Les panneaux à base de bois

Les panneaux de fibres

Généralités

Les panneaux de fibres sont la combinaison des fibres lignocellulosiques avec des liants comme les colles UF, MUF, PF et MDI ou des minéraux comme le ciment ou sans liant à partir d’un procédé sec ou humide. Cette fibre est obtenue par déstructuration du bois par différents procédés mécaniques, thermomécaniques, chimiques ou chimico-thermomécaniques. Sous l’action de la pression et la chaleur, des matelas de fibres sont comprimés jusqu’à une densité défmie. Ces panneaux présentent une structure beaucoup plus homogène que les panneaux de particules et ceux de type contreplaqué, car les éléments de base qui sont les fibres seront totalement réarrangés au hasard sans direction privilégiée (FAO, 1993). Le produit obtenu est défini selon la densité finale du panneau : panneau de fibres à basse, moyenne ou haute densité. Les panneaux à basse densité sont appelés souvent les panneaux de fibres isolants et ceux de haute densité sont appelés les panneaux de fibres durs. Ces panneaux agissent différemment mécaniquement et physiquement en fonction du type et de l’épaisseur de produit. La Norme ANSI A208 liée aux panneaux de fibres d’utilisation intérieure (surtout les panneaux MD F) a défini une classification en fonction des valeurs du module de rupture, du module d’élasticité, de traction, de résistance à l’arrachement des vis et de gonflement. La norme ASTM D 1554 a précisé aussi les sous-niveaux du MDF selon les intervalles de densité : faible en deçà de 640 kg/m3,moyenne entre 640 et 800 kg/m3 , et élevée au-delà de 800 kg/m3 Les panneaux de fibres sont beaucoup demandés grâce à l’usinabilité de leurs chants et à leur surface exceptionnellement lisse. La plus grande part de la production de panneaux MDF aux États-Unis est destinée au marché des meubles. Pour ce secteur d’activité, il y a eu une augmentation de la consommation de 42% au cours des années 80 et de 56% au cours des années 90. Cependant, depuis 2002, l’utilisation du panneau MDF pour les meubles a connu une chute de 10% entre 2002 et 2005 (Belley, 2009).
les anneaux de fibre MDF ayant des faibles épaisseurs sont utilisés pour les parties inférieures des tiroirs, de meubles et l’emballage. Pour des épaisseurs plus grandes (4-8mm), ces panneaux sont utiles pour les revêtements des murs, les meubles et les planchers stratifiés. Les panneaux ayant des épaisseurs élevées (8-80mm) peuvent servir comme des armatures* et supports. Ils sont aussi utiles pour les composants des fenêtres et la fabrication des armoires et d’autres meubles. Ils peuvent aussi servir pour fabriquer les cœurs des portes (Vidal Bastias, 2006). Les panneaux de fibres durs (haute densité) sont utilisés surtout pour les meubles (les fonds et les dos des tiroirs) et dans les constructions. Les panneaux de fibres isolants (à basse densité) sont utilisés soit pour les faux-plafonds soit pour l’isolation thermique et acoustique.

 L’industrie des panneaux de fibres

Il y a plusieurs siècles, les Égyptiens et les Japonais fabriquaient des produits à l’aide de fibres de bois et de colle naturelle. Ce produit a été fabriqué industriellement en Angleterre vers la fin du dix-huitième siècle. Cette technique de fabrication a traversé l’Atlantique pour rejoindre l’Amérique où une première usine des panneaux de fibres a été bâti (Belley, 2009). Cette usine spécialisée en panneaux de fibres à moyenne densité (MDF) a été construite à Deposit, New York en 1965 et depuis ce temps l’industrie du MDF a connu le taux de croissance le plus élevé dans l’industrie des panneaux agglomérés à base de bois à l’échelle mondiale. Entre 1965 et 1966, la production de l’industrie canadienne des panneaux de fibres est passée de 318 400m3 à 865 600m3 Entre 1995 et 2004, la production a triplé pour atteindre une production de 2 130 000 m3 . Ces deux augmentations remarquables ont été suivies par une énorme chute de 60% qui a coïncidé avec la crise économique mondiale entre 2007 et 2012.
Depuis 2012, la production canadienne des panneaux de fibres a augmenté pour atteindre 1, 12 million de m3 en 20 17 représentant ainsi, 1% de la production mondiale (Figure 1.3). De nos jours, les usines nord-américaines font face à la concurrence asiatique. Depuis quelques années, l’importation de panneaux de fibres provenant de l’Asie a connu une forte augmentation aux États-Unis (Belley, 2009). La figure 1.4 confirme la dominance de l’Asie dans la production des panneaux de fibres dans ces dernières années. En 2017, elle a contribué de 63% de la production mondiale pour atteindre 75millions de m3 L’industrie chinoise a clôturé l’année 2017 avec une production de 60 millions de m3 , multipliant ainsi, par 12 le chiffre réalisé en 2000.

Les panneaux de fibres isolants

En 1909, Un panneau rigide fabriqué dans un moule et séché au soleil à partir de pâte à papier à base de fibres de bois fut le premier panneau isolant au Canada. En 1914, une usine de fabrication commerciale de panneaux isolants a été lancée par la compagnie Minnesota and Ontario Paper Co. aux États-Unis (Lewis et al., 1965). Ces panneaux isolants sont fabriqués pour des utilisations dans la construction de bâtiments qui exigent des panneaux légers, rigides et ayant des bonnes propriétés d’isolation thermique. Dans les développements ultérieurs, les panneaux isolants ont été utilisés non seulement pour l’isolation thermique, mais aussi pour la résistance structurelle ou pour la suppression de la réflectance acoustique. Dans la pratique, on distingue deux types de panneaux isolants : Ceux pour des usages internes ayant une couleur claire uniforme et généralement peint en usine et d’autres pour des usages externes. Ces derniers sont imprégnés et enduits d’asphalte pour améliorer leur résistance à l’eau. Les fibres de bois sont enlacées et fusionnées avec de la cire naturelle grâce à la chaleur et à la pression et les colles synthétiques ne sont pas nécessaires.
Contrairement aux panneaux de fibres isolants, les panneaux de fibres à densité moyenne nécessitent une adhérence supérieure à celle fournie par les liaisons naturelles. Pour cela, une résine thermoplastique est utilisée pour produire des liens plus forts. Pour les panneaux de fibres durs, les fabricants utilisent des résines phénoliques comme liants. Ces résines augmentent la résistance à l’eau ainsi que la force d’adhérence. L’humidification des panneaux isolants n’est pas une pratique courante car la teneur finale en humidité à la sortie des séchoirs est inférieure à l’équilibre cible pour la plupart des utilisations. Cependant, la porosité de ces panneaux peut causer des changements d’humidité lors de leur exposition à des changements climatiques. Pour remédier à ces changements, les fabricants recommandent un conditionnement en milieu de travail avant la mise en service (Lewis et al., 1965).
Chen et al. (2015) ont fabriqué des panneaux de fibres isolants à partir de fibres végétales seulement selon un procédé humide sans chauffage, pressage et adhésifs courants. Ils ont suggéré que ces panneaux sont économiques et sans danger pour la santé humaine. Ils ont confirmé aussi leurs excellentes propriétés telles que la basse densité par rapport aux autres panneaux de fibres et une faible conductivité thermique.
Cependant, cette faible densité a causé des faiblesses au niveau des propriétés mécaniques qui ont limité leur application. Pour remédier à ces limites, Chen et al. (2015), se sont intéressé à l’amélioration des propriétés mécaniques des panneaux de fibres isolants par l’incorporation des composés inorganiques tels que le Silicium (Si) et l’aluminium (Al). Les résultats ont indiqué que les propriétés mécaniques et ignifuges ont été améliorées. Des résultats spectroscopiques FTIR ont révélé que des liaisons covalentes ont été formées entre les charges inorganiques de Si-Al et les fibres de bois. De plus, d’autres études antérieures ont confirmé que les conditions de traitement des charges inorganiques et leur incorporation affectent de manière
significative les propriétés des panneaux isolants. Par exemple, l’étude de Fu et al. (2011) qui ont confirmé des améliorations au niveau des propriétés mécaniques en ajoutant le dioxyde de silicium Si02 et l’étude de Mahr et al. (2012) qui a évalué l’effet du dioxyde de titane Ti02 sur ces mêmes propriétés. Müller et al. (2008) ont fabriqué des panneaux de fibres isolants produits par voie humide en ajoutant des quantités croissantes de liant contenant 10, 20 et 30 %d’amidon de pomme de terre.

Table des matières

Liste des figures
Liste des tableaux
Liste des acronymes
Résumé
Abstract
Introduction
Chapitre I
Revue de littérature
1.1. Les panneaux à base de bois
1.2. Les panneaux de fibres
1.2.1. Généralités
1.2.2. L’industrie des panneaux de fibres
1.2.3. Les panneaux de fibres isolants
1.2.4. Le procédé de fabrication des panneaux de fibres
1.3. Les procédés de mise en pâte
1.3.1. Procédé de mise en pâte mécanique de la meule
1.3.2. Procédé de mise en pâte thermomécanique (TMP)
1.3.3. Procédé de mise en pâte chimico-thermomécanique (CTMP)
1.3.4. Procédé de mise en pâte chimique
1.4. Liants utilisés dans 1′ industrie des panneaux
1.4.1. Liants aminoplastes
1.4.2. Liants phénoplastes
1.4.3. Les colles isocyanates
1.4.4. D’autres alternatives: l’amidon
1.5. Mécanismes d’adhésion pour les panneaux de fibres fabriqués sans liants
1.6. L’industrie papetière
1. 7. Les boues papetières
1. 7.1. Définition
1. 7.2. Les traitements des effluents
1. 7.3. Réglementations sur les effluents
1. 7.4. Caractérisation physico-chimique des boues
1. 8. Valorisation des boues
1.8.1. Enfouissement
1.8.2. Les traitements thermiques
1.8.3. Biocarburants
1.8.4. Valorisation agricole
1.8.5. Réinjection de la boue
1.8.6. Potentiel des boues pour la fabrication des panneaux
Chapitre II
Matériel et méthodes
2.1. Matières premières
2.1.1. Les fibres de bois
2.1.2. Les boues de dés encrage
2.1.3. Les boues secondaires
2.1.4. L’amidon
2.2. Méthodes
2.2.1. Fabrication des panneaux
2.2.2. Plan des formulations
2.2.3. Spectroscopie FTIR
2.2.4. Analyse thermogravimétrique (ATG)
2.2.5. Analyseur de la qualité des fibres METSO
2.2.6. Les tests mécaniques
2.2. 7. Les profils de densité
2.2.8. Analyses microscopiques
2.2.9. Stabilité dimensionnelle
2.2.1 O. Analyse statistique des résultats
Chapitre III
Résultats et discussions
3.1. Essais préliminaires
3.2. Caractérisation des matières premières
3.2.1. Spectroscopie infrarouge (FTIR)
3.2.2. Analyse thermogravimétrique (ATG)
3.2.3. Analyse de la qualité des fibres
3.3. Effet des différents facteurs sur les propriétés mécaniques et physiques des
panneaux par analyse de variances ANOV A
3.4. Caractérisation mécanique des panneaux
3.4.1. Résistance à la flexion trois points
3.4.2. La cohésion interne
3. 5. Propriétés physiques des panneaux
3.5.1. Les profils de densité
3.5.2. Stabilité dimensionnelle
3.5.3. Analyse microscopique
Conclusions générales 
Références

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