Description de l'art antérieur : Les scieries des pays riches en forts produisent du bois d'oeuvre à partir d'arbres tirés de la fort, qui doivent tre dévtus de leur écorce avant la découpe en madriers et en planches. L'écorçage est souvent réalisé par une écorceuse à anneau constituée d'un anneau rotatif motorisé auquel sont fixés des outils recourbés qui enlèvent l'écorce par frottement, à mesure que la bille se déplace longitudinalement à l'intérieur de l'anneau grâce à des rouleaux d'entraînement. Idéalement, seule l'écorce a besoin d'tre enlevée.

Lorsque la température des billes est inférieure au point de congélation (ce qui constitue la situation normale en hiver dans les pays nordiques), l'adhésion entre l'écorce et le bois est forte et une pression plus grande doit tre exercée sur les outils de coupe afin de parvenir à enlever l'écorce. Plus la température des billes est basse, plus l'adhésion est forte et plus cette pression doit tre grande.

L'augmentation de la pression sur les outils de coupe a toutefois plusieurs inconvénients. D'une part, l'augmentation de la pression d'écorçage produit une usure accélérée des outils de coupe et éventuellement un endommagement des composantes de l'écorceuse (outil de coupe, bras, système de tension, etc.). D'autre part, les écorceuses arrachent alors des fibres de bois en trop grande quantité avec l'écorce, ce qui constitue une importante perte. L'été, environ 10 à 20% de la masse écorcée est constituée de fibres de bois, qui sont brûlées ou enfouies avec l'écorce. En hiver, dans certaines scieries canadiennes, jusqu'à 50% de la masse écorcée est constituée de fibres ligneuses. Or, typiquement, environ 25% des revenus d'une scierie conventionnelle

proviennent de la fibre ligneuse qu'elle vend sous forme de copeaux à une papetière. Ces copeaux proviennent des sections de la bille qui ne se retrouvent pas sous forme de bois d'oeuvre.

Un autre désavantage résulte du fait que si la pression sur les outils de coupe est diminuée afin de minimiser les pertes de bois, de l'écorce se retrouve alors dans les copeaux. Or, la présence de particules d'écorce dans les copeaux est à l'origine de divers problèmes chez la papetière : baisse de rendement du lessiveur, saleté dans la pâte (poix), et surtout présence de sclérite qui augmente, ultimement, le taux d'incidence de casse de la feuille lors de sa fabrication et des défauts d'impression ('fish eye', grain de riz) chez l'imprimeur. Tant et si longtemps que le taux d'écorce dans les copeaux des fournisseurs est un des critères les plus importants de qualité chez les fabricants de pâte, et les papetières sont de plus en plus exigeantes.

Il existe donc un fort avantage à augmenter la température de la bille avant écorçage. En effet, typiquement, le dégel de billes en hiver peut réduire d'environ 2% les pertes de bois tout en haussant la qualité des copeaux livrés aux usines de pâtes et papiers. Pour une scierie qui consomme environ 500 000 m3 de bois annuellement, cette amélioration représente une économie de plus d'un demi-million de dollars (les montants mentionnés la présente description sont exprimés en devises canadiennes).

Pour effectuer cette augmentation de température, les scieries utilisent présentement des méthodes de chauffage comprenant l'immersion et l'aspersion des billes dans des bassins d'eau chaude ou au moyen de dispositifs à jets d'eau et/ou de vapeur. Ces méthodes fonctionnent bien sur le plan du préchauffage, mais posent divers problèmes, dont le plus important touche l'environnement. En effet, vidange et nettoyage sont fréquemment requis pour débarrasser les bassins qui accumulent saletés et écorces. L'eau souillée ne pouvant plus tre rejetée à l'environnement à cause de la réglementation gouvernementale, les scieries doivent se munir de bassins de décantation qui doivent tre fréquemment vidés et nettoyés, ce qui entraîne de forts coûts.

Un objet de la présente invention est donc de proposer une méthode et/ou un système de chauffage qui puissent résoudre certains des problèmes ci-haut rapportés de l'art antérieur. Plus particulièrement, un objet est de proposer une nouvelle méthode pour chauffer les billes de bois gelées en hiver en vue de faciliter leur écorçage. Un autre objet est de proposer un système de mise en oeuvre de cette méthode.

Sommaire de l'invention : La présente invention vise une méthode pour chauffer des billes de bois gelées en vue de faciliter leur écorçage, chaque bille de bois ayant un axe longitudinal, une surface périphérique et un diamètre donné, la méthode étant caractérisée en ce qu'elle comprend les étapes suivantes : a) entraîner les billes de bois gelées le long d'un parcours déterminé ; et b) soumettre les billes de bois à un rayonnement infrarouge le long du parcours pour chauffer lesdites billes de bois par rayonnement infrarouge.

De préférence, l'étape a) comprend en outre l'étape de faire pivoter les billes de bois autour de leurs axes longitudinaux respectifs le long d'au moins une portion du parcours afin de permettre à la surface périphérique de chaque bille de bois d'tre soumise au rayonnement infrarouge.

La présente invention vise un système pour chauffer des billes de bois gelées en vue de faciliter leur écorçage, chaque bille de bois ayant un axe longitudinal, une surface périphérique et un diamètre donné, le système étant caractérisé en ce qu'il comprend : a) un convoyeur pour entraîner les billes de bois gelées le long d'un parcours déterminé ; et b) une surface de rayonnement infrarouge positionnée par rapport au convoyeur pour soumettre les billes de bois à un rayonnement infrarouge le long du parcours et chauffer lesdites billes de bois par rayonnement infrarouge.

De préférence, le système comprend tout moyen, appareil et/ou dispositif pour mettre en oeuvre les différentes étapes et/ou sous-étapes de la méthode selon la présente invention.

Les objets, avantages, et autres caractéristiques de la présente invention deviendront plus apparents à la lecture de la description non limitative qui suit de modes de réalisation préférentiels montrés dans les dessins ci-joints.

Brève description des dessins : Figure 1 est une vue schématique d'un déplacement latéral et rotationnel de billes de bois adjacentes selon un mode de réalisation préférentiel de la présente invention.

Figure 2 est une vue schématique partielle d'un système pour chauffer des billes de bois gelées selon un autre mode de réalisation préférentiel de la présente invention, les billes de bois étant déplacées par le convoyeur et étant soumises au rayonnement infrarouge.

Figure 3 est une vue de côté d'un pilote de système de chauffage de billes gelées selon la présente invention.

Figure 4 est une vue de face de ce qui est illustré à la Figure 3.

Figure 5 est une vue de haut de ce qui est illustré à la Figure 3.

Description détaillée des dessins : Dans la description qui suit les mmes repères numériques désignent des éléments semblables. Les modes de réalisation montrés dans les figures sont à titre indicatif seulement.

Dans le contexte de la présente description, et en plus de sa définition habituelle, le terme"chauffer"peut aussi dire faire fondre ou sublimer la glace et le mot "infrarouge"inclut tout rayonnement électromagnétique de nature thermique (rayonnement de type visible, infrarouge court, infrarouge moyen, infrarouge long, etc.).

De plus, bien que la présente invention soit principalement conçue pour chauffer des billes de bois 3 gelées en vue de faciliter leur écorçage, l'invention peut tre utilisée dans d'autres domaines pour d'autres applications, tel qu'évident pour une personne versée dans l'art. Pour ces raisons, des expressions telles que"billes","bois","gelées" et/ou"écorçage"et toute autre référence et/ou toute autre expression équivalente ou semblable à ces dernières ne doivent pas tre considérées comme limitant la portée de la présente invention et incluent tout autre objet et toute autre application avec lesquels la présente invention peut tre utilisée et peut tre utile.

De plus, bien que le mode de réalisation préférentiel du convoyeur 13 et des moyens pour déplacer et faire pivoter les billes de bois 3 comportent certaines composantes, tels que chaînes, réflecteurs, etc., toutes ces composantes ne sont pas nécessairement essentielles à l'invention et conséquemment ne doivent pas tre prises dans leur sens restrictif, c'est-à-dire ne doivent pas tre considérées de façon à limiter la portée de la présente invention. On doit y comprendre, tel qu'également évident pour une personne versée dans l'art, que d'autres composantes et géométries appropriées et d'autres coopérations entre celles-ci peuvent tre utilisées pour le convoyeur 13 ou toute autre composante du système 1 selon la présente invention, afin de mettre en oeuvre les différentes étapes et sous-étapes de la méthode, tel que facilement inféré à partir de la présente description, sans se départir de la portée de l'invention.

De plus, les expressions telles que"système","appareil","machine"et/ou "ensemble", ainsi que toute autre expression équivalente et/ou mots composés de celles- ci, pourront tre utilisés de façon interchangeable, dans le contexte de la présente description. Ceci s'applique également pour d'autres expressions qui sont mutuellement équivalentes, telles que"rayonnement infrarouge","chauffage infrarouge"et

"rayonnement thermique"par exemple, tel qu'évident pour une personne versée dans l'art.

Faisant référence aux figures ci-jointes, et de façon générale, la présente invention concerne une méthode de chauffage de billes gelées. Plus particulièrement, la présente invention concerne une méthode de chauffage de billes de bois 3 gelées en vue de faciliter leur écorçage, et concerne également un système 1 pour la mise en oeuvre de cette méthode. Tel que connu dans l'art, chaque bille de bois 3 a normalement un axe longitudinal 5 (typiquement, un axe central 5), une surface périphérique 7 (surface extérieure 7 de la bille), et un diamètre (moyen) donné.

Selon la présente invention, la méthode comprend deux étapes principales, notamment l'étape a) d'entraîner les billes de bois 3 gelées le long d'un parcours déterminé ; et l'étape b) de soumettre les billes de bois 3 à un rayonnement infrarouge 11 le long du parcours pour chauffer lesdites billes de bois 3 par rayonnement infrarouge II.

Tel que deviendra plus apparent à la lecture de la description qui suit, chacune des étapes susmentionnées peuvent comprendre plusieurs sous-étapes dépendamment des applications pour lesquelles la présente méthode est utilisée et les résultats finaux qui sont souhaités.

En effet, par exemple, et tel qu'il sera mieux expliqué ci-dessous, l'étape a) pourrait comprendre les sous-étapes suivantes : i) faire pivoter les billes de bois 3 autour de leurs axes longitudinaux 5 respectifs le long d'au moins une portion du parcours afin de permettre à la surface périphérique 7 de chaque bille de bois 3 d'tre soumise au rayonnement infrarouge 11 ; ii) placer les billes de bois 3 parallèlement les unes aux autres ; iii) alternativement, soit maintenir une certaine distance entre les billes de bois 3 adjacentes, afin que des billes de bois 3 de différents diamètres puissent tre soumises également au rayonnement infrarouge 11, et ainsi éviter que des billes de bois 3 de petit diamètre soient cachées par des billes de bois 3 de plus grand diamètre, ou accoler des billes de bois 3 adjacentes les unes aux autres, lorsque par exemple ces billes de bois

sont de diamètre semblable, afin de maximiser l'utilisation du rayonnement infrarouge 11, c'est-à-dire maximiser la quantité de rayonnement infrarouge 11 émis étant absorbé par les billes de bois 3 ; iv) entraîner les billes de bois 3 le long d'un plan horizontal, comme par exemple, le long d'un convoyeur 13 ; v) entramer les billes de bois 3 dans une direction transversale aux axes longitudinaux 5 des billes de bois 3, notamment pour des raisons d'efficacité d'espace d'agencement des composantes du système 1 correspondant ; vi) évaluer les caractéristiques des billes de bois 3 (ex. la température, <BR> <BR> dimension, etc. ) avant de les soumettre au rayonnement infrarouge 11 ; ou vii) toute autre étape convenable et désirée, tel qu'évident pour une personne versée dans l'art.

De façon semblable, l'étape b) susmentionnée peut également comprendre plusieurs sous-étapes, comme par exemple, tel que mieux expliqué ci-dessous : i) soumettre les billes de bois 3 à un rayonnement infrarouge 11 positionné au-dessus du plan horizontal ; ii) soumettre les billes de bois 3 à un rayonnement infrarouge 11 ayant une longueur d'onde située entre environ 0,7 et 10 microns ; iii) soumettre les billes de bois 3 à un rayonnement infrarouge 11 ayant une densité de puissance déterminée en fonction des caractéristiques des billes de bois 3 et de limitations relatives à l'inflammabilité ; iv) soumettre les billes de bois 3 à un rayonnement infrarouge 11 pendant une période déterminée en fonction des caractéristiques des billes de bois 3 (ex. leur température initiale, etc.) ; v) réfléchir une portion du rayonnement infrarouge 11 non-absorbé par les billes de bois 3 à nouveau vers des billes de bois 3 (soit les mmes billes de bois 3 ou d'autres billes de bois 3 devant tre soumises à mi rayonnement infrarouge 11) ; ou vi) toute autre étape convenable et désirée, tel qu'évident pour une personne versée dans l'art.

De plus, les étapes a) et b) peuvent tre intimement liées selon les applications pour lesquelles la présente méthode est destinée, tel qu'également évident pour une personne versée dans l'art. Par exemple, l'étape a) pourrait comprendre la sous-étape de trier les billes de bois 3 selon leur diamètre, les billes de bois 3 dont le diamètre tombe à l'intérieur d'une première plage de diamètres étant entraînées le long d'un premier parcours déterminé, et les billes de bois 3 dont le diamètre tombe à l'intérieur d'une seconde plage de diamètres étant entraidées le long d'un second parcours déterminé. Par

conséquent, l'étape b) pourrait comprendre en outre l'étape de soumettre les billes de bois 3 triées à un rayonnement infrarouge 11 le long de chacun desdits parcours, c'est-à- dire, il pourrait y avoir un premier système de chauffage par rayonnement infrarouge 11 pour chauffer les billes de bois 3 de la première plage de diamètres et un autre système de chauffage infrarouge 11 par rayonnement infrarouge 11 séparé (ou un ré- acheminement vers le premier système de chauffage après avoir traité les billes de bois 3 de la première plage de diamètres) pour chauffer les billes de bois 3 de la seconde plage de diamètres.

Tel que précédemment expliqué, la présente invention concerne également un système 1 pour chauffer des billes de bois 3 gelées en vue de faciliter leur écorçage. Le système 1 comprend un convoyeur 13 pour entraîner les billes de bois gelées le long d'un parcours déterminé et une surface 15 de rayonnement infrarouge 11 positionnée par rapport au convoyeur 13 pour soumettre les billes de bois 3 à un rayonnement infrarouge 11 le long du parcours et chauffer lesdites billes de bois 3 par rayonnement infrarouge 11.

Puisque le système 1 selon la présente invention est destiné à mettre en oeuvre la méthode susmentionnée, il comprend de préférence plusieurs moyens, appareils et/ou dispositifs pour effectuer chacune des étapes et sous-étapes ci-dessus décrites.

Par exemple, et de préférence, le système 1 selon la présente invention comprend : des moyens pour faire pivoter les billes de bois 3 autour de leurs axes longitudinaux 5 respectifs le long d'au moins une portion du parcours afin de permettre à la surface périphérique 7 de chaque bille de bois 3 d'tre soumise au rayonnement infrarouge 11 (ces moyens comprenant de préférence des chaînes à dents ou des chaînes à crémaillères 19 coopérant avec le convoyeur 13, ou tout autre dispositif convenable) ; des moyens pour placer les billes de bois 3 parallèlement les unes aux autres des moyens pour maintenir une certaine distance entre les billes de bois 3 adjacentes ; des moyens pour accoler les billes de bois 3 les unes aux autres ; un convoyeur 13 apte à entraîner les billes de bois 3 le long d'un plan horizontal ; une surface 15 de rayonnement infrarouge 11 positionnée au-dessus du plan horizontal ; des moyens pour entraîner les

billes de bois 3 dans une direction transversale aux axes longitudinaux 5 des billes de bois 3 ; des moyens pour trier les billes de bois 3 selon leur diamètre, les billes de bois 3 dont le diamètre tombe à l'intérieur d'une première plage de diamètres étant entraînées le long d'un premier parcours déterminé, et les billes de bois 3 dont le diamètre tombe à l'intérieur d'une seconde plage de diamètres étant entraînées le long d'un second parcours déterminé ; une surface de rayonnement infrarouge pour chaque parcours ; au moins une chaîne de butées 23 coopérant avec le convoyeur 13 pour entramer les billes de bois 3 ; un dispositif d'évaluation pour évaluer les caractéristiques des billes de bois 3 avant de les soumettre au rayonnement infrarouge 11 ; des moyens pour contrôler, en <BR> <BR> fonction des caractéristiques (ex. la température initiale, etc. ) des billes de bois 3, la période durant laquelle les billes de bois 3 doivent tre soumises au rayonnement infrarouge 11 ; au moins un réflecteur 21 pour réfléchir une portion du rayonnement infrarouge 11 non-absorbé par les billes de bois 3 vers des billes de bois 3 (soit les mmes billes de bois 3 ou d'autres billes de bois 3 devant tre chauffées), le réflecteur 21 étant préférablement positionné au-dessous du convoyeur 13 si la surface 15 de rayonnement infrarouge 11 est positionnée au dessus de celui-ci ; etc.

De plus, le rayonnement infrarouge 11 a préférablement une longueur d'onde située entre environ 0,7 et 10 microns et une densité de puissance déterminée en fonction des caractéristiques des billes de bois 3 et de limitations relatives à Finflammabilité. De préférence également, la surface de rayonnement infrarouge 11 peut prendre la forme d'émetteurs 25 électriques, de radiants à gaz, de radiants à gaz de type catalytique, ou de tout autre émetteur 25 adéquat pour émettre un rayonnement infrarouge 11 ou tout autre rayonnement thermique adéquat destiné à chauffer les billes de bois 3 selon la présente invention et présentant les caractéristiques préférentielles mentionnées dans la présente description.

Différents autres aspects, caractéristiques et avantages de la présente invention deviendront plus apparents à la lecture de la description qui suit du fonctionnement général et principes de base, des travaux expérimentaux réalisés, des résultats d'essais, d'une description d'une installation typique et des améliorations et avantages réalisables dans le cadre de la présente invention.

Fonctionnement général et principes de base La solution qui est ici proposée et qui constitue l'objet de l'invention implique la technologie infrarouge. Cette technologie préférentielle a été choisie pour sa simplicité et sa capacité de chauffer efficacement à un coût raisonnable. À la base de la technologie, un simple élément chauffant est porté à haute température, ce qui lui permet d'émettre du rayonnement dit"infrarouge", non visible à l'oeil nu et de nature thermique, chauffant les objets qu'il"éclaire". Les équipements infrarouge utilisés en milieu industriel émettent, en pratique, un rayonnement couvrant la gamme de longueurs d'onde situées entre environ 0,7 et 10 microns. On distingue souvent entre l'infrarouge de type"court", l'infrarouge"moyen"et l'infrarouge"long". L'infrarouge court implique une température d'émission supérieure à environ 2000 °C et son étendue d'émission spectrale couvre principalement la gamme allant d'environ 0, 7 à 3,0 microns.

L'infrarouge moyen implique une température d'émission entre environ 700 et 1300 °C et couvre une gamme allant d'environ 1 à 7 microns. L'infrarouge de type long implique une température d'émission d'environ 400 à 600 °C et couvre principalement la gamme de longueurs d'onde allant d'environ 2 à 10 microns.

Tout comme la technique de trempage à l'eau chaude, l'infrarouge chauffe strictement en surface et n'a pas ou très peu la capacité de chauffer en profondeur.

Mme l'infrarouge de type court, qui a la capacité de pénétrer certains matériaux, ne pénètre que très marginalement la surface externe de l'écorce. Par contre, la zone à chauffer, soit l'écorce, est directement sous la surface externe de la bille. En fait, il faut chauffer l'écorce dite"humide"située sous l'écorce dite"sèche"jusqu'à l'interface bois- écorce où se trouve le cambium. Cette zone est donc chauffée par conduction thermique depuis la surface exposée à l'infrarouge vers l'intérieur de la bille. Par contre, toute la périphérie des billes 3 doit tre exposée au rayonnement infrarouge 11, ce qui est réalisable en faisant rouler la bille 3 sur elle-mme au-dessous d'un plan d'émetteurs 25.

En d'autres mots, le chauffage par rayonnement infrarouge 11 ne consiste pas à effectuer un dégel complet de la bille 3 mais plutôt à en préchauffer la surface 15. Dans

les faits, l'écorce externe, soit la partie visible, ne contient pratiquement pas d'eau. Par contre, la couche sous-jacente, soit l'écorce interne située entre l'écorce externe et le bois, contient une quantité d'eau importante. Lorsque fortement gelée, cette eau augmente la force d'adhésion entre le bois et l'écorce. Il faut donc réchauffer cette partie si l'on désire un bon fonctionnement de l'écorceuse, qui maximise le rendement en sciage et améliore la qualité des copeaux (en réduisant la quantité d'écorce dans les copeaux).

Idéalement, un système de préchauffage par infrarouge devrait comporter un système de convoyage où toutes les billes 3 seraient accolées les unes aux autres, afin de minimiser les pertes de rayonnement entre les billes 3. En réalité, le déplacement par rotation des billes implique un mouvement tangentiel inverse entre deux billes adjacentes, tel que mieux illustré à la Figure 1.

Naturellement, il est physiquement très difficile de réaliser un déplacement latéral sans prévoir un certain espacement entre les billes 3. De plus, les billes 3 n'ont pas toutes le mme diamètre et le fait de les tenir côte à côte impliquerait de cacher les billes petites entre deux billes de fort diamètre.

Le convoyeur 13 envisagé implique des chaînes à butées 23 pour pousser chaque bille 3 et des chaînes à dents ou des chaînes à crémaillères fixes ou mobiles 19 pour assurer leur rotation. La distance entre chaque butée est uniforme le long du convoyeur 13 et est supérieure au diamètre maximal des billes 3 entrant sous un plan d'émetteurs 25 infrarouge, tel que mieux illustré à la Figure 2.

L'utilisation de l'infrarouge permet de s'affranchir complètement de l'utilisation d'eau et des problèmes environnementaux associés. Par contre, la mise en oeuvre de ce type de système 1 requiert de respecter certaines limites de densité de puissance, de choisir un type particulier d'émetteurs 25 infrarouge, et d'utiliser un convoyeur 13 permettant d'exposer toute la périphérie des billes 3. Un projet de recherche a donc été initié afin de répondre à certaines interrogations techniques et pour faire la démonstration du principe.

Travaux expérimentaux réalisés Dans un premier temps, il a été démontré qu'il n'est pas nécessaire de décongeler complètement les billes 3. Le fait d'obtenir, à l'interface entre le bois et l'écorce, une température de quelques degrés sous le point de congélation réduit de manière substantielle l'effort de cisaillement à l'écorceuse. Cette démonstration a été faite à partir d'échantillons de billes 3 de différentes espèces à diverses températures sous le point de congélation et à l'aide d'un appareil mesurant l'effort de cisaillement à fournir pour détacher l'écorce d'échantillons de billes 3.

Dans un deuxième temps, tel que mieux illustré aux Figures 3 à 5, un pilote comportant un convoyeur 13 sous des émetteurs 25 infrarouge a été construit pour caractériser le comportement thermique des billes 3 sous diverses densités de puissance de rayonnement infrarouge et périodes d'exposition, sur des billes 3 de différents diamètres et épaisseurs d'écorce et selon diverses températures initiales. Les figures 3 à 5 montrent le pilote avec ses principales composantes.

Ce pilote a servi à établir des paramètres d'opération, tels la puissance et le temps d'exposition des billes 3 au rayonnement infrarouge. Tel qu'illustré sur la figure 3 (et de façon semblable, à la Figure 2), cet équipement se caractérisait par des émetteurs 25 infrarouges placés au-dessus d'un convoyeur 13 permettant le déplacement et la rotation des billes 3 ; la surface externe 7 de chacune des billes 3 est ainsi complètement exposée au rayonnement infrarouge 11. Des thermocouples ont été installés à différentes profondeurs à l'intérieur de la bille 3 afin de mesurer la hausse de température. Des billes d'épinette noire gelées à des températures d'environ-15'C à-30'C, et de différents diamètres, ont été exposées à plusieurs niveaux de densité de puissance et à plusieurs temps d'exposition. Ces essais ont permis de connaître les paramètres d'opération optimaux.

Plus précisément, ces essais ont permis de mesurer la température en profondeur de la bille 3 par thermocouple et en surface par pyrométrie. La bille 3 comportant des

thermocouples était placée sur le convoyeur 13 avec deux billes 3 voisines de part et d'autre. Dans un premier temps, les chaînes à butées 23 déplaçaient les trois billes 3 sous la zone d'exposition aux infrarouges. Une fois les billes 3 sous les émetteurs 25, les chaînes à dents faisaient rouler les billes 3 sur elles-mmes pendant un temps prédéterminé allant d'environ 1 à 8 minutes. Dans un troisième temps, les billes 3 étaient retirées de la zone de chauffage et le mouvement de rotation se continuait sans exposition à l'infrarouge pendant plusieurs minutes, le total du temps d'exposition et de non-exposition correspondant à un laps de temps typique entre l'entrée d'une bille 3 dans une scierie et la station d'écorçage.

Un autre type d'essai a aussi consisté à placer des morceaux de bois tels qu'écorces, sciures et copeaux sur une plaque métallique sous différents niveaux de densité de puissance de rayonnement pour observer la tendance à l'inflammabilité.

Résultats d'essais Les essais de cisaillement Les résultats des essais de cisaillement en fonction de la température ont montré que l'effort de cisaillement diminue fortement avec une augmentation de la température.

Cette diminution est particulièrement forte au-dessous du point de congélation, et moins marquée près et au-dessus du point de congélation. Comme la dépense énergétique serait très grande si on demandait au système de chauffage infrarouge de faire passer toute l'eau de l'écorce de l'état solide à l'état liquide, il est donc apparu évident qu'il est avantageux de limiter l'élévation de température jusqu'à quelques degrés sous le point de congélation. Les efforts de cisaillement ne sont alors pas beaucoup plus grands qu'au- dessus du point de congélation (le point de congélation de l'eau dans le bois est inférieur d'environ 2 ou 3 degrés à la température normale de l'eau pure, à cause de la présence de minéraux dans l'eau).

Les essais de chauffage de billes sur le pilote infi-arouge

Les résultats de chauffage par infrarouge sur le pilote ont confirmé le bien-fondé de la technologie infrarouge pour préchauffer la bille 3 et obtenir une température adéquate à l'interface entre l'écorce et le bois (i. e. au cambium). Le rayonnement infrarouge 11 est strictement absorbé en surface de l'écorce : la chaleur est transmise plus profondément, par conduction thermique à travers l'écorce. Pendant la période d'exposition à l'infrarouge, la température en surface monte rapidement et le gradient de température dans l'épaisseur de l'écorce est élevé. Pendant la période de"non- exposition"subséquente, ce gradient diminue fortement. À la fin de cette période, le gradient de température dans l'épaisseur de l'écorce est plus faible : l'énergie contenue dans la couche de surface (essentiellement"l'écorce sèche") a été transférée en grande partie aux couches inférieures plus froides ("écorce humide"et aubier).

Les essais ont démontré qu'il est effectivement possible, mme avec des billes 3 très froides (environ-30 °C), d'obtenir, après quelques minutes d'exposition à l'infrarouge et une période de"non-exposition", une température (environ-6 °C) à l'interface entre le bois et l'écorce à laquelle l'écorçage est facilité de manière satisfaisante. Lorsque cette température est atteinte à l'interface bois-écorce, toute l'écorce se retrouve alors à une température supérieure à la température de l'interface bois-écorce. La surface externe de l'écorce est alors à une température quasi-stable entre environ 5 et 10 °C. Donc, une certaine partie de l'eau contenue dans l'écorce n'est plus gelée.

Il est ressorti des essais que plus la température initiale de la bille 3 est basse, plus l'exposition à l'infrarouge est efficace. Tant et si bien que la dépense énergétique nécessaire pour une montée jusqu'à la température d'écorçage est sensiblement la mme, que la bille soit à une température initiale d'environ-20 °C ou de-30 °C. Une explication pour ceci est que l'eau contenue dans l'écorce passe à l'état liquide plus tardivement lorsque la bille 3 a une température de départ d'environ-30 °C. Or, la glace possède une conductivité thermique plus grande que l'eau (d'un facteur quatre) et ceci permet à la chaleur absorbée en surface de mieux se propager à l'intérieur de la bille.

Aussi, le passage de l'état solide à l'état liquide de l'eau contenue dans l'écorce requiert

mie quantité appréciable d'énergie, qui n'est alors plus disponible pour pénétrer plus profondément.

Par ailleurs, les essais réalisés tendent à indiquer que l'énergie requise pour effectuer une montée en température jusqu'au niveau désiré de température est sensiblement proportionnelle au diamètre de la bille 3. Dans le cas où l'espace entre deux billes 3 successives sur le convoyeur 13 est toujours le mme, ceci implique que le diamètre des plus grosses billes 3 détermine la consommation énergétique pour toutes les billes. Ce qui revient à dire que les plus petites billes 3 recevront plus d'énergie que nécessaire. Un critère à considérer dans cette situation est la facture énergétique.

Toutefois, un convoyeur 13 ajustant la distance entre les billes 3 est envisageable. Les petites billes 3 recevraient alors moins d'énergie et la facture énergétique globale serait minimisée.

Les essais ont montré que pour des émetteurs 23 infrarouge électriques, la dépense énergétique pour élever la température à l'interface bois/écorce d'une bille typique d'environ 3,8 mètres de longueur depuis une température très basse (environ- 20 °C à-30 °C) jusqu'à environ-6 °C est estimée à environ 3 lcWh par mètre de diamètre. Pour une bille d'environ 20 cm de diamètre, ceci signifie une dépense énergétique d'environ 0,6 kWh. Si on fait l'hypothèse de l'utilisation d'un convoyeur 13 à espacement fixe entre les billes 3, et que les plus grosses billes 3 ont environ 20 cm de diamètre, cela signifie que la dépense énergétique est d'environ 0,6 kWh par bille, quel que soit le diamètre. À un coût d'environ 10 à 15 ¢ du kilowattheure électrique (coût marginal de l'électricité au Québec, tenant compte d'une forte pénalité sur l'appel de puissance), ceci correspond à un coût inférieur à environ 10 par bille.

Tous les essais sur le pilote infrarouge ont porté sur l'épinette noire exclusivement. Parmi tous les résultats d'essai, les cas les plus à l'écart de la tendance générale des points expérimentaux étaient ceux associables à une écorce présentant des morceaux partiellement détachés et parfois superposés. Or, la présence d'interstice d'air entre deux écailles d'écorce ou entre l'écorce et le bois constitue une barrière au transfert de la chaleur vers l'intérieur de la bille, ce qui explique la plus grande consommation

d'énergie. L'épinette noire, qui présente souvent cette morphologie d'écorce, constitue donc un cas défavorable par rapport aux autres essences du nord comme le sapin baumier. La technologie infrarouge est donc vraisemblablement applicable à l'ensemble des essences constituant la matière première des scieries nordiques.

Les essais d'inflafanzabilité L'utilisation de l'infrarouge soulève la question de l'inflammabilité. En effet, les émetteurs 25 infrarouges chauffent tout ce qui leur fait face avec une intensité relativement élevée. Toutefois, les densités de puissance de rayonnement impliquées dans le cas du préchauffage de billes 3 ne peuvent provoquer l'inflammation des billes 3 de façon directe. Les conditions (niveau de densité de puissance de rayonnement, température de l'air avoisinant, surface exposée par rapport au volume, temps d'exposition, etc.) ne sont tout simplement pas susceptibles d'initier et de maintenir une combustion d'une bille pleine. Par contre, des particules de bois, comme des sciures et des morceaux d'écorce, qui se retrouvent exposées longtemps à l'infrarouge peuvent entrer en combustion, et ces paramètres peuvent tre facilement et convenablement contrôlés, tel qu'évident pour une personne versée dans l'art.

Sur le pilote infrarouge, la zone centrale des convoyeurs 13 comporte des plaques métalliques (réflecteurs 21) réfléchissant partiellement le rayonnement qui serait autrement perdu vers le bas. La partie réfléchie est dirigée en partie vers les billes 3, en partie redirigée vers la surface des émetteurs 25 infrarouges, ce qui améliore l'efficacité énergétique. Ces plaques sont placées entre les chaînes de déplacement des billes et font directement face aux émetteurs 25 qui les surplombent : elles sont donc soumises au rayonnement et, sans la présence de billes 3, leur température peut s'élever. Les particules de bois se retrouvant sur ces plaques sont donc chauffées, d'une part par contact direct avec les plaques métalliques, et d'autre part par rayonnement provenant des émetteurs 25 infrarouges.

C'est dans ces conditions qu'ont été réalisés les essais d'inflammabilité.

Les tests d'inflammabilité ont montré que la densité de puissance à l'émetteur infrarouge doit tre inférieure à un certain niveau donné pour éviter l'inflammation des diverses particules de bois se retrouvant au niveau du convoyeur, tel qu'évident pour une personne versée dans l'art.

Par contre, une inflammation de ces particules ne pourrait vraisemblablement pas provoquer l'inflammation de billes complètes. De plus, si l'inflammabilité constitue un obstacle, des systèmes de prévention d'incendie comme des dispositifs de jet d'eau ou de vapeur, et/ou un système de balayage/évacuation des particules, pourraient tre également prévus selon la présente invention, tel qu'également évident pour une personne versée dans l'art.

Description d'une installation typique Dans la plupart des scieries, les billes 3 sont coupées et triées selon leur longueur, puis transportées les unes parallèlement aux autres sur un convoyeur 13 qui les achemine vers d'autres systèmes de triage. Les billes 3 de plus fort et plus faible diamètres sont alors acheminées vers les écorceuses. Entre le moment d'entrée de la bille dans la scierie et l'écorçage s'écoulent donc plusieurs minutes. Souvent, un convoyeur 13 d'une largeur équivalente à la longueur des billes 3 et d'une longueur appréciable (plus d'une vingtaine de mètres) est déjà présent.

Une installation infrarouge consisterait simplement à couvrir le convoyeur 13 d'émetteurs 25 infrarouges sur la pleine largeur et sur une longueur compatible avec le temps d'exposition à l'infrarouge requis. Ces émetteurs 25 peuvent tre de différents types. Les émetteurs 25 envisagés jusqu'ici sont de type"panneaux infrarouges". Ces panneaux ont en général une épaisseur d'une dizaine de centimètres. Une certaine distance entre le niveau du plan du convoyeur 13 et la surface 15 émettrice doit tre respectée, et des barres transversales pourront assurer la protection de la surface 15 des émetteurs 25 contre le soulèvement d'une bille 3. Toutefois, la hauteur occupée par les panneaux infrarouges et par ces barres serait relativement faible : l'espace vertical disponible entre le plan du convoyeur 13 et le plafond du bâtiment d'entrée des billes

3 dans la scierie est amplement suffisant. L'implantation d'un système de chauffage infrarouge dans une scierie conventionnelle ne pose donc pas de problème insurmontable : seule la longueur nécessaire à un temps de chauffage adéquat est susceptible de nécessiter des réaménagements dans la scierie.

L'utilisation d'émetteurs 25 infrarouges alimentés à l'électricité va de soi dans les régions nordiques où cette forme d'énergie est disponible. Toutefois, l'utilisation de radiants à gaz, particulièrement de type à combustion catalytique, est tout aussi envisageable.

La plus grosse considération se situe au niveau du convoyeur 13.

Habituellement, les convoyeurs 13 utilisés n'imposent pas un mouvement de rotation continu aux billes. Or, dans un éventuel système à l'infrarouge, un mouvement de rotation est préférable afin d'exposer toute la périphérie de la bille 3 au rayonnement provenant du plan des émetteurs 25 surplombant les billes 3. Et il est avantageux de réaliser la rotation tout en déplaçant latéralement les billes 3.

Le pilote utilisé pour les essais expérimentaux comportait deux chaînes à butées et deux chaînes à dents, les premières pour déplacer les billes 3 latéralement et les dernières pour faire tourner les billes 3 sur elles-mmes sans déplacement latéral.

Dans une installation réelle, les chaînes à dents pourraient tre remplacées par des crémaillères fixes, et la rotation serait assurée par le déplacement latéral des billes 3 sur les dents des crémaillères 19. Le type de convoyeur 13 peut toutefois tre différent.

L'important est de s'assurer que les billes 3 tournent sur elles-mmes et que chacune ne soit pas gnée dans son mouvement par la présence des billes 3 voisines. Idéalement, la distance entre chaque bille 3 pourrait tre ajustée dynamiquement afin de minimiser l'espace entre deux billes 3 voisines, donc minimiser les pertes de rayonnement passant entre deux billes 3 côte à côte. Car mme s'il y a présence d'une plaque réfléchissante sous les billes 3, celle-ci peut absorber une partie du rayonnement infrarouge 11 provenant des émetteurs 25 et ceci implique certaines pertes énergétiques.

Pour minimiser l'énergie dépensée, il serait avantageux, dans le cas où la distance entre deux billes 3 n'est pas ajustable, de discriminer les billes 3 selon le diamètre. On peut imaginer un système de chauffage infrarouge pour les billes 3 de plus petit diamètre et un autre pour les billes 3 d'un plus grand diamètre.

Le contrôle de lapuissafzce Comme mentionné précédemment, l'énergie dépensée pour les billes 3 entrant dans la scierie à environ-20 °C ou à-30 °C est sensiblement la mme. Mais l'énergie requise est naturellement moindre pour des billes 3 entrant à environ-10 °C, car la température à obtenir au cambium est autour d'environ-6 °C. Dans ce cas, il serait avantageux de réduire la puissance délivrée aux émetteurs 25 infrarouges, soit en abaissant la puissance de l'ensemble des émetteurs 25 par des systèmes électroniques de contrôle, soit (préférablement) en mettant hors circuit un certain nombre d'émetteurs 25 infrarouges. Dans les deux cas, le paramètre de contrôle pourrait tre la température des billes 3 à l'entrée, lue par pyrométrie ou contact direct. avec une sonde de température, comme un thermocouple par exemple.

Améliorations et avantages réalisables L'application de l'infrarouge au préchauffage de billes avant écorçage permet d'obtenir en quelques minutes une température cible à l'interface bois-écorce qui facilite l'écorçage. L'invention procure donc tous les avantages de la technique à l'eau chaude relativement à la perte de fibres de bois, à l'usure et à l'endommagement des outils de coupe des écorceuses et à la réduction de la présence d'écorce dans les copeaux.

Par rapport à la technique classique des bassins de trempage ou des jets d'eau chaude, elle élimine les problèmes de vidange et de traitement de l'eau usée. Elle élimine aussi l'espace occupé et les frais d'entretien des bassins de trempage et de décantation, ainsi que la plate-forme d'égouttement (les résidus du bassin de trempage

doivent tre déposés sur une plate-forme adjacente au bassin de trempage pour que l'excédent d'eau revienne dans le bassin). L'utilisation d'un système infrarouge au- dessus d'un convoyeur permet d'utiliser un procédé au défilé, dans un espace déjà actuellement occupé par le convoyeur assurant le déplacement latéral des billes 3 dans les scieries.

Sur le plan énergétique, la technologie infrarouge est probablement plus efficace que le chauffage à l'eau, les bassins d'eau chaude pour le trempage des billes étant souvent à l'air libre. La surface de l'eau chaude exposée à l'ambiant implique d'importants transferts de chaleur par convection et rayonnement et d'importantes pertes par évaporation.

Par ailleurs, l'écorce détachée de la bille 3 contient moins d'eau que dans le cas de l'utilisation des bassins d'eau chaude, ce qui augmente le pouvoir calorifique de l'écorce. Dans l'éventualité d'une valorisation des écorces par combustion, ceci constitue un atout sur le plan énergétique et affranchit des problèmes typiques associés à la combustion d'écorce chargée d'eau.

En d'autres mots, comme il peut maintenant tre mieux apprécié, la présente invention permet de résoudre plusieurs problèmes et inconvénients de l'art antérieur, et offre également plusieurs avantages par rapport aux méthodes et systèmes conventionnels.

Par exemple, concernant le critère de productivité, la présente invention permet : une diminution de l'arrachement de bois d'environ 30% ; une augmentation du volume de sciage ; une diminution de l'usure et de l'endommagement des outils de coupe, et une uniformisation du procédé de fabrication des pâtes et papiers (étant donné la moindre variabilité saisonnière du contenu en écorce des copeaux).

Concernant le critère de qualité/valeur du produit, la présente invention permet : une amélioration de la qualité des copeaux (moins d'écorce et de particules fines) et une

amélioration de la qualité du papier (moins d'inconvénients liés à la présence de particules d'écorce : saletés, sclérite, défauts d'impression chez l'imprimeur).

Concernant le critère d'efficacité énergétique, la présente invention permet : a) coût : en moyenne, pour une scierie nordique du Québec et sur une saison hivernale, environ 0,06 $/bille en électricité, soit environ 1 $ par mètre cube de volume de bois et b) retour sur investissement : environ 2 à 3 années si l'on ne tient compte que des coûts d'investissement, des coûts énergétiques et des gains de volume de fibres et de bois ; moins d'un an en tenant compte de l'augmentation de la valeur des copeaux ou de la réduction des coûts en produits chimiques à la papetière.

Concernant le critère environnemental, la présente invention permet : une réduction de la quantité de résidus d'écorçage (moins de bois dans l'écorce) ; une élimination de l'usage de l'eau dans les bassins de trempage et des déversements d'eau souillée ; une amélioration de l'efficacité énergétique dans les procédés brûlant l'écorce et réduction des émissions polluantes ; et une réduction de l'usage de produits chimiques dans les usines de pâtes et papiers pour extraire les particules d'écorce de la pâte.

Bien que la présente invention ait été précédemment expliquée par le biais de réalisations préférentielles de celle-ci, il doit tre précisé que toute modification à ces réalisations préférentielles, à l'intérieur du cadre des revendications jointes, n'est pas considérée changer ni altérer la nature et la portée de la présente invention.