Plateforme WOHTOC du LERMAB

Le traitement thermique du bois

En pleine crise pétrolière, dans les années 1976 à 1977, débutent des travaux dans les Ecoles des Mines de Paris et de Saint Etienne, sur le traitement thermique du bois. Ces études sollicitées par l’Etat Français avaient pour but de développer des énergies renouvelables à partir de matière végétale. Parmi les végétaux étudiés le bois sembla être le plus intéressant. La première approche du traitement thermique du bois fut donc énergétique. Quelques années plus tard, apparut le bois dit Torréfié, dont les promoteurs furent Bourgois et Guyonnet (1988) de l’Ecole des Mines de Saint Etienne. Ce matériau était considéré comme étant une source énergétique située entre le charbon et le bois de chauffage. Dans les années 80 les mêmes chercheurs qui avaient mis au point le bois Torréfié étudièrent les effluents gazeux et liquides issus du procédé ainsi que le matériau solide. C’est ainsi que des propriétés intéressantes, comme l’augmentation de la stabilité dimensionnelle ou la durabilité face aux attaques fongiques, furent mises en évidence. La voie énergétique fut abandonnée au profit de la production d’un nouveau matériau, dénommé à présent bois Rétifié.

Le principe du traitement repose sur une pyrolyse ménagée à une température inférieure à 250°C, sous atmosphère inerte contrôlée. D’un point de vue physico-chimique, les nouvelles propriétés du bois résultent de la dégradation sélective des principaux polymères du bois (hémicelluloses, cellulose et lignine). Durant le traitement sont obtenus dans les fumées de nombreux sous-produits, comme de l’eau, du dioxyde de carbone, du furfural, de l’acide acétique et du méthanol ; au sein du matériau on note aussi la forte dégradation des hémicelluloses et la modification du réseau polymère de la lignine.

Un nouveau matériau

Le nouveau matériau ainsi produit a des nouvelles propriétés intéressantes. De couleur claire, le bois devient foncé le rapprochant ainsi de la teinte des bois exotiques. La stabilité dimensionnelle, après une reprise d’humidité et séchage, est très nettement améliorée. Le bois est donc plus stable en présence d’eau, il ne se déforme plus. Enfin, de façon très notable, le bois devient résistant à l’attaque des champignons et pourritures (à l’exception de celles et ceux présents au contact du sol). Le matériau est donc naturellement protégé contre ce type d’attaque sans avoir recours à l’imprégnation de produits chimiques toxiques.

Le bois traité thermiquement peut donc être utilisé en intérieur en présence d’atmosphères humides ou en extérieur (hors contact du sol) sans subir de détériorations.

Un prétraitement utile à la filière énergie

La contrepartie de ce traitement est l’affaiblissement des propriétés mécaniques, en raison de la dégradation d’une faible partie des biopolymères (10% en masse). Cet affaiblissement ne remet pas en cause son utilisation comme bois d’œuvre, bardage, terrasses, etc. Cet inconvénient peut même devenir un atout si l’on considère le bois traité thermiquement comme un matériau pré-traité pour la filière énergie. En effet l’utilisation du bois dans la filière énergie industrielle passe obligatoirement par sa division en solides de petites tailles. Le bois doit être broyé avant d’être injecté dans des chaudières, gazéifieur ou autre. Cette étape est très énergivore et délicate à mettre en place sur une ressource ligocellulosique comme le bois. Après traitement thermique le broyage devient facilement réalisable pour des coûts d’exploitation fortement amoindris. La diminution de la résistance mécanique et la faible reprise en eau facilitent la division du bois.

Notre projet s’inscrit dans la production de matériaux bio-sourcés, biodégradables, pour remplacer les bois imprégnés chimiquement en voie d’interdiction. Le procédé utilisé, le traitement thermique, est un procédé innovant à faible impact environnemental et économe.

Ce procédé de production est connu depuis les années 1980, une demi-douzaine de technologies différentes ont été développées. Malgré ce fort développement ce produit peine à gagner des parts de marché sur celui des bois imprégnés dont il vise la substitution.

Deux raisons principales peuvent être retenues pour expliquer ce manque d’engouement des clients : malgré la qualité intrinsèque du produit et son faible impact environnemental, l’offre sur le marché économique est insatisfaisante en raison de la disparité de sa qualité, mais aussi par la grande difficulté à produire un matériau compétitif en raison des quantités de rebus, et des retours clients. Un verrou technologique subsiste donc : le contrôle de la qualité du produit final. Ce verrou est la conjoncture d’une mauvaise maitrise du processus de  transfert thermique dans la pile de bois à traiter, d’une mauvaise connaissance du processus de thermo dégradation (incapacité de déterminer le temps du traitement) et de l’impact de l’intensité de traitement sur les nouvelles propriétés conférées au bois. Il en résulte un matériau hétérogène en qualité dans la charge traitée. Il semblerait que dans l’historique de la mise au point de ce procédé innovant, un déficit au niveau du changement d’échelle ait eu lieu, pour que cette filière industrielle se retrouve sans aucun dispositif de contrôle et de conduite des fours.

Notre démarche vise à lever ce verrou technologique. L’approche modèle que nous proposons doit permettre de maîtriser le temps de traitement, la qualité du produit et son homogénéité. Au final des gains en termes de qualité mais aussi en termes de coût de production et d’impact environnemental ou d’empreinte carbone (diminution de la consommation d’énergie) sont attendus. Une analyse du cycle de vie et d’empreinte carbone sera réalisée.

Il est ainsi possible de chiffrer le gain entre un four non piloté et un four piloté (C’est le projet de ce programme) :

• réduction de 50% des rebus de cuisson (conduite du four),
• réduction de 80% des retours clients (contrôle qualité),
• optimisation des cycles de cuisson engendrant une réduction des coûts d’exploitation de 30% (durée du traitement).

Au final une réduction du coût global de production de 20 à 40% est attendue rendant ainsi le procédé compétitif face à l’industrie du bois imprégné.

La modélisation de la cinétique de thermo dégradation doit nous permettre, en fonction de l’intensité de traitement désirée, de déterminer avec précision le temps de traitement. Calculé au plus juste il est source d’économie d’énergie et donc de réduction d’impact environnemental et d’empreinte carbone. Il permet également de monter un business plan plus sérieux en affinant le temps et le coût de l’amortissement de l’outil de production qui est une source de bonne gestion de l’outil, de gain de compétitivité et de gain de part de marché. La production d’un produit de qualité homogène et certifiée, sera une force de développement du produit pour conquérir de nouveaux utilisateurs et de nouveaux marchés.