution actuelle d'un palier de température en phase de transition vitreuse et au moyen de s'en affranchir.

Réflexion théorique préalable La difficulté du traitement est de piloter la température dans un matériau fibreux isolant avec une température à atteindre partout, cette température générant une réaction exothermique faible et le risque de dépasser de peu la température à atteindre, ce dépassement créant d'une part une détérioration du bois et d'autre part une réaction exothermique forte.

Si l'on considère que l'axe des x est la direction qui va du bord du bois au c ur du bois, on a l'équation de conservation de l'énergie pendant un temps dt dans un cylindre de longueur dx selon l'axe des x et de surface unitaire S qui peut s'écrire: Q C dx àT = Q où Q est la masse volumique, C la chaleur massique T la température, t le temps Q l'énergie calorifique, somme du flux entrant et sortant de chaleur et de la chaleur interne.

Q = - K dx ô2T/ ô2x + Q exothermie + Q chaleur latente La chaleur interne elle-même est la somme de la chaleur latente de transformation de fusion ou évaporation et de la chaleur exothermique des réactions chimiques: Q = - K dx dt ô2T/ ô2x + q exothermie dx dt+ q chaleur latente dx dt où q exothermie et + q chaleur latente sont des densités de chaleur par unité de temps et d'espace On déduit Q C OT/dt = - K 82T/ ô2x + q exothermie + q chaleur latente, ce qui donne: Q C ôT/ôt = K ô2T/ ô2x + q exothermie] en haute température Q C ôT/ôt = [- K ô2T/ ô2x + q chaleur latente] en phase de séchage Le deuxième terme de l'équation ci-dessus en phase de séchage explique le palier de température involontaire (à 100 C en pression atmosphérique mais à 40 C sous vide) car toute la chaleur est transformée en chaleur latente de transformation.

En revanche, la phase de transition vitreuse est une transformation de 2ième ordre et le coefficient C est augmenté quand T atteint la température de transition vitreuse, mais il n'y a pas de chaleur latente de transformation.

La première équation permet de comprendre comment la conduction de chaleur permet de piloter la température à l'intérieur du bois quand il y a une réaction exothermique au dessus de 200 C. Ce que l'on voit clairement, c'est que la température s'équilibre en un point donné si K 32T/ ô2x 30 = q exothermie.

On comprend donc que si la réaction exothermique est forte et si la conductivité K est faible, il sera impossible de contrebalancer l'exothermie, surtout si l'influence par diffusion du fluide caloporteur a elle- même une inertie au départ: c'est bien la difficulté que l'on observe dans la pratique avec des bois feuillus.

La conductivité thermique k est en effet très faible dans la phase deréticulation du bois (vers 230 C) car le bois sec conduit très mal la chaleur; or, la réticulation a lieu avec du bois totalement sec: il n'y a plus d'eau dans l'espace poral et il ne reste à ces températures que de l'eau de constitution.

L'expérience de la rétification sous azote montre également que l'écart de température entre la température à atteindre nécessairement et celle à ne pas atteindre est très faible: Si l'on prend l'exemple d'un feuillu comme le hêtre, la température Tréticulation à atteindre est 235 C pendant plus de 30' et l'on sait qu'il faut injecter de l'eau en quantité pour bloquer l'exothermie si le bois ne reste pas à la consigne de 235 C mais grimpe en température jusqu'à 242'C où une nouvelle exothermie l'attend, sachant que le bois est perdu s' il atteint la température Tinterdit de 250 C, voire 245 C, ce qui se produit parfois.

La diffusion de la chaleur laissée à elle-même, sans réaction chimique, obéit à l'équation Q C âT/ôt = [- K ô2T/ ô2x] . Cette diffusion dépend de deux facteurs: K et les conditions de transmission de chaleur du milieu caloporteur à la surface du bois.

On comprend donc que le système est piloté grâce au 25 coefficient K et qu'il serait beaucoup plus aisé de piloter si K était plus grand.

Si l'on considère le palier de température à la température de transition vitreuse, ce palier a trois raisons d'être: - un long moment pour diffuser la température dans le bois - un long moment pour faire passer la chaleur du gaz caloporteur vers le bord du bois - un risque que le bois ne bouge , en l'absence de contrainte pour le brider, du fait de tensions internes si une partie est rigide (température inférieure à la température vitreuse) et l'autre partie souple 2883788 33 (température supérieure à la température vitreuse) avec des relâchements de tensions qui sont d'autant plus importants qu'on s'éloigne en température de la transition vireuse.

Il faudrait donc trouver un moyen permettant de diminuer le temps de diffusion de la chaleur du milieu extérieur au bois et diminuer le temps d'équilibrage à l'intérieur du bois et un moyen de contraindre mécaniquement le bois pour éviter les gères et fissures qui accompagnent le relâchement différentiel des tensions internes du bois.

Le problème majeur du traitement était un affaiblissement des performances mécaniques du bois: on peut réduire au minimum cet affaiblissement et le compenser et même bien au delà on pourrait améliorer ces caractéristiques par un moyen permettant de densifier le bois et d'améliorer la précision du couple de paramètres (température maximale, durée d'exposition).

L'analyse montrant que la destruction des fibres de lignine est responsable d'une perte de performance plus ou moins compensée par une création de pseudo-lignine, selon la pertinence et la précision du couple de paramètres (température maximale, durée d'exposition) appliqué au bois. Une solution théorique consiste à diminuer l'inertie thermique et à jouer sur les autres paramètres influençant la thermolyse.

L'analyse montrant que la pseudo-lignine est plus rigide et donc plus cassante que la lignine reste une caractéristique du bois traité par thermolyse mais si l'on accepte une plus grande rigidité compensée par une plus grande résistance aux moments de flexion, et si on admet que le matériau puisse être plus rigide et cassant mais avec une plus grande résistance avant rupture en flexion, une solution consisterait à augmenter le nombre de fibres par volume de bois, ce qui peut se faire par densification du bois, selon l'invention, comme on le verra plus loin.

L'analyse montre que l'une des raisons du palier de température à la température Tg est de réduire le gradient: la solution est de diminuer l'inertie thermique et d'apporter des calories directement dans la masse. L'autre raison est d'éviter les craquelures du bois par libérations de contraintes; une solution serait de contraindre le bois pour lui éviter de libérer se contraintes au dessus de la température de transition vitreuse.

Analyse du problème de fragilisation mécanique et du moyen de le compenser par un renforcement mécanique (densification) Analyse du problème de l'homogénéité : T est une valeur cumulative qui intègre l'histoire (et cumule toutes les hétérogénéités). Le fait que T soit une valeur cumulative signifie que toutes les différences de flux de chaleur sont intégrées sur la durée du traitement et aboutissent à des différences qui peuvent être importantes du fait de la faible conduction qui ne permet pas de compenser par répartition interne. La solution théorique est à la fois d'éviter l'hétérogénéité des flux thermiques dans le lot à traiter et l'augmentation de la conductivité interne.

Dans la mesure où la convection est une source de différences de flux mécanique et thermique avec une influence de l'humidité dans le bois et dans le flux gazeux, il faudrait s'affranchir de ces causes d'hétérogénéité.

Ainsi, l'étude théorique montre que tous les problèmes limitant la qualité du traitement sont liés à la double inertie thermique et seraient en particulier améliorés si on pouvait augmenter la conductivité interne K, améliorer le transfert de chaleur entre l'extérieur et le bois, diminuer l'hétérogénéité d'apport de chaleur dans le lot traité, homogénéiser l'humidité du bois avant 2883788 35 de monter en température et si on pouvait densifier le bois pour compenser une partie inévitable de détérioration des caractéristiques mécaniques.

Dans les systèmes de traitement à haute température généralement utilisés, seule est pilotée la température. La pression doit être légèrement supérieure à la pression atmosphérique pour éviter une intrusion d'oxygène en cas d'imperfection des systèmes de sécurité et aucune pression n'est possible sur le bois en phase vitreuse du fait de la nécessité du baguettage.

Ces baguettes ou tasseaux, qui paraissent être un détail, sont en réalité une contrainte essentielle entraînant une limitation significative de l'efficacité des systèmes généralement utilisés.

Le but de la présente invention est de pallier les inconvénients décrits plus haut.

Un avantage particulièrement recherché de la présente invention est de pouvoir élargir la gamme des bois pouvant être traités thermiquement, cette gamme couvrant aussi bien la variété d'essences que la forme et les dimensions des pièces de bois et l'état des pièces de bois, à savoir pièces de bois préalablement traitées ou non avec des produits divers.

Le but de l'invention est atteint avec un procédé de traitement à moyenne ou haute température d'un bois massif ou reconstitué, selon lequel chacune des pièces de bois d'un lot à traiter est disposée au contact d'une presse conductrice thermorégulée, dont la température peut être précisément pilotée en temps et en intensité, et portée ou maintenue à la température souhaitée par tout moyen de pilotage et de contrôle thermique approprié au traitement et à la quantité de bois à traiter et permettant, par conduction, de chauffer le bois, de maintenir sa température et de le refroidir.

De façon préférable, chacune des pièces de bois d'un lot à traiter est disposée entre deux plaques ou formes thermorégulées placées au contact direct du bois et permettant, par conduction, de chauffer le bois, de maintenir sa température et de le refroidir. La température desdites plaques ou formes elles-mêmes est précisément pilotée en temps et en intensité, et portée ou maintenue à la température souhaitée par tout moyen de pilotage et de contrôle thermique approprié au traitement et à la quantité de bois à traiter.

Le procédé peut avoir en outre l'une au moins des caractéristiques ciaprès, considérées isolément ou selon 10 toute combinaison techniquement possible: - on utilise des rayonnements électromagnétiques, en particulier haute ou hyper-fréquences, pour élever très rapidement la température dans la pièce de bois de façon homogène entre le c ur et le bord, ce qui est particulièrement intéressant pour les pièces épaisses; ces rayonnements peuvent être émis par toute source appropriée, par exemple par des plaques ou formes métalliques de la presse thermorégulée, ces plaques ou formes étant alors utilisées comme antennes émettrices placées en parallèle; pendant le traitement, une force est appliquée sur les plaques ou formes qui la répartissent en pression uniforme sur le bois à traiter; - la température des plaques ou formes est régulée 25 pour atteindre une température maximale de traitement qui se situe, selon le traitement, dans une plage de températures allant de 100 C à 280 C; - la température des plaques ou formes est pilotée, pendant le traitement, avec une différence maximale de température entre deux points quelconques des plaques de traitement au contact du bois inférieure à 10 C; - la température des plaques ou formes est pilotée, pendant le traitement, avec une différence maximale de température entre deux points quelconques des plaques de traitement au contact du bois inférieure à 0,5 C quand la température est supérieure à 100 C; - la température des plaques ou formes est abaissée de manière à refroidir le bois pendant un temps de latence inférieur à 10 minutes pour abaisser de 2 C la température des plaques à partir d'une température stabilisée supérieure à 100 C quand le bois ne fait pas l'objet de transformations exothermiques; - on utilise des plaques ou formes métalliques comme antennes émettrices placées en parallèle pour émettre des rayonnements électromagnétiques, en particulier haute ou hyper-fréquences pour élever très rapidement la température dans la pièce de bois de façon homogène entre le c ur et le bord, ce qui est particulièrement intéressant pour les pièces épaisses.

- on utilise une source thermique conformée pour un contrôle de la température des plaques ou formes pendant le traitement permettant, quand la température est supérieure à 150 C, de baisser la température des plaques ou formes de 15 C en moins de 1 minute en tout point où des plaques sont au contact du bois à traiter, quand le bois n'est pas en phase exothermique; - on contrôle la température des plaques ou formes pendant le traitement du bois de manière à maintenir la température des plaques, même en cas d'apport de chaleur en provenance du bois traité quand il subit une transformation exothermique, avec une précision inférieure à 0,5 C, à une haute température fixée à l'avance entre 150 C et 280 0C, selon l'essence traitée et les conditions de traitement, et correspondant à une phase exothermique du traitement; - on applique sur les plaques ou formes une force réglable; - on enferme les plaques ou formes et le bois à traiter disposé entre les plaques, pendant le traitement thermique, dans une enceinte équipée d'un système permettant le pilotage en temps et en intensité du vide et de la pression, avec un enregistrement du cycle de pression; 2883788 38 - on place au moins deux ensembles de plaques ou de formes dans une même enceinte, on met des lots de bois à traiter en place entre les plaques ou formes et on traite chaque lot de bois individuellement selon des critères particulièrement adaptés à ce lot et indépendants des critères d'un autre lot situé dans la même enceinte; - on enregistre, le cas échéant, le cycle de pression de l'enceinte et le cycle de température des plaques ou formes thermorégulées et le cycle de températures des pièces de bois aussi bien au bord de la pièce qu'au coeur de la pièce, toutes les pièces de bois étant mesurées en température, ou bien un échantillonnage suffisamment bien réparti, pour être statistiquement représentatif du lot traité, étant effectué avec également un enregistrement du cycle de compression exercée et du poids global ainsi que de la force appliquée, de façon à connaître par différence le poids du bois pendant le traitement; -lorsque l'on applique le procédé de traitement à du bois qui a été préalablement imprégné de produits chimiques désormais indésirables, pour dépolluer le bois, on évacue ces produits en utilisant le pompage sous vide, la température qui rend liquide et fluide ou gazeuse le produit à évacuer et qui crée une surpression dans le bois, étant éventuellement augmentée par la compression au-delà de la température de transition vitreuse qui renforce cette surpression en diminuant l'espace poral, on récupère, à une température beaucoup plus élevée que leur température de fusion, tous lesdits produits préalablement introduits dans le bois, en utilisant, du fait de la température atteinte dans le procédé, une fluidité suffisante pour acheminer liquides, fluides et gaz jusqu'à des cuves spécialement affectées à cet usage, dans un circuit en matière adéquate, le circuit étant maintenu assez chaud pour conserver la fluidité des produits et pour assurer leur acheminement sans perte jusqu'aux cuves en question et le circuit étant doté des 2883788 39 moyens de circulation nécessaire et les cuves étant dotées d'un moyen de condensation des gaz.

Le but de l'invention est également atteint avec une installation pour la mise en oeuvre du procédé de traitement thermique défini ci avant, c'està-dire avec une installation pour un traitement de bois massif ou reconstitué par application de moyenne ou haute température, qui comprend au moins une presse conductrice thermorégulée disposée au contact direct du bois à traiter, dont la température peut être précisément pilotée en temps et en intensité, et portée ou maintenue à la température souhaitée par tout moyen de pilotage et de contrôle thermique approprié au traitement et à la quantité de bois à traiter, la presse permettant, par conduction, de chauffer le bois, de maintenir sa température et de le refroidir, et l'installation comprenant en outre des moyens destinés à enregistrer la courbe des températures de la presse thermorégulée.

Selon un mode de réalisation préféré de l'invention, l'installation comprend une presse avec au moins deux plaques thermorégulées permettant, par conduction, de chauffer le bois placé entre les plaques, la température desdites plaques elles-mêmes étant précisément pilotée en temps et en intensité, et portée ou maintenue à la température souhaitée par tout moyen de pilotage et de contrôle thermique approprié au traitement et à la quantité de bois à traiter et des moyens destinés à enregistrer la courbe des températures.

L'installation peut avoir en outre l'une au moins 30 des caractéristiques ci-après, considérées isolément ou selon toute combinaison techniquement possible: - l'installation comprend des moyens destinés à enregistrer la courbe des températures; - l'installation comprend des moyens destinés à 35 enregistrer la courbe des températures des presses (plaques ou formes) thermorégulées ainsi que de toutes les pièces de bois dont la température est mesurée par des thermo-couples enfoncés à l'extrémité de chaque pièce sur le bord externe d'une part et au c ur d'autre part. Au lieu de mesurer chaque pièce de bois, il peut être procédé à la mesure et à l'enregistrement d'un nombre suffisant de pièces de bois réparties de façon statistiquement représentative pour pouvoir disposer d'un échantillonnage statistiquement représentatif du lot traité.

- l'installation comprend des moyens destinés à enregistrer le poids de l'ensemble du lot traité ; il peut suffire par exemple d'avoir l'ensemble des plaques qui reposent toutes sur une plaque à l'extrémité basse de l'enceinte, ladite plaque basse reposant elle même sur le sol par l'intermédiaire d'une balance pour pouvoir mesurer la perte de poids du lot traité par différence avec la force de compression appliquée à l'ensemble du lot à traiter, elle même connue, mesurée et enregistrée.

- l'installation comprend des échangeurs indépendants de sorte que plusieurs lots de plaques ou formes situées dans la même enceinte peuvent subir, au même moment et dans la même enceinte, des cycles de température différents; - l'installation comprend des moyens permettant aux plaques d'exercer, pendant le traitement thermique, une pression homogène sur chaque pièce de bois considérée tenant compte de la disposition convenable des plaques et du bois à traiter disposé entre les plaques, par exemple installés en piles avec des bois d'épaisseur constante entre chaque paire de plaques successives; - l'installation comprend des moyens permettant à chaque plaque, sauf celle située tout en bas d'un ensemble de plusieurs plaques ou formes, de rajouter une contrainte mécanique exercée sur la plaque ou forme supérieure, se traduisant sur toute la pile par une surpression pilotée et contrôlée s'ajoutant à la pression exercée par une plaque ou forme sur les pièces de bois sur lesquelles elle repose, du fait de son propre poids et du poids des plaques et du bois situées plus haut sur la pile; - l'installation comprend un dispositif de pilotage et de contrôle de la pression de chaque plaque ou forme sur les pièces de bois en contact avec la plaque ou forme considérée, sans considération du poids des plaques ou formes ou d'autres éléments; - les plaques ou formes destinées à recevoir pour traitement thermique des pièces de bois, sont disposées horizontalement avec au moins un vérin sur la plaque située en haut de l'ensemble de plaques ou formes, pour exercer une même pression sur toutes les pièces de bois traitées; - les plaques ou formes destinées à recevoir pour traitement thermique des pièces de bois, sont disposées verticalement avec des vérins sur les plaques ou formes situées aux extrémités pour exercer une même pression sur toutes les pièces de bois traitées; - l'installation comprend des moyens de récupération de jus ou arômes extraits du bois lors du traitement, avec une ou plusieurs cuves pour stocker de façon différenciée dans une cuve spéciale et agréée les arômes ou jus issus du bois. Selon les essences d'une part et selon les températures d'autre part, les jus et les gaz issus du bois ont une composition aromatique spécifique et ces différentes compositions peuvent être valorisée par un système d'ultra-filtration ou d'osmose inverse permettant une concentration des composés utilisables pour la pharmacie, la parfumerie, la cosmétologie ou pour extraire des arômes et des saveurs pour l'industrie alimentaire. De façon à valoriser ces produits, il est possible, selon l'invention, de disposer d'un nombre important de cuves et d'un jeu de vannes pour aiguiller et répartir les jus et les gaz en fonction d l'essence et de la température d'extraction. Les gaz peuvent être recueillis par condensation dans des cuves différentes des jus liquides. La sélectivité est un facteur de valorisation des produits extraits. Par ailleurs, la filtration plus ou moins poussée permet de purifier l'eau par exemple et une telle installation sert en même temps de station d'épuration.

- l'installation comprend un échangeur thermique et un fluide caloporteur circulant dans les plaques selon un débit déterminé à travers un circuit aux échangeurs adaptés aux températures maximales de traitement, qui sont comprises entre 100 C et 280 C selon que le traitement est complet ou restreint à certaines seulement de ses potentialités, la température des plaques ou formes pouvant être pilotée pendant le traitement, compte tenu des inerties thermiques et malgré les perturbations liées aux échanges thermiques avec les masses de bois traitées, avec une différence maximale de température entre deux points quelconques des plaques de traitement au contact du bois inférieure à 10 C; - l'installation comprend des moyens destinés à refroidir le bois en un temps de latence inférieur à 10 minutes pour abaisser de 2C la température des plaques ou formes à partir d'une température stabilisée supérieure à 100vC quand le bois ne fait pas l'objet de transformations exothermiques; - l'installation comprend des moyens destinés à dépolluer un bois préalablement imprégné de produits chimiques désormais indésirables; à cet effet, l'installation comprend, en plus des moyens de chauffer le produit pour le rendre liquide et fluide ou gazeux et en plus des moyens pour l'évacuer en créant une surpression par la chaleur et l'écrasement de l'espace poral au dessus de la température vitreuse, des cuves spécialement adaptées à la récupération de produits liquides ou gazeux et des moyens de condenser les produits gazeux à condenser et comprenant, en plus des pompes à créer le vide dans l'enceinte, un circuit pour les acheminer jusqu'à ces cuves, les moyens de faire circuler le produit dans le circuit, ledit circuit étant 2883788 43 en matière adéquate et maintenu assez chaud pour conserver la fluidité des produits et pour assurer leur acheminement sans perte jusqu'aux cuves en question.

Le but de l'invention est enfin atteint avec du bois, massif ou reconstitué, ayant subi un traitement selon le procédé décrit plus haut.

Dans le procédé selon l'invention, il est justement possible de sortir des limites des procédés actuellement utilisés en intervenant sur deux facteurs: - Il est vu que l'utilisation d'une presse thermorégulée permet de communiquer au bois une température précise pendant une durée précise. Il est possible de descendre la température dans l'ensemble de la pièce de façon brutale et de maintenir constante une température très précise, même en situation d'exothermicité et il est possible de réduire considérablement les deux inerties thermiques relatives à la montée en température, car la conduction est plus efficace que la convection et la compression au dessus de la température de transition vitreuse permet de diminuer la porosité et d'augmenter les surfaces de contact entre cellules de bois, ce qui permet d'augmenter la conductivité.

- Il est vu que l'utilisation d'une presse thermorégulée dans une enceinte sous vide permet de piloter précisément quatre paramètres qui influent également sur la thermolyse au lieu d'un seul: = le pilotage précis de la température, et le pilotage du précis du temps d'exposition du bois à une 30 température précise donnée = le pilotage de la compression du bois (résultat d'une force appliquée sur la presse et répercutée sur le bois sous forme de pression uniforme), = le pilotage du vide ou de la mise en pression de 35 l'enceinte, = le pilotage de l'ambiance chimique à travers les gaz de confinement (gaz issus du bois du fait même de la thermolyse et qui restent dans l'enceinte à partir du moment choisi pour arrêter ou diminuer le pompage de l'enceinte).

En effet, du fait de la faible inertie thermique, le procédé permet plus de précision: il permet le cas échéant de monter éventuellement plus haut, en température, avec une température déterminée au degré près pendant un temps extrêmement précis, car on redescend sans délai la température. Toute la courbe par rapport au temps du triplet (température, compression, pression) caractérise le procédé et la thermoduralyse . La cinétique de thermolyse est modifiée à la hausse par la pression, qui peut être supérieure ou inférieure à la pression atmosphérique et par la concentration de gaz issus de la thermolyse en cours qui servent de catalyseurs et qui participent à la thermolyse, surtout les radicaux libres issus du craquage de l'hémicellulose et cette concentration ainsi que la composition des gaz dépend du moment où l'on baisse le pompage de l'enceinte et du volume de l'enceinte et de l'histoire du pompage plus ou moins sélectif de telle partie des gaz. C'est donc l'ambiance physicochimique qui peut être pilotée et contrôlée par les trois courbes. Ainsi, en jouant sur les courbes des trois paramètres, le traitement thermique est plus précis et plus sensible. La compression elle-même intervient en ce qu'elle diminue l'inertie thermique dans le bois, mais elle change aussi la pression dans le volume poral du bois et la géométrie.

En outre, si la presse thermorégulée est parfaitement efficace non seulement pour chauffer, mais aussi pour maintenir à température et pour refroidir, il est possible, selon l'invention, de rajouter une source de chaleur par radiation qui ne se substitue pas au rayonnement pour maintenir une température malgré l'exothermicité ou pour refroidir brutalement le bois mais qui s'ajoute pour accélérer la montée en température.

2883788 45 En effet, il est connu que la pression est un facteur important pour accélérer la réaction et augmenter sa complétion. On peut vraisemblablement l'interpréter par le fait que la fréquence des craquages ne doit pas être affectée mais que la probabilité de rencontre d'un radical libre augmente et que le nombre de ponts augmente plus vite, proportionnellement aux destructions de fibres Enfin, le paramètre de la compression intervient directement et indépendamment de la thermolyse par le fait de la densification qui augmente le nombre de fibres par unité de volume et augmente proportionnellement la performance mécanique. Ainsi, nonobstant les diminutions mécaniques du fait de la thermolyse, ces pertes peuvent être compensées par la densification et l'on peut même avoir, toutes actions confondues, une amélioration des performances.

Compte tenu de ces différences, le procédé selon l'invention permet de définir le nouveau concept de thermoduralysation qui vise 20 thermolyse ménagé du bois et grâce des différents paramètres que à obtenir, par au pilotage optimal le procédé selon l'invention permet de maîtriser, un bois plus durable, mécaniquement plus résistant et plus homogène que les bois obtenus selon l'état de la technique actuel.

Le résultat de la thermoduralysation du bois est un traitement homogène ayant pour effet de réduire son hygroscopie, d'améliorer sa stabilité dimensionnelle, d'augmenter sa résistance aux agents de dégradation et d'augmenter la dureté de surface, de ne pas sensiblement diminuer ou même d'améliorer par densification ses propriétés physico-mécaniques et de changer la couleur du bois qui prend une couleur marron clair dans la masse, dépendant de l'essence et des paramètres de traitement appliqués, définitive en l'absence d'exposition au soleil. De façon surprenante mais logique les espèces les plus hydrophiles (parce que les plus riches en hémicelluloses) deviennent les plus hydrophobes, du fait de leur thermocondensation sur la structure cellulaire ligno-cellulosique.

Le bois conserve sa structure, la cellulose n'étant pas altérée conserve sa cristallinité et l'armature du matériau reste donc inchangée. La thermoduralysation change le comportement du bois qui se comportait comme une argile vis à vis de l'eau et se comportera comme un sable. Il y a augmentation faible de la porosité, le bois devient hydrophobe et il y a amélioration de la mouillabilité vis à vis des huiles, peintures, monomères, colles et différents produits par modification de la tension de surface.

La thermoduralysation du bois (qu'il soit sous forme de pièce de bois massif ou de matériau ligna- cellulosique, avec ou sans liant) peut être définie comme une thermolyse ménagée du bois aboutissant à une réalisation de réticulation (liaisons covalentes, pontages chimiques) entre les chaînes macroscopiques des constituants du bois selon les critères de la présente invention, et qui permet d'optimiser les améliorations d'imputrescibilité, de stabilité dimensionnelle et d'hydrophobie du bois, tout en maximalisant l'homogénéité du traitement et en minimisant les pertes de performances mécaniques et en particulier de comportement à la flexion.

La thermoduralysation est réalisée dans le cadre du procédé detraitement selon l'invention, avec du bois placé au contact d'une presse thermorégulée, c'est-à-dire une presse ayant des plaques ou formes conformées pour pouvoir être chauffées et refroidies selon un programme prédéterminé, mais aussi selon les besoins instantanés du déroulement du procédé.

Pour certaines applications, il sera préférable de placer la presse thermorégulée dans une enceinte pouvant être mise sous un vide léger jusqu'à une température déterminée au delà de laquelle l'enceinte est fermée de façon suffisamment hermétique pour confiner dans le bois 2883788 47 les gaz issus des réactions de la thermolyse.

Dans une enceinte, la thermoduralysation se déroule essentiellement de la manière suivante: la température est montée selon une combinaison précise de courbes de température, compression du bois et pression de l'enceinte et est maintenue pendant une certaine durée à la température maximale du traitement, située entre 200 C et 280 C, de préférence entre 230 C et 240 C. Le choix du couple de paramètres (température maximale, durée d'exposition à la dite température maximale) dépend de l'essence du bois, de l'épaisseur du bois à traiter, de la compression du bois par l'effet de la presse thermorégulée, de la pression de confinement et enfin de la courbe de montée de température, ainsi que de l'utilisation que l'on a prévue pour le bois, sans qu'il soit nécessaire, selon l'invention, de procéder à un palier de température à la température de transition vitreuse.

Ainsi, la thermoduralysation selon la présente invention ne se contente pas d'être une nouvelle façon de maîtriser la seule température du bois dans une ambiance chimique donnée mais c'est au contraire un moyen nouveau de maîtriser en même temps plusieurs paramètres parmi lesquels se trouve la température, qui peut d'ailleurs être gérée elle-même de façon beaucoup plus précise qu'avec les procédés connus. Et la recherche de performances conduit à sortir des plages précédemment définies par les deux versions de la rétification rappelées ci dessus.

Le procédé de l'invention et sa mise en oeuvre ont deux caractéristiques essentielles permettant de pallier les inconvénients des procédés généralement utilisés et d'obtenir le résultat escompté. La première de ces deux caractéristiques est que le bois à thermoduralyser est mis au contact, pendant le traitement, d'une presse thermorégulée. Cette presse, qui peut également être appelée une presse conductrice thermorégulée, car elle comprend au moins une plaque thermoconductrice ou toute autre forme solide et thermoconductrice et au moins une autre plaque ou forme, permet de transmettre de la chaleur au contact direct du bois. Les plaques ou formes, qui peuvent d'ailleurs être pleines ou ajourées, sont portées à une température qui peut être augmentée, maintenue et abaissée selon une courbe de température, de préférence préalablement déterminée, et qui transmet au bois un flux de chaleur par conduction et subsidiairement, de façon significative ou non, par rayonnement, mais non par convection, puisqu'il n'y a pas de distance entre le bois et les plaques ni de déplacement entre eux. L'apport éventuel de chaleur par convection dans le cas de plaques ajourées reste marginal par rapport au transfert par conduction.

Pendant le traitement thermorégulé, les plaques ou formes peuvent être, selon l'invention, soumises à une force qui se répartit sur le bois au contact duquel elles se trouvent, sous la forme d'une pression homogène.

La seconde caractéristique du bois à thermoduralyser est que ce bois est porté à une température de thermoduralisation e dépendant des essences et située de préférence entre 230 C et 240 C, et que le bois est maintenu à cette température de thermoduralisation e pendant un durée dépendant des essences et de l'épaisseur du bois ainsi que de la pression mécanique appliquée par la presse. Toutefois, cette durée ne dépasse, en général, pas 30 minutes par centimètre d'épaisseur.

De façon habituelle, le bois se trouve sous forme de planches ou de plaques planes posées sur une plaque thermorégulée et recouvertes d'une autre plaque. Les presses thermorégulées utilisées dans le cadre de la présente invention ont, selon le mode de réalisation choisi, uniquement des plaques ou formes thermorégulées ou, outre des plaques thermorégulées, des plaques ou formes non thermorégulées intercalées entre deux niveaux de bois.

Selon une variante de l'invention, il peut s'agir d'une presse comprenant deux plaques ou formes rigides maintenues à distance l'une de l'autre par un moyen mécanique quelconque supportant les forces comme par exemple deux montants perpendiculaires ou un seul montant perpendiculaire faisant de l'ensemble des deux plaques ou formes et des deux montants perpendiculaires un tube creux ou respectivement une forme d'un profilé en I (donc un profilé normalisé IPN) avec le seul montant perpendiculaire au centre.

De plus, la presse peut être utilisée elle-même pour émettre des radiations hyperfréquences ou couplée à un générateur de champ électromagnétique pour réchauffer le bois dans la masse: - afin d'accélérer le processus de montée en température malgré l'épaisseur du bois (surtout pour traiter des quartelots. Il va de soi que les rayonnements électromagnétiques émis par un corps métallique peuvent augmenter la température mais pas la maintenir malgré l'exothermie et encore moins la faire baisser. C'est pourquoi il s'agit d'un moyen important mais seulement complémentaire du moyen de conduction de la presse thermorégulée; - afin d'aborder la phase sensible avec un gradient très faible puisque les calories ne sont pas transmises du bord au centre mais sont produites par réaction au rayonnement dans la masse de façon uniforme.

On utilise déjà des ondes électromagnétiques pour réchauffer un matériau et le procédé est utilisé pour le séchage du bois (ce qui est plus facile du fait que le bois à sécher est humide et que l'eau est particulièrement facile à chauffer par des ondes électromagnétiques.

Il est déjà décrit dans le document FR-A-2 751 579 que l'on peut profiter d'une température supérieure à celle de la transition vitreuse pour exercer une force 2883788 50 sur une partie de la pièce de bois pour modifier la densité ou la forme de cette partie. C'est l'utilisation classique sur tous les polymères de la transition vitreuse pour les mettre en forme, cette forme restant acquise avec rigidité quand on redescend la température de la pièce et cette propriété est utilisée de façon ancestrale dans le cas du bois par les mérandiers qui courbent ainsi les planches des barriques.

Il est également décrit dans le document FR-A-2 604 942 la possibilité d'utiliser une presse chaude pour transférer la chaleur à la matière entre les matrices chauffées de la presse au cours du pressage.

Le problème à résoudre au moment de l'invention n'était pas tant de trouver un moyen de monter la température, car on sait en physique depuis longtemps que ces moyens sont la convection, la conduction et le rayonnement. Le but était plutôt d'obtenir une précision accrue dans le couple de paramètres (température, durée d'exposition), et pour cela il faut pouvoir: - diminuer le temps de mise en température uniforme de la pièce à la température maximale souhaitée lors de l'élévation de température - maintenir la température à une température précise même en cas d'exothermie - pouvoir descendre très rapidement la température sans délai dans l'ensemble de la pièce quand la durée d'exposition est atteinte.

- diminuer les facteurs d'hétérogénéité de température. Or la température est une valeur conservative qui intègre toutes les différences liées aux flux, aux différences de taux d'humidité, de flux de chaleur pendant tout le traitement Le procédé selon l'invention met en uvre une combinaison nouvelle des principes physiques classiques 35 utilisés séparément.

Pour diminuer le gradient, il faut une courbe de montée en température adéquate et un moyen de chauffer à 2883788 51 faible inertie: la conduction et la conductivité interne augmentée en comprimant à une température supérieure à la transition vitreuse pour diminuer l'espace poral permettent cela et un chauffage complémentaire par hyperfréquence ou tout autre champ électromagnétique permettant d'augmenter la température dans la masse (et de casser des bouts de molécules qui font des radicaux libres) permettent de répondre de façon adéquate à l'objectif d'une montée en température rapide en minimisant le gradient de température à l'intérieur de la pièce de bois.

Pour maintenir la température au mieux, il faut avoir un système doté de moyens de refroidir par conduction et avoir comprimé le bois La compression du bois est un coût supplémentaire car il faut une taille d'entrée supérieure à la taille de sortie mais cela permet d'améliorer la qualité du bois sans changer son apparence.

En outre, le fait de comprimer le bois, le fait de le confiner, le fait d'avoir une dépression ou une surpression dans l'enceinte de confinement, a une influence importante sur les cinétiques de réactions de la thermoduralysation et le procédé consiste à jouer sur les quatre paramètres: -courbe de température des plaques - courbe de compression courbe de pression dans l'enceinte - champ de rayonnement L'invention réside à la fois dans les moyens mis en oeuvre et dans les courbes de température différentes de celles connues (absence de palier en température de transition vitreuse et température maximale inférieure à 240 C) et dans le fait que cette mise en oeuvre permet d'utiliser des bois plus avantageux (bois pollués, bois de petite taille..) ce que les mises en oeuvre connues dans l'état de l'art ne permettent pas de faire, cette 2883788 52 mise en oeuvre permettant en outre des économies importantes (énergie + azote) et des économies de temps (divisé par 2) et permet d'économiser les structures (plusieurs lots différents avec des traitements différents dans la même enceinte) et des économies par le stockage indifférencié grâce au traitement des quartelots et permet aussi de récupérer, à travers l'énergie de refroidissement, une grande partie de l'énergie nécessaire pour le traitement, cette énergie étant récupérable, selon l'invention, sous une forme utilisable pour effectuer un autre traitement, ce qui signifie dans la pratique une économie d'énergie supérieure à 50 %.

Des presses chauffantes dans une enceinte sous vide sans moyen de refroidir à des températures inférieures à 100 C ont déjà été utilisées pour sécher du bois.

De telles presses ne sont pas utilisables en l'état car il faut des liquides caloporteurs, des échangeurs et des plaques construites pour résister à des températures supérieures à 200 C.

Il faut ensuite des dimensionnements d'inertie thermique adaptés à l'usage et un système d'échangeur avec au moins une source de chaleur et une source froide et un ensemble de vannes et d'automatismes pour réguler la température en monté, maintien malgré exothermie et refroidissement et pas seulement pour chauffer les plaques.

De plus, si on veut coupler un générateur de champ d'ondes hyperfréquences, il faut une adaptation supplémentaire.

Les techniques existantes permettent de construire un tel système qui est la combinaison d'éléments dont la technologie est connue des différents corps de métiers de la fabrication industrielle.

La presse thermorégulée elle-même peut être thermorégulée par tout moyen utile et efficace. En particulier, il peut s'agir d'un corps creux, par exemple 2883788 53 deux plaques planes séparées l'une de l'autre par des moyens mécaniques, et trempé dans un bain thermorégulé de sorte que le liquide entre les plaques porte les plaques conductrices à la température du bain, ou il peut s'agir d'un circuit primaire avec une circulation de liquide caloporteur qui porte les plaques à une température régulée proche de la température du liquide caloporteur, avec une différence maîtrisée par le calcul d'inertie thermique et de conductivité du système.

Enfin, selon une variante de l'invention, il peut s'agir d'une presse constituée de deux plaques rigides maintenues à distance l'une de l'autre par un moyen mécanique quelconque supportant les forces, comme par exemple deux montants perpendiculaires, ou un seul montant perpendiculaire, faisant de l'ensemble des deux plaques et des deux montants perpendiculaires un tube creux ou respectivement une forme de IPN avec le seul montant perpendiculaire au centre. Selon cette variante, chacune des deux plaques constitutives de la presse peut être thermorégulée individuellement. Mais une autre possibilité est d'avoir une convection liquide ou gazeuse entre les deux plaques solidaire de la presse conductrice. Dans ce cas, la convection permet de chauffer les plaques conductrices, ces plaques chauffant à leur tour le bois au contact duquel elles se trouvent. Une enceinte de four de la technique ancienne pourrait être utilisée avec de telles presses constituée de deux plaques conductrices séparées par un moyen mécanique reprenant les charges d'une plaque à l'autre et laissant passer un flux gazeux entre les plaques. Dans ce cas, les plaques jouent un rôle de plaque de répartition mécanique de la force appliquée et un rôle de conducteur pour la chaleur: les plaques sont chauffées par convection et chauffent le bois par conduction et rayonnement.

Dans une variante, les plaques ou les formes ou moules étant ajourés, elles ne sont pas totalement imperméables. Il peut s'agir par exemple de grilles dont 2883788 54 les trous sont suffisamment petits en surface pour ne pas permettre de faire de traces significatives en profondeur quand une force est appliquée sur le bois et pour éviter que la plaque ne puisse abîmer la pièce de bois. Si l'effet des trous est négligeable, cela ne change pas l'intérêt du système en apportant un avantage supplémentaire.

Dans le cas préférable où les plaques trouées sont thermorégulées par un circuit primaire, où l'ensemble est dans une enceinte sous vide et où les trous n'ont pas d'influence visible sur l'homogénéité de la pression et de la conduction, ces trous permettent de faire passer un flux liquide ou gazeux qui pourra être absorbé par les pièces de bois en phase de refroidissement, qu'il s'agisse d'un traitement phytosanitaire, d'une paraffine, de liants etc. Il peut s'agir de formes ou moules troués pour permettre de faire pénétrer le liant dans un produit aggloméré.

Le procédé de traitement du bois selon l'invention comprend une succession de phases de traitement assurant chacune le contrôle de trois paramètres que sont la température apportée au bois, la pression de l'enceinte de confinement et la pression mécanique exercée sur le bois.

La présente invention est donc relative à un procédé de traitement du bois, constitué, au delà de l'étape préalable de séchage du bois, par au moins l'une des étapes du traitement complet comprenant la récolte des arômes du bois, la dépollution du bois quand il a été préalablement traité par des produits chimiques, la densification du bois, le redressement de bois quand il est gauchi ou insuffisamment plat, les différents stades de modification de la matière ligneuse par l'effet de la température, en particulier les modifications colorimétriques et ultimement la réticulation des lignines et enfin l'absorption de différents adjuvants par l'effet de la dépression dans l'espace poral du bois 2883788 55 pendant la phase de refroidissement.

De plus, contrairement à la convection classique et du fait, selon l'invention, de la faible inertie thermique de la conduction thermique, on peut piloter la température du bord du bois avec un relativement plus faible retard par rapport à la température des plaques et avec d'autre part une meilleure conductivité thermique K. En effet, selon l'invention la conductivité thermique K est améliorée du fait qu'on a écrasé le bois sur lui même, par l'effet de la pression homogène exercée sur les pièces de bois qui devient de plus en plus malléable quand il dépasse sa température de transition vitreuse, entre 170 et 180C selon les essences. Ainsi, l'écart de température entre le bord du bois et le coeur du bois est très largement restreint et cette température suit très vite à la hausse ou à la baisse la consigne de température donnée par les plaques. Ainsi, selon l'invention, il est possible de piloter avec précision la température du bois entre 130 C et 140 C, même en l'absence de tout palier de température.

De plus, cependant, il est également possible, si on le souhaite dans un souci d'améliorer la qualité par une homogénéité toujours croissante, de faire un ou plusieurs paliers de température à une ou à des températures intermédiaires pour arriver aux phases délicates avec un gradient thermique faible.

Un tel palier de température pourrait se situer de préférence entre 190 C et 200 C pour réduire au minimum le gradient de température au plus près de la température de fin de traitement qui se situe entre 230 C et 240"C selon les essences, mais, de préférence, pas à une température plus élevée pour que le temps d'homogénéisation ne perturbe pas le résultat final du traitement. On peut également, si on le souhaite, faire un palier de température intermédiaire, par exemple entre 150 C et 160 C pour aborder la transition vitreuse et, dans la foulée, le traitement à haute température avec un bois à température uniformisée.

La durée de tels paliers de température peut être pilotée par des thermocouples représentatifs en fonction d'une différence de température maximale admise à la fin du palier entre le bord et le c ur du bois, cette différence maximale pouvant être nulle ou de 2 C ou 5 C ou toute autre différence jugée opportune pour ne pas perdre trop de temps tout en garantissant l'homogénéité voulue pour les phases ultimes du traitement.

Par ailleurs, d'une part, le traitement à l'intérieur du bois se situe de façon idéale entre 130 et 140 C à pression atmosphérique et sans compression mais peut éventuellement se situer à une température plus élevée du fait d'une possible dépression de l'enceinte ou encore de la possibilité de redescendre la température très rapidement au bout d'un temps très court.

D'autre part, la température des plaques peut être beaucoup plus importante que celle du bois, pour permettre un important flux de chaleur par conduction entre la plaque et le bois afin de raccourcir le délai de montée en température à l'intérieur du bois, cette température plus élevée de la plaque pouvant être suivie d'un brusque refroidissement de la plaque pour la porter et la maintenir à la température maximale du traitement pendant le temps d'exposition choisi. Une telle pratique peut présenter l'inconvénient de brûler la peau du bois, cette brûlure pouvant disparaître au rabotage à quatre faces qui suit habituellement un tel traitement.

Pour ces deux raisons, et malgré l'analyse précédente qui montre que la température de traitement idéale à l'intérieur du bois pour des temps d'exposition de 5' se situe normalement entre 230 et 240 C, la température des plaques conductrices peut être opportunément montée à des températures nettement supérieures, pouvant aller jusqu'à 280 C ou même 300 C.

Si l'on considère, selon l'invention ce qui se passe en créant une pression dans le bois par sollicitation mécanique du bois qu'on comprime entre deux plaques chauffantes exerçant une pression sur le bois et tout particulièrement pendant que le bois a atteint sa phase vitreuse (à partir d'une température de 150 C environ) on constate que le bois s'écrase sur lui même en augmentant la surface de contact écrasée des parties solides les unes sur les autres et en réduisant considérablement l'espace poral.

Or, la conductivité K dont il est ici question est en fait bien évidemment une conductivité équivalente qui est la résultante des conductions qui s'opèrent par les différents chemins entre cellules pleine d'eau et porosité pleine de gaz.

En l'occurrence à 150 C environ, l'espace poral est totalement vide d'eau liquide (et de même a fortiori quand la température augmente) et on atteint la phase vitreuse qui rend le bois plastique. L'écrasement du bois est alors possible du fait de la transition vitreuse et l'isolation du bois est maximale du fait que la porosité est vide d'eau. Sachant que la conductivité de l'eau et donc des cellules de bois avec leur eau de constitution est de l'ordre de 0,6 W/MK tandis que celle d'un gaz, air ou vapeur d'eau est de l'ordre de 0,03, soit 20 fois moins, la possibilité apparaît de multiplier le facteur K par un facteur non négligeable en écrasant la porosité et, de fait, il est possible avec un écrasement raisonnable de multiplier K d'un facteur 1,5 à 2 (ou plus, d'ailleurs, selon l'écrasement) par le double effet de l'augmentation des contacts entre cellules de bois avec leur eau de constitution et de la diminution de la porosité pleine de gaz, sachant par ailleurs que, géométriquement, l'épaisseur à parcourir diminue d'autant entre la surface et le c ur du bois avec l'écrasement.

Ainsi, on a la possibilité de régler ces trois facteurs, qui rendaient nécessaire le palier en phase vitreuse ainsi que le pilotage de la fin de rétification: - le bois étant mécaniquement contraint ne risque pas de se détendre et il va grâce à la transition vitreuse être maintenu écrasé et densifié, sans fentes - le facteur k est augmenté et la transmission à l'intérieur du bois est accélérée - le transfert se fait par conduction très rapidement et il n'y a plus cette inertie qui rendait nécessaire d'attendre plusieurs heures un rééquilibrage de température à l'intérieur d'une pièce de bois même mince à 150 C.

En conséquence, le palier de température en phase vitreuse du procédé décrit dans le document FR-2 751 579 n'a plus de raison d'être. De même le risque d'avoir une courbe qui dépasse la température de rétification ou de ne pas traiter à coeur ou encore de ne pas être homogène disparaît aussi pour trois raisons: - On a augmenté le facteur K et donc la diffusion devient bonne dans le bois permettant d'aller partout jusqu'à une température choisie sans la dépasser et permettant de refroidir facilement et rapidement quand on le souhaite - La chaleur est transmise au bois sans inertie ni aléas du fait de la conduction par plaques qui évite les différences entre début et fin de pile et l'effet de la quantité d'eau dans le gaz - Les plaques ont une température connue en tout point alors qu'on ne peut pas maîtriser sans grandes difficultés la vitesse et la température d'un fluide caloporteur de convection.

Une quatrième raison est l'utilisation possible d'un champ électromagnétique pour augmenter la température de façon rapide et sans gradient de température à l'intérieur du bois, même avec une pièce de bois épaisse.

Selon l'invention, la chaleur est transmise au bois par conduction, le bois étant au contact d'une plaque chauffante homogène à température maîtrisée avec une inertie suffisante. Le traitement thermique peut encore être amélioré, notamment pour le traitement de pièces de bois épaisses, en appliquant une plaque chauffante sur les deux faces du bois, et en créant une pression sur le bois par l'intermédiaire d'une force appliquée sur la plaque. Une amélioration supplémentaire peut être obtenue par l'emploi d'une enceinte sous vide. La pression joue un triple rôle: - La pression mécanique augmente la pression à l'intérieur du bois par diminution du volume poral, ce qui se traduit initialement par une augmentation de pression pour une quantité de gaz donnée et jusqu'à ce que l'évacuation du surplus de gaz à l'intérieur de cette porosité n'aboutisse à rééquilibrer la pression entre la porosité du bois et l'extérieur. La pression interne de la porosité du bois devient donc supérieure à la pression extérieure, ce qui permet une évacuation plus facile des effluents, liquides ou gazeux, interdit à du gaz extérieur de rentrer et de remplacer les vides laissés par l'évacuation des effluents, et permet aux forces internes du bois de s'opposer.

- L'absence de lames d'air ou de gaz à l'intérieur du bois qui font du bois sec un matériau isolant permet au bois pressé d'être bon conducteur de la chaleur, ce qui est un élément fondamental en terme de rentabilité et de précision de l'équilibre de température.

- La pression mécanique évite les déformations et sert, au contraire, à profiter de la phase vitreuse pour redresser un bois.

- Au contraire, si on le souhaite, une presse spéciale peut exercer des forces non homogènes sur le bois pour lui donner une forme particulière; une pièce de bois massif peut être cintrée ou coudée et du bois aggloméré dans une forme peut se voir imprimer la forme du moule.

Le problème majeur du traitement était un affaiblissement des performances mécaniques du bois; on peut réduire au minimum cet affaiblissement et le compenser et même bien au delà on peut améliorer ces caractéristiques en densifiant le bois: - on a vu qu'on peut maîtriser au mieux la température au moment de la réticulation et on peut donc choisir d'avoir des performances de compromis et l'on peut choisir par exemple de rester 5 minutes à 240 C; - grâce à l'enceinte sous vide, on est en absence d'oxygène et les seuls gaz présents sont les radicaux libres qu'on a gardés en arrêtant de pomper à partir du début des réactions chimiques; la densification en phase vitreuse et la réticulation du bois densifié sont deux phénomènes irréversibles quand on redescend en température. La densification compense largement, si on le souhaite, les pertes de caractéristiques mécaniques pour permettre au contraire au traitement d'induire une amélioration de ces caractéristiques mécaniques (avec toutefois une consommation matière plus importante s'il faut par exemple une planche de 35 mm pour en faire une de 27 mm après densification).

Phase de refroidissement après rétification: l'enceinte sous vide a les caractéristiques d'un super autoclave car on peut introduire un produit dans l'enceinte et profiter du vide de refroidissement. On n'a pas besoin d'arroser pour refroidir et on peut refroidir rapidement et on peut aussi, si on veut libérer un peu de compression pour une expansion du bois écrasé Ces objectifs sont obtenus selon l'invention par le fait d'un séchage sous vide qui minimise le temps d'attente en utilisant l'eau libre comme vecteur de la chaleur jusqu'au coeur, ce qui est particulièrement important pour un bois épais et en utilisant la pression mécanique exercée sur le bois et la conduction pour permettre de vaincre l'inertie thermique et rendre possible dans un délai raisonnable ce que l'état de la technique actuel ne peut pas faire dans un temps compétitif.

Les plots toute largeur ne sont pas un problème avec la technologie des plaques car il n'y a pas à gérer les piles et d'autre part et surtout on ne prend pas le risque de gauchissement au séchage puisqu'il y a contrainte mécanique et que au contraire les bois sont ré-aplanis et le restent ensuite.

Cette même opération peut être faite en délignant des traverses de chemin de fer polluées mais il n'y a pas de séchage préalable de l'eau libre car il n'y en a pas.

D'autres aspects concernant le procédé et l'installation selon l'invention et leurs avantages sont évoqués ci-après dans un ordre libre et sans lien avec l'importance qu'il pourrait éventuellement avoir. Des enceintes sous vide avec plaques d'empilage et de conduction thermique

existent en séchage sous vide avec un contrôle de la température, de la pression de l'enceinte, du poids de la pile et enregistrement des thermocouples au coeur et à la surface du bois.

Toutefois, les plaques utilisées dans l'invention en diffèrent (nouveau matériau et nouvelle forme) pour s'adapter aux températures et la pression d'utilisation; et les échangeurs doivent aussi être adaptés à des températures allant jusqu'à au moins 240 C, voire 280C ou même 300'C, alors que le séchage sous vide s'effectue entre 30 C et 80 C à 95 C au maximum.

Les contraintes mécaniques sont différentes pour pouvoir exercer une pression forte sur le bois et il peut être nécessaire de créer un modèle avec des piles verticales si on veut non seulement une pression minimale mais aussi une pression uniforme.

Il faut un fluide caloporteur capable d'avoir une rhéologie permettant une bonne circulation et de bons échanges thermiques dans une plage de température allant de 20 C à 250 C ou même jusqu'à 300 C.

Il faut, à l'extérieur de l'enceinte du four une centrale de froid et un système d'échangeurs permettant de réchauffer ou de maintenir ou de refroidir le circuit primaire issu des plaques.

De préférence, il faut coupler un four en phase de réchauffement et un four en phase de refroidissement mais il s'agit là d'ingénierie de chauffage industriel par échangeurs de fluides, sans phase vapeur.

Il faut une circulation des flux, une inertie thermique.

Il faut un ensemble de cuves de récupération des différents jus et d'incorporation de produits de traitement en phase de refroidissement du produit: tous les éléments et précautions sont connus par les fabricants de fours autoclave.

Selon l'invention, l'enceinte sous vide permet de 15 récupérer tout ce qui sort du bois.

De plus, la technique selon l'invention permet d'écraser le bois en phase vitreuse pour diminuer l'espace poral et créer une très forte surpression à l'intérieur du bois qui, additionné au vide dans l'enceinte donne les caractéristiques optimales pour évacuer les produits chimiques préalablement injectés.

Ces produits chimiques (comme la créosote ou les traitements CCA, qui sont devenus des polluants indésirables du bois y avaient été préalablement introduits volontairement pour rendre le bois plus résistant vis-à-vis des attaques cryptogamiques ou autres. Or, ces produits sont introduits dans le bois à des température de l'ordre de 90 C ou bien inférieures, par des procédés autoclave où l'on utilise la dépression dans le bois quand il est refroidi après avoir été préalablement chauffé, avec des produits chimiques introduits dans une enceinte chauffée et sous pression. Le procédé selon l'invention permet de chauffer le bois à des températures plus élevées que celles utilisées pour de l'introduction ancienne du produit.

Il est possible de chauffer jusqu'à 190 C qui est une température supérieure à la température de transition vitreuse du bois, de sorte qu'on peut écraser le bois et, par effet de la diminution du volume poral combiné à une température très élevée, obtenir une très forte surpression dans le bois avec des produits volatils ou liquide mais très fluides (rhéologie idéale, surpression idéale).

En même temps, une dépression dans l'enceinte mise sous vide permet à la fois de favoriser la migration des produits hors du bois par augmentation de la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du bois et permet en même temps de recueillir ces produits hors de l'enceinte de traitement et de l'acheminer jusqu'à une cuve spéciale de récupération de produits dangereux.

Un palier de température à 190 C avec l'enceinte sous vide est souhaitable pour permettre à tous les jus de sortir du bois et d'être recueillis. Ensuite, on arrête de faire le vide et on monte la température et les produits volatils qui sortent Selon l'invention, le pompage sous vide permet de récupérer tous les produits préalablement introduits dans le bois, à une température beaucoup plus élevée que leur température de fusion. Ceci permet d'obtenir une fluidité suffisante des jus liquides et une volatilisation d'une partie des produits. Les jus et les produits volatilisés peuvent ainsi être très bien acheminés jusqu'à des cuves spécialement affectées à cet usage, dans un circuit en matière adéquate, par exemple en inox. Le circuit est maintenu assez chaud pour conserver la fluidité des produits et pour assurer leur acheminement sans perte jusqu'aux cuves en question. De plus, les cuves sont dotées de moyens de condenser dans la cuve les gaz et produits volatilisés.

Pendant le cycle de traitement thermique, la pression de l'enceinte peut être variée à l'aide des moyens de pilotage.

L'exemple de pilotage ci dessous est un exemple de réalisation de traitement avec un bois pollué : Pression basse dès le démarrage avec l'enceinte de traitement sous vide pendant le séchage puis en montée de température et en phase vitreuse pour récupérer les jus (essences, dépollution etc.) jusqu'à 190 C. Un éventuel traitement de température peut être effectué si nécessaire à 190 C jusqu'à ce que tous les jus polluants soient extraits Arrêt du vide (à l'issue du palier éventuel) à partir de 190 C et légère surpression pour conserver les radicaux libres issus des hémicellulose en particulier.

Il est important de ne pas rester sous vide pendant la phase de craquage des hémicelluloses et des lignines pour ne pas évacuer les produits volatils extraits qui sont utiles à la réticulation. A partir du moment où le volume inoccupé entre l'enceinte et les piles de bois n'est pas trop important, les produits issus du bois suffisent à faire remonter la pression comme la température augmente.

En absence de produits chimiques à récupérer ou si il n'en reste plus à ces températures élevées supérieures à 150 C, il peut être préférable d'arrêter le vide à une température inférieure à 190 C pour faire remonter plus tôt et plus haut la pression de l'enceinte et rendre plus facilement disponibles pour les réactions de réticulation les radicaux libres volatils issus du craquage du bois.

Pression atmosphérique ou mise en pression pendant le refroidissement pour faire absorber produits dans le bois: c'est comme un autoclave mais à une température beaucoup plus élevée, ce qui permet d'absorber des produits à plus haute température de fusion (paraffines à haute température de fusion par exemple).

Le procédé et l'installation selon l'invention permettent aussi un traitement de bois vert.

Il est connu que les noeuds vivants adhérents peuvent rester adhérents si ils sont traités en bois vert, la sève servant sans doute de liant. Il est utile de disposer de la possibilité de sécher sous vide pour éviter le collapse, accélérer le processus, obtenir une 2883788 65 homogénéité de séchage et continuer le traitement sans discontinuité ni perte d'énergie, ni perte de temps.

Il est possible également de provoquer un collapse maîtrisé pour créer un produit décoratif nouveau. En maîtrisant le collapse volontaire du bois de chêne en particulier, on peut obtenir des planches de chêne qu'on a volontairement laissé se faire attaquer par les vers du brocanteur en particulier aubier du chêne pour créer des planches pré-vieillies et ensuite stabilisées en l'état.

Le bois vert constitue une qualité idéale, car il est conducteur de la chaleur, permet une économie de temps, une homogénéité et on obtient des n uds adhérents avec le bois vert Or le séchage sous vide à plaque chauffante est le moyen le plus rapide et précis pour mener un séchage en première phase Pour réduire la consommation d'énergie, l'installation selon l'invention peut être réalisée de manière à récupérer de l'énergie de refroidissement. Le procédé de l'invention n'a donc pas de besoin d'énergie en dehors des pertes et de chaleur latente de transformation lors du séchage.

Dans l'état actuel de l'art, il n'est pas possible de récupérer les calories de chauffage du bois quand on le refroidit car ce refroidissement est fait avec injection d'eau qui refroidit le flux en s'évaporant:on ne peut pas utiliser ces calories pour chauffer une autre charge car les calories prises dans le bois sont stockées en chaleur latente de transformation et il faudrait assécher l'air dans une pompe à chaleur pour les récupérer, ce qui coûterait plus cher que le prix des calories récupérées. Or, dans un cycle, le bois est mis dans le four à 20 C et sera stocké à la même température.

Pour gagner du temps de refroidissement, le bois est sorti à 80 C, mais au dessus de 100 C, il s'enflamme spontanément dans l'air. Ce sont beaucoup de calories qui sont perdues (8 % du prix de traitement) Au contraire, selon l'invention, les plaques constituent un échangeur de circuit primaire avec le bois et toutes les calories sont récupérables entre deux lots traités en opposition de phase, l'un étant refroidi pendant que l'autre est réchauffé, avec un circuit primaire dans les plaques échangeant par échangeurs avec un circuit secondaire. Il est possible d'utiliser l'énergie d'un lot de bois chaud que l'on doit refroidir avant de le laisser sortir dans l'air à 40 C pour réchauffer un autre lot de bois situé dans une autre cellule avec un impact énergétique très considérable puisque l'énergie pour refroidir un bois de 250 C à 50 C est, abstraction faite des pertes et des énergies internes chimiques ou de changement d'état( évaporation) égale à l'énergie nécessaire pour élever la température d'une masse de bois équivalente, de 50 à 250'C).

Un liquide à 50 C peut préchauffer du bois à 20 C et il y a une organisation du stockage des calories dans des ballons et d'échange avec une gestion des échangeurs et des phases qui doit être optimisée par un homme de l'art.

Une autre solution, selon l'invention consiste à avoir des plaques creuses comme des tubes métalliques et de tremper le lot dans un bain thermorégulé dont le liquide rentre dans les creux et chauffe les plaques qui transmettent par conduction la chaleur au bois et qui par ailleurs transmettent aussi la compression d'une force appliquée par exemple à la plaque se trouvant à l'extrémité d'une pile.

Un des buts poursuivis est de pouvoir traiter des bois beaucoup plus épais que les planches de 27 ou 35 MM habituellement traités. L'objectif serait de traiter des bois de toutes largeur sur une épaisseur de 10cm et idéalement de 15 ou 20 cm. L'intérêt est de pouvoir déligner ensuite des planches dont la largeur soit prise dans l'épaisseur du quartelot; ainsi pour des planches de 8 cm de large, il faut un quartelot de 8 cm d'épaisseur et la plupart des planches classiques ayant une largeur inférieure à 10 cm, le fait de pouvoir traiter jusqu'à 10 cm est déjà très intéressant.

Si le temps de traitement pour 16 cm n'est pas trop élevé, des quartelots de 16 cm permettent de faire des planches très larges, ce qui a de l'intérêt pour un bois stable qui ne tuile pas et cela permet aussi de faire 2 planches d'une largeur classique de 8 cm.

Cela signifie que des quartelots traités peuvent être délignés ensuite pour faire des planches d'une largeur variable et surtout d'une épaisseur quelconque. Ainsi, la rétification de quartelots permet un stock traité indifférencié. De plus, les quartelots sont une faible transformation qui peut être faite en forêt sur du bois vert fraîchement abattu et cela laisse une valeur ajoutée très faible avant traitement et très forte après.

Surtout, le travail de quartelots et le délignage de planches dans ce sens optimise la qualité mécanique du bois du fait d'une coupe en quartier faux quartiers Ainsi le traitement de plots toutes largeurs et en particulier de quartelots d'une épaisseur de 10, 16 ou 20 cm permet: ^ Un stock indifférencié de bois traité pour déligner ensuite en fonction des demandes des planches d'une épaisseur et d'une largeur non déterminées à l'avance ^ Un stock de bois coupé dans le sens optimal de la fibre du bois pour préserver toutes ses qualités mécaniques Grâce aux diverses dispositions de l'invention exposées ci avant, le traitement thermique de pièces de bois est très sensiblement amélioré par les effets suivants.

La chaleur est transmise aux pièces de bois par conduction, les pièces de bois étant posées sur une plaque chauffante homogène à température maîtrisée avec 2883788 68 une inertie suffisante.

Lorsque les pièces de bois sont soumises à une pression exercée par deux plaques, le contact avec les pièces de bois est établi sur les deux faces du bois.

Une amélioration supplémentaire peut être obtenue par l'emploi d'une enceinte sous vide.

Bois de petite dimension ou bois tordus et gauchis Sans recourir à la présente invention, on ne peut pas profiter des chutes de menuiserie qui donnent des planches très courtes que l'on est obligé d'abouter préalablement si on veut les faire tenir en équilibre dans les piles. Or il existe des utilisations pour de petits morceaux de bois thermostabilisé et il est économiquement absurde d'abouter puis de couper des morceaux ou d'utiliser des bois longs qui sont chers quand les chutes aux dimensions utilisables pour ces applications ne coûtent presque rien.

C'est un avantage supplémentaire de pouvoir, selon l'invention, disposer entre deux plaques une juxtaposition de pièces de bois de toutes dimensions.

De même les bois gauchis ou légèrement tordus ne valent plus rien et font partie des pertes matière des opération de séchage alors qu'on peut utiliser la compression du bois au dessus de la température de transition vitreuse pour redresser ces bois.

Thermo-stabilisation des bois contreplaqué et 30 reconstitué en matériaux composites matériaux composites pression + température Le procédé selon l'invention permet trois démarches distinctes et complémentaires: soit on part d'une planche ou plaque de bois contreplaquée ou de bois reconstitué (aggloméré, Oriented Strandboard OSB c'est-à-dire panneaux de fibres de bois, médium et composites etc.) et on le soumet à un traitement de thermoduralysation - soit on part de bois fragmenté (fibres lignocellulosiques de type sciure, plaquettes, etc. ) que l'on soumet à un traitement de thermoduralysation pour disposer d'une matière première pour fabriquer un bois reconstitué dont la charge sera en bois thermoduralysé (poudre dans les polymères et matériaux composites boisbéton, bois-plâtre...ou de fibres en copeaux ou particules dans les agglomérés).

Soit enfin, on utilise le principe de la presse thermorégulée du procédé, non seulement pour thermoduralyser la charge de bois mais aussi pour disposer d'un moule et d'un moyen de pression pour polymériser le bois et le liant et former l'objet en compression pendant le traitement et utiliser le cas échéant de l'enceinte qui peut être mise en pression et du refroidissement du bois pour absorber un polymère par dépression interne du bois et dans la porosité entre les fragments de bois juxtaposés et pressés.

Dans les trois cas, le premier objectif est de réaliser un matériau à base ligno-cellulosique aggloméré ou composite associé à un liant et présentant de faibles variations de retrait et gonflement en présence d'eau liquide ou d'air humide. Il est déjà connu qu'on peut obtenir cela avec un bois torréfié comme charge et également avec un bois rétifié qui présente des caractéristiques mécaniques plus avantageuses. L'utilisation de bois thermoduralysé selon l'invention présente des caractéristiques encore améliorées. L'autre avantage, pour une mise en uvre du procédé selon les variantes 2 et 3 est de disposer d'une mouillabilité du bois thermoduralysé qui améliore le pouvoir d'imprégnation de la charge lignocellulosique par les liants.

L'avantage supplémentaire de la variante 3 est de pouvoir utiliser en outre la souplesse du fait de travailler au dessus de la température de transition du bois et d'avoir une presse pour contraindre mécaniquement Le procédé de thermo-stabilisation selon l'invention peut s'appliquer aux bois reconstitués existants (contreplaqués, bois agglomérés, OSE, médium, bois composite etc. Dans l'état de la technique, le traitement thermique se heurtait cependant à trois types de problèmes qui sont résolus par la présente invention.

Les colles et résines utilisées pour ces matériaux reconstitués émettent des gaz qui peuvent être toxiques ou pestilentiels (colles à base d'urée) ou créer des surpressions dans le four ou être polluants. Selon l'invention, l'enceinte sous vide avec évacuation vers des cuves de récupération des produits polluants permet de traiter ces produits Par l'effet de la chaleur ou par le simple effet du poids, des plaques reposant sur des tasseaux ont tendance, selon l'état de la technique à faire des flèches entre tasseaux et des vagues sous l'effet de la chaleur et du poids de la pile et peuvent être impossibles à traiter car les plaques sont plastiques à haute température et ne sortent pas planes ou encore ont besoin d'être comprimées. Selon l'invention, ces plaques de matériau composite peuvent désormais être traitées en étant installées entre deux plaques chauffantes sous la pression nécessaire.

Par ailleurs, cela évite aussi l'inconvénient visuel dans l'état de la technique d'une trace à l'endroit des tasseaux.

Variante du procédé pour fabrication de bois thermoduralysé reconstitués ou de bois contreplaqués ou 35 d'objets moulés en bois reconstitué Enfin, il est possible d'utiliser le traitement de l'invention pour imprégner le bois de résines et colles en phase de refroidissement en profitant de la dépression dans le bois du fait même du refroidissement et des hautes températures atteintes. L'avantage supplémentaire est de pouvoir imprégner un bois déjà thermoduralysé puisqu'on est en phase de refroidissement et de profiter de sa meilleure mouillabilité et de pouvoir ensuite utiliser la plaque chauffante comme une presse. Il est ainsi possible de fabriquer des matériaux composites à partir de ce système Quand on fait des panneaux, deux plaques, dont l'une au moins est chauffante, forment un moule. Les plaques peuvent être remplacés par deux demi-coques dont l'une au moins est chauffante, l'une servant de couvercle et permettant de presser le produit avec possibilité d'injecter. De façon avantageuse, on peut utiliser une presse ajourée.

Les coques sont remplies de fibres de bois sous forme de particules de différentes tailles et formes possibles qui peuvent provenir de sciure, copeaux ou plaquettes, avec éventuellement des liants qui peuvent être des résines thermoplastiques ou thermodurcissables ou des produits issus de la lignine du bois que l'on peut utiliser pour faire du bois reconstitué dont les composants sont tous ou presque tous issus du bois Il est par ailleurs particulièrement avantageux d'utiliser le dispositif et le procédé selon l'invention pour fabriquer un nouveau matériau à base de fibres compressées et thermoduralisées, sans adjonction de liant et avec, éventuellement, adjonction de fibres d'une autre nature qui renforcent la structure composite, en utilisant les radicaux libres issus de la fibre de bois pour créer des ponts entre les fibres juxtaposées et en faire une seule macromolécule, liaisonnant l'ensemble et en faisant un ensemble rigide et indéformable, peu sensible à l'eau, ne gonflant pas et ne se décollant pas à l'humidité ni à l'immersion.

2883788 72 On peut en particulier fabriquer facilement des panneaux agglomérés en utilisant le procédé entre deux plaques planes.

On peut avoir mélangé préalablement au traitement (ou mélanger pendant le traitement en utilisant un dispositif supplémentaire approprié au mélange) des colles ou des résines qui vont durcir et polymériser quand la température s'élève.

On a l'avantage par rapport aux procédés précédents 10 d'une presse thermo régulée Des produits peuvent être introduits en phase vapeur ou liquide aux différentes températures inférieures à 230 C pendant la phase de refroidissement. L'avantage d'introduire à ce stade est que le bois est déjà thermoduralysé et que l'on peut ainsi profiter de sa mouillabilité pour établir des liaisons plus utiles entre le liant et le bois. Les avantages nouveaux dont on dispose selon l'invention, sont par exemple une enceinte sous vide pour disposer d'environnement dans lequel on peut traiter les émanations annexes de solvants éventuels, l'enceinte peut être mise en pression pendant l'incorporation, et on peut utiliser des moules qui sont, selon l'invention, des presses thermorégulées et qui peuvent être, selon l'invention des presses thermorégulées ajourées.

Comme cela est déjà décrit plus haut, rien n'interdit, en plus de la chaleur et de la thermorégulation de la presse, d'avoir une source de chaleur secondaire qui peut être un rayonnement infrarouge ou des radiations micro ondes etc. En effet, on peut accélérer le processus par radiations diverses, microondes et de préférence hautes fréquences et mieux encore hyper-fréquence comme source supplémentaire de chaleur, sachant que la presse thermorégulée reste nécessaire pour maintenir une 2883788 73 température malgré une exothermie et pour descendre la température à l'issue du traitement, de sorte que les radiations accélèrent la montée en température sans se substituer à la conduction pour la maintenir et la descendre.

Une autre possibilité est d'avoir une telle organisation de moulespresse que l'on installe dans un bain thermorégulé et que l'on maintient sans la dépasser à une température entre 130 et 140 C pour thermoduralyser le bois.

Sans colle synthétiques mais avec des résines ou des extraits à base de lignine du bois, on peut faire des bois reconstitués dont la charge et le liant sont tous deux d'origine naturelle et aboutir à des bois reconstitués dont 95% à 100 % des éléments sont issus du bois... L'avantage est que l'on peut déjà le faire sans liant par réticulation et renforcer la liaison avec des éléments issus de lignine qui vont permettre de multiplier les ponts chimiques Le contact direct de la plaque sur le bois peut être en soi un moyen de priver le bois d'oxygène dans l'hypothèse de plaques pleines et non poreuses et particulièrement ajustées à la surface du bois, et cela peut alors permettre de faire un tel traitement en l'absence d'enceinte de confinement et ipso facto en l'absence, dans l'enceinte inexistante, d'azote ou d'eau ou de gaz carbonique pour inerter le milieu gazeux au contact du bois car ce milieu gazeux est finalement négligeable en quantité. Le phénomène est accentué par le fait de l'élévation de température du bois qui crée une surpression des gaz en provenance du bois, de sorte que le faible volume gazeux existant entre la plaque et le bois du fait d'un ajustement imparfait se trouve en surpression par rapport à l'atmosphère pendant la phase de réchauffement mais c'est l'inverse pendant le refroidissement. La quantité d'air disponible pour une combustion n'est pas nulle mais elle peut rester marginale et la combustion au niveau de la surface peut être suffisamment marginale pour être éliminée à l'occasion du rabotage 4 faces après le traitement.

De façon préférable cependant, le traitement est effectué dans une enceinte sous vide et dans ce cas il n'y a pas dans l'enceinte à inerter par de l'azote ou du gaz carbonique ou par de l'eau mais c'est le vide qui permet de garantir que la quantité d'oxygène reste suffisamment faible pour empêcher une combustion significative.

Thermoduralyse du bois - bois thermoduralysé Il est connu que le bois peut être modifié par l'effet d'une température élevée par différents procédés connus dont le résultat est de modifier durablement certaines des caractéristiques du bois.

Cet objectif est atteint de façon plus ou moins satisfaisante selon les procédés à partir de la courbe de température et des conditions physicochimiques caractérisant chaque procédé qui permettent de mettre en oeuvre les réactions de transformations à l'intérieur du bois aboutissant à la réalisation de pontages chimiques (liaisons covalentes, réticulation) entre les chaînes macroscopiques des constituants du bois.

On parle généralement de pyrolyse ménagée mais il serait plus juste de parler de thermolyse ménagée car les réactions n'ont pas lieu sous l'effet du feu mais en l'absence d'oxygène sous l'effet de la température.

Or, il est connu que le bois est un matériau composite constitué essentiellement de 3 types de polymères hémicelluloses, lignines et cellulose, du plus fragile au moins sensible à l'effet de la température. Une thermolyse ménagée craque principalement les hémicelluloses et commence à modifier la lignine. Les sous-produits de la thermolyse, essentiellement les radicaux libres se condenseraient et se polymériseraient alors sur les chaînes de lignines, et il est connu que ces réactions créent une nouvelle pseudo-lignine qui est plus hydrophobe et plus rigide que la lignine initiale.

L'invention permet d'améliorer le traitement thermique du bois et d'obtenir les avantages suivants: Qualité : Depuis 10 ans, la qualité du bois rétifié est bonne mais ne progresse plus alors qu'elle est jugée insuffisante pour tout usage structurel.

Les mesures de pertes mécaniques ont un écart-type énorme puisque les pertes mécaniques du pin varient de 20 % à 60 % selon les échantillons alors que la résistance biologique plafonne à 45 % au lieu de 90 % si on monte à 150 C.

L'analyse théorique du procédé montre qu'il serait possible de diminuer cette hétérogénéité et d'obtenir une performance supérieure en s'attaquant aux racines du problème pour obtenir une plus faible inertie thermique, jouer sur tous les paramètres de la cinétique, avoir un principe sans différence de comportement possible du fait de la position géographique à l'intérieur de l'enceinte de traitement.

On peut non seulement limiter les pertes mécaniques mais, en partant d'un volume plus important et en le densifiant on peut améliorer aussi les performances mécaniques, ce qui permet d'aller plus loin dans le traitement de la stabilité ou de l'imputrescibilité : o séchage de qualité et rapidité optimale, suivi dans la foulée (sans manipulation ni refroidissement intermédiaire) de thermoduralysation car le four a des caractéristiques de séchoir sous vide et qu'il est donc logique de faire à la suite les deux programmes, les calories du séchage ayant commencé le travail de chauffe du bois o thermoduralysation de plusieurs essences ou épaisseurs de bois dans un même four car on peut régler de façon indépendantes plusieurs zones de plaques chauffantes o thermoduralysation de bois plus épais:Or, la r thermoduralysation de plots et en particulier de quartelots d'une épaisseur de 20 cm permettrait: ^ un stock de bois thermoduralysé indifférencié pour déligner ensuite en fonction des demandes des planches d'une épaisseur et d'une largeur non déterminées à l'avance ^ un stock de bois coupé dans le sens optimal de la fibre du bois pour préserver toutes ses qualités mécaniques o contrainte mécanique homogène sur toute la surface du bois pendant toute la chauffe o enfin, élément essentiel, un potentiel de qualité et de contrôle qualité et traçabilité incomparable puisque: ^ on fait disparaître tous les facteurs d'inertie et de phénomènes aléatoires (circulation des flux et échange de chaleur entre le flux et le bois, dépendant de l'humidité relative du fluxet du bois) ^ totale homogénéité spatiale des apports 25 caloriques ^ parfait suivi à travers un système de sondes très au point ^ absence d'oxygène supérieure à l'azote car le vide se charge également d'évacuer l'oxygène produit par 30 le bois ^ risque de collapse très fortement diminué car le vide et la pression accélèrent la sortie de l'eau.

Rentabilité : On peut diviser par deux, ou même beaucoup plus le temps de traitement.

On peut remplacer l'achat de bois chers par des bois à coût nul ou négatif car traités chimiquement si l'on peut les décontaminer pendant le traitement On peut traiter des bois de petite taille ou 5 gauchis.

On peut supprimer l'azote (8 % du coût de traitement) et économiser sur l'énergie de traitement (8 % aussi du coût de traitement) en récupérant l'énergie de refroidissement.

On peut utiliser des quartelots pour un stockage indifférencié et une valeur ajoutée plus forte.

On peut augmenter la gamme des bois reconstitués. On peut partir de bois vert.

On peut obtenir une économie d'énergie (au moins 50 %), car le liquide de réchauffement est stocké dans une enceinte adiabatique entre deux chauffes et que l'énergie de refroidissement est utilisable en opposition de phase pour du séchage et pour la montée en température d'un autre cycle) Pour aboutir à tous ces résultats qui n'ont pas été obtenus depuis 10 ans, l'invention, après avoir analysé les potentialités du bois, met en uvre une combinaison d'actions dans des plages de températures déterminées mettant à profit les caractéristiques de ce matériau composite complexe.

Lorsque le bois est traité à la température de transition vitreuse et quand le bois, selon l'invention, est mécaniquement contraint par une pression homogène exercée sur le bois par des plaques chauffantes, cela évite une détente du bord externe du bois qui va au contraire être en compression et cela évite ainsi cet inconvénient du fendillement du bois au passage de la température de transition vitreuse. L'invention, sur ce plan rend inutile un palier de température à la température de transition vitreuse ou à une autre température.

Un autre avantage substantiel de l'invention est qu'une dépollution de bois à recycler est impossible avec les procédés généralement utilisés, mais qu'elle est possible avec le procédé et l'installation de l'invention.

Les problèmes de rétification de pin montrent qu'il est difficile de traiter du bois imprégné de résine. Il ne suffit pas d'extraire éventuellement du bois tous les produits polluants dangereux, il faut en acheminer l'intégralité jusqu'à cuve sans en perdre en route.

Là on peut d'une part acheminer tout ce qui sort du bois.

On peut d'autre part créer des conditions beaucoup plus efficaces d'extraction grâce au jeu combiné des trois paramètres: écrasement mécanique en phase vitreuse, température et dépression de l'enceinte, sans oublier l'effet de guide des plaques qui interdisent à une matière un peu lourde ou visqueuse de tomber par gravité au fond du bac.

Certes on l'extrait du bois par effet de la chaleur mais une partie liquide tombe au fond du bac et une partie volatile se mélange à l'air: l'invention résout ce problème car on a une dépression qui concentre l'intégralité des jus, gazeux ou liquides issus du bois qui peuvent être stockés dans une cuve externe adaptée et homologuée pour stocker ces produits dangereux.

Pour des produits dont la rhéologie exige qu'ils soient sous forme liquide ou gazeuse et peu visqueux à température élevée, la dépollution commence avec séchage mais n'est complète qu'en phase vitreuse: la phase vitreuse permet d'écraser le bois et diminuer l'espace poral, créant ipso facto une très forte surpression dans le bois et une très grande conductivité thermique qui permettront d'extraire l'intégralité des produits.

Refroidissement: récupération des calories Les problèmes de chauffage par flux d'air et les problèmes d'eau pour refroidir font que l'on ne peut pas utiliser l'énergie calorifique du bois que l'on refroidit pour réchauffer une autre charge: il faudrait une pompe à chaleur pour assécher et récupérer la chaleur latente de transformation et cela coûterait plus cher que ça ne permettrait de récupérer en calories).

Au contraire, avec un circuit primaire dans les plaques échangeant par échangeurs avec un circuit secondaire, il est possible d'utiliser l'énergie d'un lot de bois chaud que l'on doit refroidir avant de le laisser sortir dans l'air (entre 80 C et 100 C le bois s'enflamme spontanément dans l'air) pour réchauffer un autre lot de bois situé dans une autre cellule avec un impact énergétique très considérable puisque l'énergie pour refroidir un bois de 250 C à 80 C est, abstraction faite des énergies internes chimiques ou de changement de pression égale à l'énergie nécessaire pour élever la température d'une masse de bois équivalente, de 80 C à 250 C).

La force est appliquée sur l'ensemble de la charge, on évite les phénomènes de baguettage, obtenant une homogénéité aussi bien mécanique que thermique. Grâce à l'inertie thermique des plaques chauffantes, en l'absence de phénomènes compliqués de transfert de chaleur, il devient possible, ce qui ne l'était pas jusqu'à présent, d'assurer une parfaite homogénéité de l'apport de calories dans le bois. C'est à la fois absence de baguettage, absence de différence de température selon les points du four, absence de différence de vitesse, absence de différence de degré d'humidité absence de différence de coefficient d'échange avec la peau du bois, absence de différence d'évaporation dans la couche limitée.

Un autre avantage est de faire dans la foulée le séchage du bois et sa thermoduralysation sans avoir entre-temps à sortir le bois séché à l'extérieur.

On profite d'abord de l'eau à l'intérieur du bois vert pour éviter la fatigue préalable des membranes des cellules, consécutive au séchage naturel du bois qui aboutit à une pression interne des cellules supérieure à la pression de la porosité vidée de son liquide.

Au contraire, au moment de la mise dans le four, on peut profiter de l'humidité du bois pour le comprimer sans exercer de déséquilibre mécanique sur les membranes des cellules mais en profitant au contraire de l'équilibre de pression qui s'établit au niveau des membranes, du fait de la présence de liquide à l'extérieur (humidité du bois dans la porosité du bois) et à l'intérieur des cellules (eau de constitution). En outre, la présence d'eau dans le bois au départ permet une très bonne conductivité thermique à l'intérieur du bois au démarrage de l'opération de séchage qui permet de monter rapidement la température de façon homogène jusqu'au c ur du bois à une température beaucoup plus importante que celle utilisée traditionnellement pour le séchage sous vide, en profitant de la pression mécanique exercée dans le bois pour décaler vers le haut la température d'ébullition.

L'idéal est d'atteindre, si possible, une température de plasticité du bois avant vaporisation ou en tout cas de s'en rapprocher autant que possible pour éviter que des surpressions liées à une vaporisation de l'eau ne pouvant pas s'échapper vers l'extérieur pour cause de cinétique inadéquate n'aboutissent à une fatigue mécanique et ultimement à des phénomènes de collapse à l'intérieur du bois. Le collapse a lieu quand la différence de pression entre l'extérieur et l'intérieur d'une cellule ou d'une poche de porosité liée à l'hétérogénéité du bois (du fait de sa constitution ou de son histoire) est supérieure à la capacité de résistance de la membrane de la cellule (version microscopique) ou de la surface de la poche (version macroscopique).

L'avantage de pouvoir exercer une pression uniforme sur toute la surface du bois est de pouvoir créer une pression d'équilibre à une pression supérieure à la pression atmosphérique. La chaleur étant transmise par l'extérieur permet à la vaporisation de commencer par l'extérieur avec un fort différentiel de pression entre l'intérieur du bois - à une pression supérieure à la pression atmosphérique - et une pression à l'extérieur de la pièce de bois - dans une enceinte maintenue à une pression inférieure à la pression atmosphérique. Ceci permet une évacuation très rapide de la vapeur d'eau vers l'extérieur de la pièce.

Or, le principe cinétique est d'avoir une évacuation suffisamment rapide pour que la vapeur ne s'accumule pas. Comme pour un drainage, il faut éviter les embouteillages et donc avoir une vitesse d'évacuation de plus en plus grande au fur et à mesure que l'on va vers l'exutoire, à savoir la surface extérieure du bois. Or, la force d'évacuation qui s'exerce sur les liquides et des gaz pour les propulser vers l'exutoire est proportionnelle à la différence de pression entre l'intérieur et l'extérieur du bois. Quand on peut exercer une surpression par l'intermédiaire du bois lui-même sur l'eau intersticielle.

Lorsque le bois est comprimé dans la presse thermorégulée, la force est appliquée sur l'ensemble de la charge. Ainsi, on évite les phénomènes de baguettage, obtenant une homogénéité aussi bien mécanique que thermique. Grâce à l'inertie thermique des plaques chauffantes, en l'absence de phénomènes compliqués de transfert de chaleur, il devient possible, ce qui ne l'était pas jusqu'à présent, d'assurer une parfaite homogénéité de l'apport de calories dans le bois. C'est à la fois absence de baguettage, absence de différence de température selon les points du four, absence de 2883788 82 différence de vitesse, absence de différence de degré d'humidité absence de différence de coefficient d'échange avec la peau du bois, absence de différence d'évaporation dans la couche limitée.

Un autre avantage est de faire dans la foulée le séchage du bois et sa thermoduralysatione, sans avoir entre-temps à sortir le bois séché à l'extérieur.

On profite d'abord de l'eau à l'intérieur du bois vert pour éviter la fatigue préalable des membranes des cellules, consécutive au séchage naturel du bois qui aboutit à une pression interne des cellules supérieure à la pression de la porosité vidée de son liquide.

Au contraire, au moment de la mise dans le four, on peut profiter de l'humidité du bois pour le comprimer sans exercer de déséquilibre mécanique sur les membranes des cellules mais en profitant au contraire de l'équilibre de pression qui s'établit au niveau des membranes, du fait de la présence de liquide à l'extérieur (humidité du bois dans la porosité du bois) et à l'intérieur des cellules (eau de constitution). En outre, la présence d'eau dans le bois au départ permet une très bonne conductivité thermique à l'intérieur du bois au démarrage de l'opération de séchage qui permet de monter rapidement la température de façon homogène jusqu'au coeur du bois à une température beaucoup plus importante que celle utilisée traditionnellement pour le séchage sous vide, en profitant de la pression mécanique exercée dans le bois pour décaler vers le haut la température d'ébullition.

D'autres caractéristiques et avantages de la présente invention ressortiront de la description ci-après d'un mode de réalisation et d'une variante de réalisation d'une installation selon l'invention et de leur fonctionnement. Cette description est faite en référence aux dessins, dans lesquels: La figure 1 montre, en une coupe transversale, la disposition de base d'une installation selon 2883788 83 l'invention; La figure 2 montre une variante de la disposition de la figure 1; La figure 3 montre le principe de l'application 5 d'une force de compression sur un ensemble de plaques horizontales selon l'invention; La figure 4 montre le principe de l'application d'une force de compression sur un ensemble de plaques verticales selon l'invention; La figure 5 montre schématiquement une installation selon un mode de réalisation de l'invention.

Conformément à l'invention, une installation pour un traitement de bois massif ou reconstitué par application de moyenne ou haute température, comprend au moins 1 plaque thermorégulée 1, permettant, par conduction, de chauffer du bois B placé entre les plaques 1 et 2, la plaque 2 étant de préférence thermorégulée ou pouvant être un simple appui mécanique. La température desdites plaques elles-mêmes est précisément pilotée en temps et en intensité par des moyens de régulation faisant partie d'un dispositif d'approvisionnement en fluide caloporteur thermorégulé 3. Le dispositif 3 comprend une composante chauffage et une composante refroidissement ainsi que, outre les moyens de régulation, des capteurs destinés à prélever la température à différents endroits de l'installation, notamment sur les plaques, et aussi des capteurs thermiques placés en bout de planche au c ur du bois et des vannes ou d'autres moyens réglables permettant de varier le flux du fluide caloporteur selon les besoins instantanés du traitement en cours et déterminés par les moyens de régulation.

La figure 1 montre la disposition de base d'une installation selon l'invention. Elle comprend, outre les plaques dont le nombre peut varier d'une installation à l'autre, un vérin 4 ou, le cas échéant, plusieurs vérins 4 repartis sur la surface supérieure de la plaque supérieure 1 et exerçant, pendant le traitement d'un lot de bois B, une pression destinée à engendrer une contrainte homogène de compression sur le bois placé entre le plaques 1, 2.

Avantageusement, les plaques métalliques peuvent être également utilisées comme antennes émettrices placées en parallèle pour émettre des rayonnements électromagnétiques, en particulier haute ou hyperfréquences pour élever très rapidement la température dans la pièce de bois de façon homogène entre le coeur et le bord, ce qui est particulièrement intéressant pour les pièces épaisses.

Il existe un dispositif qui permet à tout moment du traitement de mesurer et d'enregistrer le poids total du 15 lot à traiter Sur les figures 1, 2 et 5, le bois est référencé, de manière uniforme, en B . Cette référence unique souligne que l'un des avantages de la présente invention est que son application et même son efficacité ne sont pas limitées à un certain type de bois neuf ou récupéré, ni à des formes ou dimensions particulières des pièces de bois placées entre les plaques. Les pièces de bois peuvent d'ailleurs même être des pièces ayant une forme irrégulière.

Chacune des plaques 1, 2 est pourvue de deux raccords 5 permettant de raccorder les plaques au dispositif d'approvisionnement en fluide caloporteur thermorégulé 3 et d'installer ainsi un circuit pour le fluide caloporteur. Selon le mode de réalisation choisi, chaque plaque peut être raccordée individuellement à un circuit individuellement attribué et régulé, tout comme l'ensemble des plaques peut être raccordées à un circuit unique du dispositif 3. D'autres agencements, formant des solutions intermédiaires entre ces deux solutions extrêmes, sont également concevables sans sortir du principe de la présente invention.

La figure 1 montre par ailleurs des plaques ayant 2883788 85 des surfaces pleines, alors que la figure 2 montre des plaques 7, 8 ayant des surfaces ajourées par des passages 9. Le choix de l'un ou de l'autre de ces deux types de plaques est indifférent, le temps que les ouvertures des passages 9 ont des dimensions et formes telles que le bois ne garde pas d'empreintes après le traitement.

Lorsque l'installation selon l'invention comprend plus que deux plaques horizontalement disposées et peut donc traiter deux ou davantage de couches de bois, le terme couche de bois désignant tout ensemble de pièces de bois placé entre deux plaques, la pression exercée sur les couches de bois croît de la couche supérieure vers la couche inférieure du fait que la force FO engendrant la pression nominale est augmentée, de plaque en plaque, par une force supplémentaire LxFl, OF2, F3 etc. qui dépend du poids de la couche de bois respective. La figure 3 montre cela de manière schématisée.

Pour compenser le fait de la pression croissante, l'installation selon l'invention peut être pourvue de moyens de contre-réglage, individuels pour chaque plaque, permettant d'exercer sur chaque plaque des forces orientées à l'encontre de la force F0.

Avantageusement, ces moyens de contre-réglage sont actionnés par une source réglable en pression actionnant également le vérin 4. Le réglage du vérin 4 et des moyens de contre-réglage peut être effectué uniquement au début du traitement, mais aussi à des intervalles, régulières ou non, pendant le traitement pour tenir compte des réductions de poids et de volume du bois survenant par le traitement et pour conserver ainsi une pression sur les couches de bois la plus constante, et la plus égale d'une couche à l'autre, possible.

Lorsque les plaques sont disposées verticalement, comme représenté sur la figure 4, la force FO est appliquée sur les deux plaques d'extrémité. La force FO est alors avantageusement, mais pas nécessairement, variée pendant le traitement pour tenir compte des réductions de volume survenant par le traitement.

Les plaques de l'installation selon l'invention sont portées et maintenues à la température souhaitée puis refroidies à une nouvelle température par tout moyen de pilotage et de contrôle thermique approprié. Ce moyen peut être adapté au traitement, à la quantité de bois à traiter et au type de fluide caloporteur utilisé.

La figure 5 montre les plaques d'une installation disposées selon un mode de réalisation de l'invention. Les plaques sont disposées dans une enceinte 10 à l'intérieur de laquelle le climat de traitement peut être varié de différentes manières, notamment en ce qui concerne sa température, indépendante de celle des plaques ou celles de chacune des plaques, et sa pression. Généralement, la pression va être celle d'un vide technique ou d'un vide partiel.

Lors de certains traitements de bois, par exemple lors du traitement de bois récupéré, des produits contenus dans le bois sont libérés et collectés en bas de l'enceinte 10. Pour éviter que ces produits soient réintroduits dans le bois, par exemple au moment de la suppression du vide, les produits collectés, généralement liquides, sont acheminés vers une cuve 11 ou, le cas échéant vers plusieurs cuves 11 dont chacune est attribuée à un produit particulier.

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Claims (10)

REVENDICATIONS

1. Procédé de traitement à moyenne ou haute température d'un bois massif ou reconstitué, caractérisé par le fait que chacune des pièces de bois (B) d'un lot à traiter est disposée au contact d'une presse conductrice thermorégulée (1, 2), dont la température peut être précisément pilotée en temps et en intensité, et portée ou maintenue à la température souhaitée par tout moyen de pilotage et de contrôle thermique approprié au traitement et à la quantité de bois à traiter et permettant, par conduction, de chauffer le bois, de maintenir sa température et de le refroidir.

2. Procédé de traitement selon la revendication 1, caractérisé en ce que, pendant le traitement, une force est appliquée sur la presse qui reporte elle-même cette force en la répartissant sous la forme d'une pression uniforme sur le bois (B) se trouvant au contact de la presse (1, 2).

3. Procédé de traitement selon la revendication 1 ou 2, caractérisé en ce que la température de la presse conductrice thermorégulée (1, 2) est régulée pour atteindre la température maximale de traitement qui se situe dans une plage de températures allant de 100 C à 280 C.

4. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 3, caractérisé en ce que la température de la presse et des plaques (1, 2) qu'elle comprend est abaissée de manière à refroidir le bois pendant un temps de latence inférieur à 10 minutes pour abaisser de 2 C la température des plaques à partir d'une température stabilisée supérieure à 100 C quand le bois ne fait pas l'objet de transformations exothermiques.

5. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 4, caractérisé par l'utilisation de rayonnements électromagnétiques, en particulier hautes ou hyper-fréquences, pour élever très rapidement la température dans la pièce de bois (B) de façon homogène entre le c ur et le bord, ce qui est particulièrement intéressant pour les pièces épaisses.

6. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 5, caractérisé par le fait d'enfermer la presse et des plaques (1, 2) qu'elle comprend et le bois à traiter disposé entre les plaques, pendant le traitement thermique, dans une enceinte (10) équipée d'un système permettant le pilotage en temps et en intensité du vide et de la pression, avec un enregistrement du cycle de pression.

7. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 6, caractérisé par le fait d'enregistrer le cycle de températures des plaques ou formes thermorégulées, le cycle de températures des pièces de bois (B) aussi bien au bord de la pièce qu'au c ur de la pièce et, le cas échéant, le cycle de pressions de l'enceinte (10), toutes les pièces de bois étant mesurées en température, ou bien un échantillonnage suffisamment bien réparti, pour être statistiquement représentatif du lot traité, étant effectué avec également un enregistrement du cycle de compression exercée et du poids global ainsi que de la force appliquée, de façon à connaître par différence le poids du bois pendant le traitement.

8. Procédé de traitement selon l'une quelconque des revendications 1 à 7, appliqué à du bois (B) qui a été préalablement imprégné de produits chimiques désormais indésirables, caractérisé par le fait que, pour dépolluer le bois, on évacue ces produits en utilisant le pompage sous vide, la température qui rend liquide et fluide ou gazeuse le produit à évacuer et qui crée une surpression dans le bois, étant éventuellement augmentée par la compression au-delà de la température de transition vitreuse qui renforce cette surpression en diminuant l'espace poral, on récupère, à une température beaucoup plus élevée que leur température de fusion, tous lesdits produits préalablement introduits dans le bois, en utilisant, du fait de la température atteinte dans le procédé, une fluidité suffisante pour les acheminer jusqu'à des cuves spécialement affectées à cet usage, dans un circuit en matière adéquate, le circuit étant maintenu assez chaud pour conserver la fluidité des produits et pour assurer leur acheminement sans perte jusqu'aux cuves (11) en question et le circuit étant doté des moyens de circulation nécessaire et les cuves étant dotées d'un moyen de condensation des gaz.

9. Installation pour un traitement de bois massif ou reconstitué par application de moyenne ou haute température, caractérisée en ce qu'elle comprend au moins une presse conductrice thermorégulée (1, 2) disposée au contact direct du bois (B) à traiter, dont la température peut être précisément pilotée en temps et en intensité, et portée ou maintenue à la température souhaitée par tout moyen de pilotage et de contrôle thermique (3) approprié au traitement et à la quantité de bois à traiter, la presse permettant, par conduction, de chauffer le bois, de maintenir sa température et de le refroidir, et l'installation comprenant en outre des moyens destinés à enregistrer la courbe des températures de la presse thermorégulée.

10. Installation selon la revendication 9, caractérisée en ce qu'elle comprend des échangeurs indépendants (3) de sorte que plusieurs lots de presses thermorégulées ou de plaques situés dans la même enceinte peuvent subir au même moment et dans la même enceinte des cycles de température différents.