Processus de production du panneau MDF

INTRODUCTION GENERALE

  Le bois est indispensable dans la vie humaine depuis des années jusqu’à nos jours. L’homme met en usage son savoir et son savoir-faire pour l’exploiter afin de satisfaire ses besoins. Ces derniers ne cessent de s’accroitre grâce à l’évolution de la technologie, les aspirations de la population, puis, du choix politique de développement du pays. En revanche, l’exploitation du bois sans cesse produit la destruction de l’environnement malgré l’insuffisance de reboisement à Madagascar. En d’autre terme, il s’agit de rendre compétitive notre valorisation du bambou qui fait partie de la biomasse au risque de ne pas disparaitre notre forêt. La mise en œuvre des fibres naturelles cellulosiques de plantes annuelles ou de résidus agricoles ou agro-industriels dans l’élaboration de matériaux de structure composites pour diverses applications à valeur ajoutée, incluant notamment les industries du bâtiment et de l’automobile, est aujourd’hui un domaine de recherche d’intérêt croissant dans de nombreuses régions du monde. Les matériaux composites à matrice minérale et à renforts de fibres naturelles cellulosiques sont dignes d’intérêt mais ce sont les composites à renforts de fibres lignocellulosiques et à matrice organique qui vont retenir notre attention dans ce travail.D’où la raison de la présente étude intitulée « Valorisation du bambou: production d’un panneau de fibre à densité moyenne MDF ». L’objectif de ce travail intitulé est de concevoir et de caractériser un matériau de type panneau de fibre à densité moyenne (MDF) à partir de matières premières locales pour la valorisation de la biomasse en grande quantité à Madagascar. Ce travail de mémoire comporte trois chapitres : le premier relate l’étude bibliographique à savoir la généralité sur le matériau, le bambou, fabrication d’un matériau composite et le second est axé sur l’expérimentation et développe les matériels et méthodes utilisées et enfin, la troisième partie concerne les résultats et les interprétations suivi d’une conclusion.

LE PANNEAU DE FIBRE A DENSITE MOYENNE (MDF)

  Le MDF a été développé aux Etats-Unis et est produit en Europe depuis 1973, mais ce n’est que dans les années 90 qu’il a connu une véritable percée. Pour ce type de panneaux, l’Europe et l’Amérique du Nord sont les grands producteurs et consommateurs. En Asie, avec le Japon comme consommateur, le MDF a un très fort développement. Il se fabrique environ 30 millions de m3/ an de panneaux de fibres dans le monde. Le MDF est un composite formé à sec en mélangeant des fibres lignocellulosiques avec de résines aminoplastes (colles UF, MUF, PF, MDI) et d’autres additifs éventuellement (comme de la cire) consolidé sous l’action de la chaleur et de la pression exercée par une presse. Le MDF peut être usiné, peint et recouvert. C’est un produit apprécié dans la fabrication des meubles et des moulages.

PRINCIPE DE FABRICATION D’UN PANNEAU DE TYPE MDF

  Pour l’ensemble des panneaux de fibres, la fabrication se fait pratiquement suivant le même schéma:
BOIS => DEFIBRAGE => TRAITEMENT DES FIBRES => PREPARATION DU MAT => OPERATIONS DE PRESSAGE => OPERATIONS DE FINITION
La production des panneaux MDF à sec comprend 8 étapes depuis les matières premières jusqu’au produit fini. Fabrication de plaquettes, fibres: Pour la production de MDF, on utilise des morceaux de bois rond écorcé et déchiqueté. La teneur en humidité des morceaux peut s’étendre de 40 à 70% sur une base de poids de séchage au four. Après écorçage, les rondins sont broyés en petites plaquettes tel que des petites particules (fines : 5 – 20 mm) et grands Particles/Peel (surdimensionnés : ≤ 40 mm) sont enlevées des morceaux pendant le criblage. Les retours de fines au processus et aux surdimensionnés sont vendus comme biomasse à un autre moulin. Seulement les morceaux classés appropriés sont alimentés au processus. Les autres morceaux sont lavées afin d’éliminer les éventuelles impuretés telles que minéraux ou métaux, puis les morceaux propres sont ramollis dans un digesteur vapeur-steam-pressurized et puis transportés dans une chambre pressurisée de raffineur (cuites à une température de 140 à 160°C sous une pression de vapeur de 7 à 8 bars). Ensuite, elles passent dans un affineur qui les transforme en fibres et en faisceaux de fibres. Ajout du mélange de colle et séchage : Les fibres et/ou les copeaux de bois sont encollés dans un “blowline”, un tuyau dans lequel les fibres sont soufflées à haute vitesse, le frottement et le contact entre les fibres peuvent aider à distribuer la résine. La colle utilisée est de type UF (Urée Formol) ou MUF (Mélamine Urée Formol) pour les panneaux hydrofuges. En outre, d’autres agrégats peuvent être ajoutés en même temps que la colle pour améliorer par exemple les propriétés ignifuges du panneau.Ensuite, les fibres sont séchées dans le dessiccateur de tube d’air chaud à des températures audessous de 180°C et stockées dans un petit silo tampon pour le pendistor ou formatrice du matelas. Formation du matelas : Dans la station de formage, les fibres séchées (contenu d’humidité 7-9%) sont étalées sur un tapis ou l’air est aspire par le dessous de sorte que ces fibres forment un matelas appelé gâteau de presse. Le matelas de fibres étalées mesure près de 30 fois l’épaisseur du panneau en fin de chaine de production. Pour la formation du matelas, l’industrie utilise surtout des conformatrices à aspiration mais aussi des conformatrices mécaniques. Les fibres sèches et encollées arrivent sur une toile métallique mobile où elles se déposent, formant le matelas (une fibre de natte).Le pressage: Le tapis est pressé entre deux plateaux chauds. La chaleur est transférée des plateaux au tapis. Ce processus peut être très lent, car l’air reste emprisonné dans le tapis et l’humidité s’évapore pendant ce processus. Cela prend également beaucoup de temps à transférer la chaleur jusqu’au centre du tapis. L’air et la vapeur s’échappent à partir de la périphérie du tapis. La température à la surface du tapis est plus élevée qu’au centre pendant le cycle de pressage. Pressage du panneau : Le pressage de panneaux MDF s’effectue en deux étapes. D’abord, le gâteau de presse passe dans une presse à bande ou son épaisseur est réduite et où il acquiert une certaine robustesse. Ensuite, les bords sont équarris et le tapis est passe dans la presse principale en continu. La presse en continu comprend deux bandes en acier introduites dans la presse par un système de chaines. Les panneaux sont ainsi comprimés à température et pression élevées. En sortie de presse, les panneaux sont scies à longueur. En principe, les panneaux peuvent être produits sur une longueur illimitée, mais la longueur du panneau MDF est limitée par les possibilités inhérentes à l’empilage et la suite du traitement (ponçage et sciage). Après la formation, on soumet le matelas à un pré pressage pour lui donner la cohésion nécessaire au transfert de convoyeur et au chargement dans la presse. On passe ensuite au pressage à chaud environ 170 – 230°C où l’objectif est de compacter le matelas au niveau voulu de densité et d’épaisseur, de polymériser la résine pour lier les fibres et de stabiliser le panneau. Les usines modernes utilisent des presses à étages multiples, ou en continu. Les nouvelles usines tendent à choisir les presses en continu.Traitements finaux : Lorsque les panneaux sortent de la presse et sont scies une première fois a longueur, ils sont refroidis avec de l’air ambiant dans un carrousel de refroidissement. Ensuite, les panneaux sont stockes temporairement dans un local climatise pour garantir la stabilisation complète des panneaux. Apres l’acclimatation, les panneaux sont ponces avec une ponceuse à 4 têtes, de manière a calibrer et poncer les panneaux avec des grains de 60, 80, 100 et 150. Avant que les panneaux soient stockes pour l’expédition, ils sont scies a mesure et conditionnes avec le plus grand soin. Les panneaux sont ensuite transférés à une roue de refroidissement puis laissés quelque temps dans une aire de maturation. Suivent les étapes de finition où ils sont taillés, poncés, inspectés, laminés ou peints. La tendance est à l’automatisation complète de toutes ces opérations.

CONCLUSION GENERALE

  Ce mémoire de fin d’études montre une application industrielle du bambou grâce à son abondance et son incroyable multiplication. Les essais effectués dans le cadre de ce travail, ont illustré que la valorisation des bambous par le panneau de fibre MDF est faisable sur les plans technique, économique et financier. Nous avons procédé à la fabrication d’un matériau composite. Ensuite, la partie matériel et méthode nous montre l’étude de procédé de fabrication d’un panneau de fibre MDF; le procédé a été réalisé à sec. Effectivement, l’utilisation de la colle thermodurcissable urée formol renforce le panneau mécaniquement et physiquement grâce à son unique caractéristique. La caractérisation du matériau montre ses propriétés spécifiques qui dépendent de la méthode de production, de la qualité des matières premières et de la composition de la colle.Du point de vue environnemental, la réalisation de ce travail doit être accompagnée d’une analyse environnementale. Les adhésifs les plus utilisés dans l’industrie des panneaux sont des résines à base d’urée formol. Le formaldéhyde employé fait partie de « composés organiquesvolatils » (COV), susceptible de passer à l’état gazeux. Ainsi, les panneaux obtenus libère probablement de formaldéhyde dans l’atmosphère au moment de la fabrication des panneaux jusqu’à la fin de leur usage. Par conséquent, le formaldéhyde est classé à la substance du groupe A (probablement cancérigène aux humains) par l’Agence Internationale pour la Recherche sur le Cancer (IARC); de plus, il provoque aussi des irritations des yeux et des voies respiratoires supérieurs. En tout cas, le panneau de fibre MDF est une ressource motivante: c’est un véritable matériau écologique, biodégradable. Ainsi la valorisation du bambou constitue une solution écologique pour Madagascar pour ne pas s’attaquer aux autres types de bois entrainant parfois la déforestation et participant aux effets néfastes du changement climatiques. En conclusion, le projet contribuera à lutter contre la pauvreté par la résorption du chômage, la lutte contre la déforestation. Il permettra aussi à la zone d’implantation de se développer rapidement

Table des matières

Remerciement
Sommaire
Listes des figures
Liste des tableaux
INTRODUCTION GENERALE
PARTIE A : ETUDE BIBLIOGRAPHIQUE
I. Généralités sur le matériau
I. 1- Définition
I. 2- Types de composites
I.3- Les constituants d’un matériau de type panneau MDF
II. La matière première : bambou
II-1. Historique
II- 2. Généralité
II-2.1. Morphologie
II-2.2. Physiologie
II-2.3. Les maladies et parasites
II-2.4. Classifications
II-3. La répartition
II-3.1. Répartition mondiale
II-3.2. Quelques exemples d’espèces de bambou
II-4. Raison du choix du bambou
II-4.1. La filière bois à Madagascar
II-4.2. Justification du choix du bambou
II-5. Valorisation du bambou
II-5.1. Construction
II-5.2. En menuiserie
II-5.3. En agriculture
II-5.4. En transport
II-5.5. En artisanat
II-5.6. Autres
III. Fabrication d’un matériau composite
III- 1. Procédé par lamellé collé
III- 2. Panneaux de fibres à densité moyenne (MDF)
Partie B: MATERIELS ET METHODES
Introduction
I. Elaboration du matériau
I. 1. But
I. 2. Principe
I. 3. Les matières premières
I. 4. Expériences au laboratoire
II. Processus de production de lamellé-collé
II.1. Schéma de fabrication de lamellé-collé
II. 2. Coupe
II. 3. Dimensionnement
II. 4. Carbonisation et purification
II. 5. Séchage, pesage et trempage
II. 6. Collage, moulage et pressage
II. 7. Démoulage
III. Processus de production du panneau MDF
III.1. Schéma de la fabrication du panneau MDF
III. 2. Coupe
III. 3. Déchiquetage
III. 4. Traitement chimique et thermique
III. 5. Séchage et trempage
III. 6. Collage, moulage et pressage
III. 7. Démoulage
Partie C: RESULTATS, INTERPRETATION ET DISCUSSIONS
I. Panneau MDF conforme à la norme NF EN 622-5
II. Caractéristique d’un panneau MDF au LNTPB
II. 1. Dimension
II. 2. Propriété physique
a) Masse volumique
b) Taux d’humidité
c) Coefficient d’absorption d’eau
d) La résistance thermique
II. 3. Propriété mécanique
II. 3. 1. Mesure du module d’élasticité MOE
II. 3. 2. Module de la résistance à la flexion MOR
II. 4. Tableau comparatif des résultats
III. Interprétations et discussions
CONCLUSION GENERALE
REFERENCES BIBLIOGRAPHIQUES
ANNEXE 1
ANNEXE 2
ANNEXE 3

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