Bibliographie & annexes
Présentation
En anglais
RÉSUMÉ
Le traitement thermique du bois permet d’augmenter sa stabilité dimensionnelle et sa durabilité. Cet article fait le point sur le procédé de rétification qui a vu le jour en France en 1986 et généré une petite filière de production, réduite à un seul producteur en 2016. Il retrace la mise au point du procédé au laboratoire, en particulier la maîtrise de l’atmosphère, point crucial du traitement, et les choix effectués pour son industrialisation. Le temps et la température du traitement ont des effets complexes sur les propriétés d’usage du bois rétifié, qui sont quantifiées, illustrées et commentées.
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Thermal treatment lends wood dimensional stability and durability. This article describes retification, a process introduced in 1986 and then exploited in France, though in decline: a single producer was operating in 2016. The process is reviewed from its genesis in the laboratory, with emphasis on the key point, i.e. the control of the atmosphere, up to its industrial implementation. Process duration and treatment temperature have non-trivial effects on end-user properties of the retified wood, which are quantified, illustrated and discussed.
Auteur(s)
-
René GUYONNET : Directeur de recherche à l’École nationale supérieure des mines de Saint-Étienne, France
INTRODUCTION
Le bois est l’un des premiers matériaux utilisés par l’homme. Il est reconnu pour ses propriétés acoustiques, isolantes, ses performances mécaniques et sa légèreté dans la mise en œuvre. Son usinage est facile et peu énergivore. Toutefois le bois possède certains handicaps. C’est un matériau anisotrope, hydrophile et instable dimensionnellement avec les variations d’humidité. Sa sensibilité aux agents de dégradation biologique limite sa durabilité, très variable selon les essences. Les essences exotiques réputées pour leur stabilité et leur durabilité sont coûteuses et leur exploitation est contestée. Les essences des régions tempérées (résineux et feuillus) nécessitent des traitements chimiques pour les protéger de l’humidité et des agents de biodégradation, mais les composés utilisés sont dangereux à des degrés divers, et les bois ainsi traités sont difficiles à gérer en fin de vie.
Améliorer la stabilité et la durabilité du bois via un traitement thermique constitue une alternative plus respectueuse de l’environnement. Nous présentons dans cet article la « rétification » du bois, traitement thermique sous atmosphère pauvre en oxygène, destiné aux essences des pays tempérés (résineux ou feuillus). La rétification est présentée tout d’abord sous l’angle physico-chimique des transformations induites par l’augmentation de température, puis du procédé. La mise en œuvre industrielle est brièvement évoquée ainsi que les procédés concurrents. L’évolution du matériau massif en fonction des conditions de traitement thermique est présentée ensuite : l’amélioration de sa stabilité et de sa durabilité sont précisées, ainsi que la dégradation concomitante de ses propriétés mécaniques. Les propriétés particulières du bois rétifié sont intégrées à un guide d’usage et illustrées dans un panorama d’applications.
L'expertise technique et scientifique de référence
MOTS-CLÉS
Traitement thermochimique Matériau bois Procédé de préservation Stabilisation dimensionnelle
KEYWORDS
Thermochemical conversion | Wood material | Preservation process | Dimensional stabilisation
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Modification des propriétés d’usage, qualité
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3. Éléments d’industrialisation
3.1 Fours industriels
Le traitement s’applique au bois massif brut de sciage (avivés, chevrons, lames...). Les réacteurs de rétification ont été développés par la société Fours et Brûleurs Rey selon un principe de chauffe à convection discontinu à lit fixe. L’enceinte est une cellule à double enveloppe en acier inoxydable de géométrie parallélépipédique proche des fours utilisés dans la métallurgie (figures 7 et 8). Deux portes à fermeture étanche par vérins à chaque extrémité permettent l’entrée et la sortie de la charge de bois au moyen d’un chariot roulant sur des rails. Le gaz caloporteur est chauffé au moyen de résistances électriques situées à la périphérie de l’enceinte. Durant le traitement, les volatils issus de la réaction sont recyclés par une boucle de ventilation équipée d’un condenseur. Elle permet la séparation des composés liquéfiables (condensats) des gaz incondensables. Les incondensables contiennent du CO2 qui est réinjecté et complète l’atmosphère inerte du four. La phase organique des jus de pyrolyse peut être traitée et valorisée, ou injectée dans un brûleur et servir d’apport énergétique à un séchage en amont ; la phase aqueuse est évacuée.
La convection des gaz caloporteurs est forcée par des turbines centrifugeuses (une par unité de chauffe). Les gaz circulent latéralement entre les lits de planches. Pendant le cycle de chauffe, les gaz perdent une partie de leur énergie lors de leur passage dans la pile et ils ressortent à une température inférieure. A contrario pendant le refroidissement, les gaz se réchauffent lors de leur passage dans la pile encore chaude. Cette différence de température entrée-sortie des gaz engendre une variation de température de la charge, que l’on s’efforce de minimiser :
-
en disposant d’un débit le plus important possible à l’intérieur de la pile avec des turbines ou des brasseurs à grand débit mais aussi ;
-
en le répartissant de manière homogène dans la pile, sans offrir de passages préférentiels au flux caloporteur ;
-
en inversant périodiquement le sens du flux de gaz au travers des piles.
L’empilement...
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Éléments d’industrialisation
BIBLIOGRAPHIE
-
(1) - WHITE (H.A.), ARBOR (A.) - Process for the partial pyrolysis of wood and product of the same. - Patent 2,360,604, US Patent Office (1944).
-
(2) - STAMM (A.J.), HORACE (K.B.), KLINE (A.A.) - Staywood : heat-stabilized wood. - Ind. Eng. Chem., 38(6), p. 631-634 (1946).
-
(3) - BURMESTER (A.) - Dimensionsstabilisierung von Buchenholz durch Wärmebehandlung unter Druck. - HOB, 1, p. 22-25 (1974).
-
(4) - GIEBELER (E.) - Dimensionsstabilisierung von Holz durch eine Feuchte/Wärme/ Druck-Behandlung. - Holz as Roh-ubd Werkstoff, 41, p. 87-94 (1983).
-
(5) - AVAT (F.) - Contribution à l’étude des traitements thermiques du bois jusqu’à 200 °C : transformations chimiques et caractérisations physico-chimiques. - Thèse École nationale supérieure des mines de Saint-Étienne (1993).
-
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DANS NOS BASES DOCUMENTAIRES
-
Collage du bois. Colles et adhésifs et leurs caractéristiques.
-
Travail mécanique du bois. Opérations de transformation sans outil tranchant.
Anti-shrink treatment for wood United States Patent Office 2,296,316 Alfred J. Stamm 09, 22 (1942)
Procédé de fabrication d’un matériau ligno-cellulosique par traitement thermique et matériaux obtenu par ce procédé n° 8614138, ARMINES (1986)
Procédé de fabrication d’un matériau aggloméré à base d’une matière ligno-cellulosique et matériau obtenu par mise en œuvre de ce procédé. N° 87 00863, ARMINES (1987)
Procédé de traitement du bois à étape de transition vitreuse. N° 9609455, NOW (1996).
Procédé de rétification du bois. N° 9609456, NOW (1996)
Réacteur de rétification du bois. Fours et brûleurs Rey n° 98 09252
US patent 6217939 : Wood Treatment Process
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Site du seul producteur actif (2016) en France situé dans les Vosges.
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NF B51-006 - 1985 - Bois – Détermination du retrait
B 51-008 - 1987 - Bois – Essai de flexion statique – Détermination de la résistance à la flexion statique de petites éprouvettes sans défaut
NF B51-013 - 1985 - Bois – Détermination...
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