pour un substrat de culture

La présente invention concerne un procédé de préparation de fibres de bois destinées à entrer dans la composition d'un substrat de culture, selon lequel on introduit des copeaux de bois dans un fourreau de défibrage contenant deux vis parallèles entraînées en rotation de manière à engrener l'une dans l'autre par leurs filets respectifs, lesdits filets présentant successivement, dans le sens allant de l'amont vers l'aval, au moins une série amont et une série aval de tronçons comprenant chacune une zone amont d'entraînement dans laquelle les copeaux sont entraînés vers l'aval et une zone aval de freinage à travers laquelle les copeaux sont forcés sous l'effet d'entraînement procuré par la zone amont, les copeaux étant ainsi entraînés dans le fourreau en étant freinés dans les zones de freinage et en étant transformés en fibres que l'on récupère en sortie du fourreau de défibrage.

On connaît l'intérêt d'utiliser les fibres de bois dans la composition d'un substrat de culture.

Par exemple, le brevet français FR 2 248 780 déposé en 1974, divulgue des milieux de culture réalisés à partir de fibres de bois, sans s'intéresser précisément au procédé d'obtention de telles fibres.

Le brevet européen EP 0 472 684 divulgue un procédé et une installation pour fabriquer un substrat de culture remplaçant la tourbe et préconise de désagréger un matériau organique fibreux tel que des copeaux de bois, d'y mélanger des substances d'appoint, et de réduire en fibres et de broyer ce mélange dans une broyé use à deux vis parallèles contrarotatives, avec une maîtrise de la température nécessitant un chauffage ou un refroidissement. Le matériau obtenu n'est pas homogène et doit être tamisé pour recycler en entrée de la broyeuse les bûchettes trop grosses. Ce document préconise de porter les fibres à des températures de 60°C à 120°C en vue de les stériliser et de les sécher.

Le brevet européen EP 0 324 689 divulgue également un procédé et une installation pour fabriquer un substrat de culture à partir de fibres de bois. Pour obtenir ces fibres, ce document préconise d'utiliser une machine à deux vis parallèles tournant dans le même sens et engrenant l'une dans l'autre. Ces deux vis sont munies de filets à pas successivement direct et inverse pour déterminer une succession de zones d'entraînement et de zones de compression, les filets à pas inverse étant munis de fenêtres à travers lesquelles passe le matériau. Un liant adhésif visant à agglomérer les fibres est introduit au cours du défibrage. Selon ce procédé, le temps de passage de la matière dans la machine est très rapide, de l'ordre de quelques secondes. Pour assurer l'obtention de la température nécessaire à la stérilisation des fibres, la machine est munie de jaquettes de chauffage en amont de la zone d'introduction du liant adhésif. De plus, dans la mesure où le liant adhésif est thermodurcissable, la machine est également munie de jaquettes de refroidissement dans la région de l'introduction de ce liant, pour éviter son durcissement. Ainsi, la machine est relativement complexe et consommatrice en énergie.

L'invention vise à proposer un procédé de préparation de fibres de bois destinées à entrer dans la composition d'un substrat de culture, sensiblement exempt des inconvénients mentionnés ci-dessus.

Ce but est atteint grâce au fait que la durée de séjour des copeaux dans le fourreau est comprise entre 15 et 80 secondes et on assure une pression au moins sensiblement égale à 90 bars à l'amont de la zone aval de freinage de la série amont, de telle sorte qu'une température comprise entre 120°C et 150°C soit atteinte dans le fourreau sans apport extérieur de chaleur.

A la suite de nombreux essais, la demanderesse a constaté que cette combinaison de temps de séjour et de pression permet, sans apport de chaleur externe, d'obtenir la plage de températures nécessaire à la stérilisation ou à la décontamination des fibres sans apport extérieur de chaleur, tout en évitant que la température ne devienne excessive, ce qui brûlerait les fibres. La demanderesse a en effet constaté qu'une température supérieure à 150°C a tendance à provoquer une cuisson du bois s'apparentant à un début de torréfaction ou à une thermo- stabilisation, ce qui nuit à ses qualités comme substrat de culture, en particulier en réduisant son hydrophylie et sa capacité de rétention d'eau. Comme on le verra dans la suite de la présente demande, cette pression de l'ordre d'au moins 90 bars peut en particulier être obtenue, en tenant compte de la longueur des vis parallèles et de leurs zones d'entraînement et de freinage, de leur vitesse de rotation et de la charge du fourreau en copeaux de bois. Il s'agit de la somme des pressions statique et dynamique dans le fourreau. La pression maximale est atteinte en amont de la première zone de freinage, c'est-à-dire immédiatement à l'amont de la zone aval de freinage de la série amont, au niveau de l'interface entre la zone d'entraînement amont de cette série et ladite zone de freinage aval. Dans la partie aval du fourreau par rapport à cet endroit, la pression tombe pour s'approcher de la pression atmosphérique. Cette baisse de pression, après la très forte compression, permet l'injection d'additifs.

De plus, la durée de séjour de l'ordre de 15 à 80 secondes permet de soumettre les fibres à la température de 120°C à 150°C pendant un laps de temps suffisamment long pour assurer la décontamination des fibres en microorganismes néfastes.

Avantageusement, on assure une pression comprise entre 90 bars et 130 bars à l'amont de la zone aval de freinage de la série amont.

La pression peut être maintenue dans cette plage en agissant sur le débit d'alimentation du fourreau en copeaux de bois à défibrer. Les essais réalisés par la demanderesse l'ont conduite à constater que, dès lors que la pression reste dans cette plage, la température peut rester dans la plage de 120°C à 150°C sans apport extérieur de chaleur ni refroidissement.

Avantageusement, la durée de séjour des copeaux dans le fourreau est comprise entre 25s et 60s.

Cette durée, tout en étant relativement brève de manière à permettre un rendement de production élevé, s'avère suffisamment longue pour permettre, dans les conditions de pression évoquées plus haut, l'obtention de la température nécessaire à la décontamination des fibres.

Avantageusement, on fait tourner les vis à une vitesse comprise entre 250 et 400 tours par minute, de préférence entre 300 et 380 tours par minute.

Cette vitesse de rotation s'avère être assez élevée pour assurer un défibrage efficace des copeaux. La longueur des vis et la charge du fourreau en copeaux de bois peuvent alors être déterminées pour assurer le temps de séjour souhaité des fibres dans le fourreau. Par exemple, on choisira des vis dont la longueur est comprise entre 1600mm et 3000mm.

Si la longueur des vis excède 2000 ou 2300 mm, il est avantageux de prévoir qu'elles comportent, en plus des séries amont et aval de tronçons, une série intermédiaire, ayant également une zone amont d'entraînement et une zone aval de freinage.

Avantageusement, dans les zones amont d'entraînement, on met les copeaux au contact de filets à pas direct, tandis que, dans les zones aval de freinage, on met les copeaux au contact de filets à pas inverse.

Ceci est une façon simple de réaliser les zones amont d'entraînement et aval de freinage.

Avantageusement, dans les zones aval de freinage, on fait passer les copeaux à travers des encoches que présentent les filets.

Dans ce cas, avantageusement, dans la zone aval de freinage, chaque filet à pas inverse de la zone aval de freinage de la série aval comporte de 2 à 6 encoches et le rapport R _sd entre la somme des sections des encoches d'un tel filet et le débit de fibres sortantes est compris entre 60 et 80 mm ² / m ³ h ^' de préférence entre 70 et 75 mm ² /m ³ h ^"1 .

Ainsi, les encoches étant déterminées comme indiqué ci-dessus, l'alimentation du fourreau en copeaux qui détermine la charge du fourreau en copeaux est réalisée de telle sorte que le rapport entre la somme des sections des encoches d'un filet et le débit de fibres sortantes soit dans la plage indiquée ci-dessus. Dans ces conditions, une pression d'au moins 90 bars est obtenue de manière simple, sans nécessiter une structure de fourreau complexe. Le débit de fibres sortantes est déterminé en mesurant, selon la norme NF EN 12580, le volume de fibres recueillies à la sortie du fourreau exprimé en m ³ , en une heure.

L'invention sera bien comprise et ses avantages apparaîtront mieux, à la lecture de la description détaillée qui suit, d'un mode de réalisation décrit à titre d'exemple non limitatif.

La description se réfère aux dessins annexés sur lesquels :

- la figure 1 est une vue schématique de dessus d'une installation de défibrage permettant la mise en œuvre du procédé de l'invention, dans laquelle la paroi du fourreau est coupée ;

- la figure 2 est une vue schématique correspondant à une vue de l'installation de la figure 1 en coupe dans le plan II-II de la figure 1, les parties de la vis 14 présente dans ce plan étant omises ;

- la figure 3 est une coupe selon la ligne III-III de la figure 1 ; et - la figure 4 est un graphique illustrant la répartition granulométrique des fibres obtenues. L'installation représentée sur les figures comprend un fourreau 10 dans lequel sont disposées deux vis 12, 14 engrenant l'une dans l'autre. En effet, l'entraxe e entre les deux vis est inférieur au diamètre extérieur de leurs filets. Les arbres 12A et 14A des vis 12 et 14 sont entraînés en rotation par un moteur M et supportés en rotation par des paliers, tels que les paliers 15.

Comme on le voit mieux sur la figure 3, la paroi externe du fourreau a la forme de deux portions de cylindres sécantes adaptées, chacune, au diamètre des vis 12 et 14. Le fourreau présente, de préférence sur toute sa longueur, un capot ouvrant formant l'une de ses parois longitudinales pour permettre sa maintenance et son débourrage, si nécessaire.

Les copeaux ou plaquettes 16 devant être défibrés, c'est-à-dire réduits en fibres, sont chargés dans le fourreau par une alimentation 20, située à l'extrémité amont 10A du fourreau et ayant par exemple la forme d'une trémie située sur la face supérieure du fourreau, dans laquelle les copeaux sont acheminés par tout moyen approprié, par exemple par un convoyeur à vis, non représenté.

A son extrémité aval 10B, le fourreau présente une sortie 22. Il s'agit par exemple d'une goulotte située à la face inférieure du fourreau et laissant tomber les fibres 24 par gravité sur un convoyeur à bande 26. Ce convoyeur peut être équipé d'un tunnel (non représenté), ventilé par un gaz tel que de l'air, de préférence filtré, pour progressivement refroidir les fibres lors de leur convoyage.

L'ouverture de la paroi du fourreau formée à l'alimentation 20 est avantageusement symétrique par rapport au rapport au plan vertical médian entre les axes 12A et 12B des vis pour assurer la bonne répartition des copeaux sur les deux vis dès leur entrée dans le fourreau. De même, l'ouverture formée à la sortie 22 du fourreau est avantageusement symétrique par rapport au même plan vertical.

Du fait de la rotation des vis, les copeaux sont entraînés dans le sens S allant de l'amont vers l'aval.

Dans la paroi inférieure du fourreau sont disposés un ou plusieurs filtres d'extraction 28 servant à l'extraction des jus provenant du défibrage ou les eaux de lavage des copeaux, permettant ainsi de réguler l'humidité finale du produit. Par exemple, ces filtres sont placés à l'extrémité amont des zones de freinage qui seront décrites dans la suite.

Les deux vis 12 et 14 tournent dans le même sens R et à la même vitesse de rotation. En effet, sur chaque tronçon des vis en vis-à-vis, les filets des deux vis sont de même sens.

Pour chaque vis, les filets présentent une série amont SM et une série aval SA de tronçons. En l'espèce, les filets présentent en outre une série intermédiaire SI située entre les série amont SM et aval SA. Ainsi, les séries SM, SI et SA sont disposées successivement depuis l'amont vers l'aval du fourreau.

Chacune de ces séries comprend elle-même une zone amont d'entraînement, respectivement SME, SIE et SAE pour les séries amont, intermédiaire et aval, ainsi qu'une zone aval de freinage, respectivement SMF, SIF et SAF pour les séries amont intermédiaire et aval. Ces zones d'entraînement et de freinage sont respectivement qualifiées de amont et de aval car, pour chaque série, la zone d'entraînement est en amont de la zone de freinage dans le sens S d'avancement des copeaux en cours de défibrage.

On voit que, dans les zones d'entraînement SME, SIE et SAE, les filets 12B et 14B des vis 12 et 14 sont à pas direct. Ceci signifie que, par la rotation des vis dans le sens R, ces filets font naturellement avancer vers l'aval le matériau qui est situé entre eux. En revanche, dans les zones de freinage SMF, SIF et SAF, les filets 12B et 14B sont à pas inverse, c'est- à-dire que la rotation des vis dans le sens R tend à faire reculer vers l'amont le matériau situé entre eux.

Il en résulte que, pour chaque série, le matériau en cours de défibrage a tendance à s'agglutiner à l'interface entre la zone d'entraînement et la zone de freinage. Pour permettre quand même l'acheminement du matériau vers l'aval à travers chaque zone de freinage, les filets des zones de freinage présentent des interruptions ou encoches 12C, 14C. Ainsi, ces encoches forment des zones d'étranglement à travers lesquelles le matériau est forcé à passer, sous l'effet de la poussée exercée, à l'amont, par le matériau entraîné vers l'aval par la zone d'entraînement amont.

Les encoches sont mieux visibles sur la figure 3 qui est une coupe verticale prise immédiatement à l'amont d'une zone de freinage (en l'espèce, la zone de freinage de la série amont SM) et montre l'organisation d'une zone de freinage. En l'espèce, pour la zone de freinage de chacune des deux vis 12 et 14, chaque filet comporte 5 encoches identiques, respectivement 12C et 14C réparties régulièrement angulatrement.

Les axes géométriques des vis sont matérialisés par les références 12A et 14A, qui sont les axes de rotation de leurs arbres porteurs, respectivement 12P et 14P. Les tronçons de vis étant avantageusement démontables, leurs filets sont portés par des manchons, respectivement 12M et 14M, qui sont montés sur les arbres porteurs et leur sont solidarisés en rotation par tout moyen approprié, par exemple par des cannelures axiales (non représentées).

Pour chaque filet, les encoches sont délimitées radialement entre la périphérie radiale externe du filet et sa périphérie radiale interne, délimitée par la surface extérieure du manchon, respectivement 12M et 14M. Par exemple, le diamètre externe de chaque vis, délimité par la périphérie radiale externe de son filet, est de 240 mm, la hauteur radiale h d'une encoche est de 44mm et la largeur d'une encoche est de 16 mm. Pour un filet, c'est-à-dire en suivant un filet de la vis sur un angle de 360°, on parvient ainsi à une somme des sections des encoches de ce filet de 5 x 44 x 16 = 3520 mm ² .

Avantageusement, dans une zone de freinage de la vis 12 ou 14, les encoches 12C ou 14C de deux filets consécutifs de la même vis sont légèrement décalées angulairement. Pour illustrer cette caractéristique sur la figure 3, on a représenté en traits épais les encoches des filets qui sont situés en premier à partir du plan de coupe, tandis qu'on a montré en trait fin la position des encoches qui équipent les filets situés immédiatement à l'aval de ces premiers filets. En l'espèce, le décalage angulaire est de l'ordre de 10 à 20 degrés et il est orienté dans le sens de rotation R des vis, de sorte qu'une ligne reliant deux encoches correspondantes de deux filets adjacents est orientée dans le même sens que les filets à pas direct.

L'alimentation de l'installation est réalisée en continu et le débit d'alimentation est réglé pour respecter les paramètres de pression et de température évoqués précédemment.

Ainsi, l'installation comprend avantageusement au moins un capteur de température CT situé à l'amont de la zone aval de freinage SMF de la série amont (dans la région du plan de coupe III-III). Une table de correspondance entre la température et la pression peut être établie. Ainsi, une élévation de la température révélée par le capteur de température CT peut révéler un risque d'élévation de pression trop important. Dans ce cas, l'installation peut être régulée en diminuant le débit d'alimentation en copeaux de bois. On peut également prévoir une mesure directe de la pression à l'aide d'un capteur de pression CP situé dans la même région que le capteur de température CT. Les mesures de ces capteurs (au moins celle du capteur de température CT) peuvent être fournies en entrée à un microprocesseur qui fournit une commande au système d'alimentation en copeaux de bois, par exemple une vis sans fin, comme indiqué précédemment. Si aucune mesure directe de pression n'est disponible, le microprocesseur peut, en mémoire, disposer d'une table de correspondance température/pression. Si une mesure directe de la pression est effectuée, le microprocesseur peut contrôler le système d'alimentation en copeaux de bois sur la base des deux données température/pression qui lui sont fournies. Pour une essence de bois déterminée et une humidité connue, il peut être établi une relation entre d'un part, les paramètres de pression et de température et, d'autre part, la puissance électrique consommée par le moteur qui entraîne les vis en rotation (ou l'intensité électrique délivrée, si la tension électrique est constante, comme c'est souvent le cas). Cette relation peut être déterminée de manière empirique par des essais. Cette relation étant connue, on peut obtenir les paramètres de pression et de température souhaités en réglant l'alimentation en copeaux de bois de manière à consommer une puissance cible.

On fournit ci-après des exemples d'installations à deux vis parallèles rotatives dans le même sens et à la même vitesse pouvant convenir à la mise en œuvre du procédé selon l'invention.

Exemple 1 - machine dont les vis ont trois séries de tronçons.

Longueur des vis (longueur interne du fourreau) : 2620 mm

Diamètre des vis : 240 mm

Pas des filets directs: 110 mm

Pas des filets indirects : 60 mm

Vitesse de rotation des vis : 330 tr/mn Série amont (SM):

- nombre de filets à pas direct (zone SME): 8

- nombre de filets à pas indirect (zone SMF) : 3

- nombre d'encoches par filet à pas indirect (zone SMF) : 5

- largeur de chaque encoche : 22 mm

- profondeur de chaque encoche : 44 mm

- section totale des encoches : 5 x 22 x 44 = 4840 mm ²

Série intermédiaire (SI) ;

- nombre de filets à pas direct (zone SIE): 3

- nombre de filets à pas indirect (zone SIF) ; 3

- nombre d'encoches par filet à pas indirect (zone SIF) : 5

- largeur de chaque encoche ; 18 mm

- profondeur de chaque encoche : 44 mm

- section totale des encoches : 5 x 18 x 44 = 3780 mm ²

Série aval (SA) :

- nombre de filets à pas direct (zone SAE): 5

- nombre de filets à pas indirect (zone SAF) : 3

- nombre d'encoches par filet à pas indirect (zone SAF) : 5

- largeur de chaque encoche : 16 mm

- profondeur de chaque encoche : 44 mm

- section totale des encoches : 5 x 16 x 44 = 3520 mm ²

Durée de séjour du matériau (copeau transformé en fibres) dans le fourreau : 40 s

Débit de fibres en sortie : 50 m ³ /h

Rapport R _sd : 3520/50 = 70,4 mrr^/n fr ¹

Exemple 2 - machine dont les vis ont deux séries de tronçons.

Longueur des vis (longueur interne du fourreau) : 2340 mm

Diamètre des vis : 240 mm

Pas des filets directs: 110 mm

Pas des filets indirects : 60 mm

Vitesse de rotation des vis : 330 tr/mn

Série amont (SM):

- nombre de filets à pas direct (zone SME): 7

- nombre de filets à pas indirect (zone SMF) : 3

- nombre d'encoches par filet à pas indirect (zone SMF) : 5 - largeur de chaque encoche ; 18 mm

- profondeur de chaque encoche ; 40 mm

- section totale des encoches : 5x18x40 = 3600 mm ²

Série aval (SA) :

- nombre de filets à pas direct (zone SAE): 5

- nombre de filets à pas indirect (zone SAF) : 3

- nombre d'encoches par filet à pas indirect (zone SAF) : 5

- largeur de chaque encoche : 14 mm

- profondeur de chaque encoche : 40 mm

- section totale des encoches : 5x16x40 = 2800 mm ²

Durée de séjour du matériau (copeau transformé en fibres) dans le fourreau : 35 s

Débit de fibres en sortie : 38 m ³ /h

Rapport R _sd : 2800/38 = 73,7 mm ² /m ³ h ¹

Exemple 3 - machine dont les vis ont deux séries de tronçons.

Longueur des vis (longueur interne du fourreau) : 1935 mm

Diamètre des vis ; 240 mm

Pas des filets directs: 110 mm

Pas de filets indirects : 60 mm

Vitesse de rotation des vis : 330 tr/mn

Série amont (SM):

- nombre de filets à pas direct (zone S E): 10

- nombre de filets à pas indirect (zone SMF) ; 3

- nombre d'encoches par filet à pas indirect (zone SMF) : 5

- largeur de chaque encoche : 14 mm

- profondeur de chaque encoche : 40 mm

- section totale des encoches : 5 x 14 x 40 = 2800 mm ²

Série aval (SA) ;

- nombre de filets à pas direct (zone SAE): 3

- nombre de filets à pas indirect (zone SAF) : 3

- nombre d'encoches par filet à pas indirect (zone SAF) : 5

- largeur de chaque encoche : 12 mm

- profondeur de chaque encoche : 40 mm

- section totale des encoches : 5 x 12 x 40 = 2400 mm ² Durée de séjour du matériau (copeau transformé en fibres) dans le fourreau : 30 s

Débit de fibres en sortie : 33 m ³ /h

Rapport R _sd : 2400/33 = 72,7 mm ² /m ³ h^

Exemple 4 - machine dont les vis ont deux séries de tronçons.

Longueur des vis (longueur interne du fourreau) : 1600 mm

Diamètre des vis : 102 mm

Pas des filets : 50 mm

Vitesse de rotation des vis : 330 tr/mn

Série amont (SM);

- nombre de filets à pas direct (zone SME): 14

- nombre de filets à pas indirect (zone SMF) : 2

- nombre d'encoches par filet à pas indirect (zone SMF) : 3

- largeur de chaque encoche : 18 mm

- profondeur de chaque encoche : 21 mm

- section totale des encoches : 3x18x21 = 1134 mm ²

Série aval (SA) :

- nombre de filets à pas direct (zone SAE): 5

- nombre de filets à pas indirect (zone SAF) : 2

- nombre d'encoches par filet à pas indirect (zone SAF) : 3

- largeur de chaque encoche : 14 mm

- profondeur de chaque encoche ; 21 mm

- section totale des encoches : 3x14x21 = 882 mm ²

Durée de séjour du matériau (copeau transformé en fibres) dans le fourreau ; 30 s

Débit de fibres en sortie : 12 m ³ /h

Rapport R _sd : 882/12 = 73.5 mm^m ³ ^ ¹

La demanderesse a constaté que les paramètres de durée de séjour/pression/température sont optimisés si on gère l'alimentation de la machine en copeaux de manière à obtenir un débit de fibres en sortie tel que, connaissant la section totale des encoches de chaque filet de la série aval SA, le rapport R _sd reste dans la plage de 60 à 80 mm ² /m ³ h ^"1 , de préférence entre 70 et 75 mm /m ³ h .

Bien entendu, les réglages de l'installation et du procédé pourront être affinés en fonction de l'essence de bois ou du mélange d'essence de bois dont les copeaux sont défibrés. En tout état de cause, les exemples indiqués ci-dessus sont donnés à titre indicatif et illustratif, mais non limitatif.

Avec du pin maritime et en utilisant la machine selon l'exemple 1 ci- dessus, la répartition granulométrique des fibres obtenues en sortie de l'installation est comme indiqué sur la figure 4.

On a décrit ci-dessus une installation comprenant deux vis parallèles tournant dans le même sens et à la même vitesse dans le fourreau. On pourrait utiliser un nombre différent de vis parallèles, par exemple 4.