Domaine technique et état de l'art

L'invention concerne une installation pour la conservation des bois bruts (grumes, billes et billons) ou transformés (produits obtenus par sciage, tranchage, déroulage, fendage, etc.), et un procédé de conservation associé.

Quelques définitions sont tout d'abord rappelées.

L'humidité d'un bois est définie comme le rapport de la masse d'eau qu'il contient sur sa masse anhydre. Elle s'exprime par la formule suivante : taux d'humidité sur sec (%) = (masse humide - masse anhydre) / (masse anhydre) x 100. L'humidité relative de l'air est le rapport entre la quantité d'eau présente dans l'air et la quantité maximale d'eau que l'air pourrait contenir à la même température.

La température « bulbe sec » est la température de l'air donnée par un thermomètre sec, placé dans un courant d'air humide à l'abri du rayonnement solaire.

La température « bulbe humide » est la température de l'air indiquée par un thermomètre placé dans un linge humide balayé par de l'air en mouvement et protégé du rayonnement solaire. A la surface du thermomètre à bulbe humide, l'eau se vaporise et, étant donné que l'évaporation d'eau dépend de l'humidité de l'air ambiant, l'eau sur le thermomètre humide s'évapore d'autant plus rapidement et la température qu'il indique est d'autant plus basse par rapport à la température « bulbe sec » que l'humidité relative de l'air est faible.

Les bois qui viennent d'être abattus présentent un taux d'humidité sur sec élevé et variable suivant les essences : généralement entre 90 % pour du chêne ou du hêtre et jusque 200 % pour certains peupliers. Dès leur abattage, les bois commencent à perdre de l'eau jusqu'à atteindre leur humidité d'équilibre avec l'air ambiant (par exemple : dans un air ambiant à une température de 20°C et à un taux d'humidité relative de 80 %, le taux d'humidité sur sec d'équilibre du bois s'établit aux alentours de 16 %) :

• Les bois perdent d'abord leur « eau libre », c'est-à-dire celle qui remplit les vides cellulaires, jusqu'au PSF (ou point de saturation des fibres). Le taux d'humidité sur sec du bois au PSF est d'environ 28 à 30 %, il est relativement constant quelles que soient les essences de bois considérées. Jusqu'au PSF, on parle de bois frais.

• Puis les bois perdent leur « eau liée », c'est-à-dire celle qui imprègne les membranes des cellules du bois. Au delà du point de saturation des fibres, on parle de bois sec.

Tant que l'humidité du bois reste supérieure à celle du PSF, les bois ne subissent pas de retrait ni de déformation. Le retrait du bois est un phénomène selon lequel les dimensions d'une pièce de bois varient avec son taux d'humidité. On parle de retrait car le bois frais a des dimensions maximales et les dimensions du bois diminuent avec son taux d'humidité. En revanche, pour des humidités de bois inférieures à celle du PSF, le retrait ou le gonflement (phénomène inverse du retrait) d'un bois d'une essence donnée sont directement proportionnels au nombre de points d'humidité perdus ou repris. Le retrait des bois est très fortement anisotrope : le retrait longitudinal (selon l'axe longitudinal du bois) est si faible qu'il est pratiquement négligeable ; le retrait radial (du cœur vers l'écorce) et le retrait tangentiel (selon une direction tangente à l'écorce) sont non négligeables, le retrait tangentiel est en général environ 1,5 à 2 fois plus élevé que le retrait radial.

La qualité des bois est susceptible d'être dégradée par des attaques d'origine biologique (champignons, insectes, etc.) qui peuvent intervenir à tout moment, tout au long de la filière d'exploitation et de transformation depuis l'abattage des arbres en forêt jusqu'au séchage des bois ou jusqu'à leur traitement par des produits de préservation. En l'absence de mesures de conservation après abattage, les bois deviennent impropres à la plupart des usages technologiques après une durée dépendant de l'espèce et des conditions météorologiques : les bois subissent d'abord une dégradation de leurs propriétés esthétiques (bleuissement, décolorations, ...) puis une dégradation de leurs propriétés physiques, mécaniques et chimiques (échauffures, pourritures, ...).

Les problèmes liés au stockage et à la conservation des bois, courants dans toute la filière forêt / bois, sont exacerbés lors d'accidents climatiques ou d'épidémies forestières car de grandes quantités de bois doivent alors être traitées dans des temps très courts.

Le stockage et la conservation des bois bruts ou transformés sur une longue période, de l'ordre de plusieurs mois à plusieurs années, nécessite d'inliiber le développement et la croissance d'organismes susceptibles de détériorer le bois stocké, et ce pendant toute la durée du stockage. Trois méthodes sont essentiellement utilisées à ce jour.

Une première méthode, dite par voie humide, consiste à maintenir en permanence un taux d'humidité sur sec égal ou supérieur à 100 % dans le bois stocké, en immergeant les bois dans l'eau ou en les aspergeant en continu. En l'absence d'oxygène gazeux, les champignons ne peuvent pas se développer. Egalement, les insectes xylophages ne peuvent pas se développer car ils ne pondent pas sur des bois trop humides. Le développement des champignons et des insectes est ainsi rendu impossible. Ce procédé présente cependant des inconvénients importants : consommation en eau et en énergie importante, nécessité de traiter l'eau sortant de l'installation, reprise des bois difficile notamment à cause du poids des bois humides et du sol détrempé autour de la zone de stockage, etc. En particulier, l'eau délave les bois de leurs tannins et dégrade ainsi leur durabilité naturelle. De plus, l'installation de telles zones de stockage nécessite des autorisations administratives souvent difficiles à obtenir, en particulier à cause des impacts environnementaux. Enfin, ce mode de stockage n'est pas efficace pour le stockage des bois les plus fragiles, comme le hêtre ou le pin maritime par exemple.

Une deuxième méthode, dite par voie sèche, consiste à stocker les bois en les recouvrant d'un élément de couverture de type bâche. La composition de l'atmosphère ainsi confinée autour des bois évolue rapidement par la consommation de l'oxygène et la production de gaz carbonique par les cellules des bois stockés et par les bactéries et champignons présents (phénomènes d'oxydation et de fermentation). L'atmosphère qui en résulte contenant trop peu d'oxygène, les champignons et les insectes ne peuvent pas se développer. Ce procédé de stockage comprend également de nombreux inconvénients notamment : difficulté de réalisation et d'installation d'un élément de couverture de très grande taille, difficulté d'obtenir une couverture parfaitement étanche, et surtout de maintenir cette étanchéité pendant plusieurs mois ou plusieurs années, etc. Dans la pratique, cette méthode n'est pas utilisée à l'échelle industrielle, du fait de son coût et de la très grande difficulté à maintenir une étanchéité parfaite dans le temps.

Une troisième méthode, dite par voie chimique, consiste à imbiber les bois stockés d'un produit chimique adapté à inhiber le développement des champignons et des insectes. Parmi les inconvénients de cette méthode, on peut citer notamment le coût prohibitif des produits chimiques et des moyens à mettre en œuvre pour les appliquer, les risques importants de dégradation de l'environnement et pour la santé des personnes présentes au voisinage de la zone de stockage, le soin particulier à apporter à la préparation des bois. Enfin, cette méthode n'est pas autorisée dans certaines forêts à cause des risques élevés de pollution, ni pour traiter les bois destinés à une utilisation dans le domaine alimentaire (fabrication de tonneaux, de cagettes, etc.).

Description de l'invention

L'invention propose une nouvelle installation de stockage et conservation des bois, et un procédé associé, résolvant au moins un des problèmes des méthodes de stockage connues et décrites ci-dessus.

Plus précisément, l'invention concerne une installation, et un procédé associé, pour la conservation de bois, comprenant :

· une enceinte dans laquelle les bois sont entreposés,

• un moyen pour maintenir une température à l'intérieur de l'enceinte à une valeur de température souhaitée comprise entre -5 et +15°C "bulbe sec".

Des essais ont montré que maintenir les bois à une température inférieure à +15°C "bulbe sec" permet de limiter le développement des parasites biologiques tels que les champignons et / ou les insectes. Des essais ont également montré qu'une température inférieure à -5°C dans l'enceinte entraîne un éclatement des bois dû au gel des molécules d'eau à l'intérieur des bois. Avec une température comprise entre -5 et +15°C, la qualité des bois est ainsi préservée. Le choix de la température à laquelle les bois sont maintenus est fonction notamment de leur nature, de la durée de conservation envisagée, de leur utilisation future, etc. Le choix de la température est également fonction de la quantité d'énergie nécessaire pour maintenir les bois à la température souhaitée pendant toute la période de conservation souhaitée. Une température souhaitée comprise entre 0 et +6°C donne de bons résultats, au moins pour la majorité des essences présentes en Europe, pour un investissement énergétique acceptable.

L'enceinte est de préférence une enceinte close, de dimensions adaptées aux dimensions des bois et au volume des bois à conserver. L'enceinte comprend de préférence une zone d'accès pour des engins adaptés au transport des bois, par exemple une porte, un mur amovible ou un sas. L'enceinte peut être installée sur le lieu de production des bois, à proximité d'une forêt ou d'une scierie par exemple ; elle peut aussi être installée sur une zone industrielle ou sur un port fluvial ou maritime. L'enceinte peut être installée à l'air libre ou bien être enterrée, elle peut être rigide ou souple, elle peut être unitaire ou composée de plusieurs cellules indépendantes avec des ambiances spécifiques. L'enceinte est par exemple un bâtiment construit spécialement à cet effet, un caisson ou un conteneur de transport. L'enceinte peut être pérenne ou provisoire ; dans ce dernier cas, elle est de préférence démontable ou déplaçable pour être utilisée plusieurs fois. Enfin, l'enceinte est de préférence isolée thermiquement pour limiter la consommation d'énergie nécessaire au maintien d'une basse température à l'intérieur de l'enceinte.

Selon un mode de réalisation, le moyen de maintien en température peut comprendre :

• un dispositif de chauffage adapté à chauffer un fluide caloporteur,

• un dispositif de réfrigération adapté à refroidir un fluide caloporteur,

« au moins un dispositif de traitement d'air adapté à tempérer un flux d'air entrant à partir du fluide chaud ou du fluide froid,

• un dispositif de diffusion de l'air tempéré à l'intérieur de l'enceinte, et

• un moyen de régulation pour commander les dispositifs de chauffage, de réfrigération et d'humidification de sorte à maintenir la température à l'intérieur de l'enceinte à la valeur de température souhaitée. Le fluide caloporteur est par exemple de l'eau, ou plus généralement tout fluide caloporteur habituellement utilisé dans le domaine de la climatisation de l'air. Une telle installation permet de conserver des bois à température constante sur plusieurs mois, en tenant compte des variations climatiques d'une saison à l'autre, et notamment de la température extérieure qui peut être bien inférieure à -5°C ou bien supérieure à +15°C.

Le dispositif de réfrigération est par exemple un dispositif à compression, à adsorption ou à absorption. Le dispositif de chauffage et / ou le dispositif de réfrigération sont de préférence des dispositifs consommant une énergie renouvelable, par exemple du type chaudière à bois ou à énergie solaire, ou pompe à chaleur. L'impact écologique de l'installation est ainsi limité.

Le retrait anisotrope dû au séchage des bois ronds ou transformés provoque souvent l'apparition de gerces et de fentes. Afin d'éviter cet inconvénient, il peut se révéler nécessaire de conserver les bois dans un état frais durant leur stockage, c'est-à-dire à un taux d'humidité sur sec minimum proche de celui du PSF. L'installation selon l'invention peut donc également comprendre un moyen pour maintenir un taux d'humidité relative à l'intérieur de l'enceinte à une valeur souhaitée, adaptée à maintenir les bois entreposés dans un état frais. En maintenant les bois dans un état frais, les risques de retrait sont supprimés. Selon un mode de réalisation, l'installation peut encore comprendre un dispositif de production de vapeur pour fournir de la vapeur d'eau au dispositif de traitement de l'air ; dans ce cas, le dispositif de traitement de l'air est adapté pour humidifier l'air à partir de la vapeur d'eau reçue et le moyen de régulation est également adapté pour commander le dispositif de production de vapeur de sorte à maintenir l'humidité relative à l'intérieur de l'enceinte à la valeur d'humidité souhaité. Le dispositif de production de vapeur, le dispositif de traitement de l'air et le moyen de régulation forment ensemble le moyen pour maintenir le taux d'humidité à l'intérieur de l'enveloppe. Brève description des figures

L'invention sera mieux comprise, et d'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lumière de la description qui suit d'exemples de réalisation d'une installation selon l'invention. Ces exemples sont donnés à titre illustratif et non limitatif. La description est à lire en relation avec les dessins annexés dans lesquels :

• la figure 1 est un schéma de principe d'un premier mode de réalisation d'une installation selon l'invention, permanente, fixe, raccordée aux réseaux d'énergie (gaz, électricité) environnants, et à humidité contrôlée,

• la figure 2 est un schéma de principe d'un deuxième mode de réalisation d'une installation selon l'invention, provisoire, nomade, non raccordée aux réseaux d'énergie (gaz, électricité) environnants, et à humidité contrôlée, « la figure 3 est un schéma de principe d'un troisième mode de réalisation d'une installation selon l'invention, adaptée au transport maritime par conteneurs, raccordée à un réseau d'électricité, et à humidité non contrôlée.

Description de modes de réalisation de l'invention

Comme dit précédemment, l'invention concerne une installation pour la conservation de bois, comprenant une enceinte dans laquelle les bois sont entreposés, et un moyen pour maintenir une température à l'intérieur de l'enceinte à une valeur souhaitée comprise entre -5 et +15°C "bulbe sec".

Les bois peuvent être entreposés empilés, étalés, ou sous toute autre forme.

Dans l'exemple de la figure 1, l'installation selon l'invention est permanente, fixe, raccordée aux réseaux d'énergie (gaz, électricité) environnants, et à humidité contrôlée. L'enceinte 1 est un entrepôt industriel en dur, pérenne, isolé thermiquement et raccordé aux réseaux d'électricité et de gaz naturel. Un sas 2 permet le chargement des bois à l'intérieur de l'enceinte par un pont roulant. L'entreposage des bois 3 se fait entre des piquets plantés dans le sol pour permettre de maintenir les bois en piles. L'entrepôt a par exemple un volume intérieur de l'ordre de 20 000 à 200 000 mètres cubes et peut accueillir un volume de bois de 10 000 à 100 000 mètres cubes. Un dispositif de refroidissement 4 refroidit l'eau d'un ballon 4a. Le dispositif 4 est dans l'exemple raccordé au réseau d'électricité. Un dispositif de chauffage 5, de type chaudière à gaz, chauffe l'eau à la demande. Un dispositif de production de vapeur 9 fournit de la vapeur à un caisson 6 de traitement de l'air. Dans le caisson 6 de traitement de l'air, un échangeur thermique à ailettes de type eau / air 4b est adapté pour refroidir l'air présent dans le caisson à partir de l'eau froide du ballon 4a, un échangeur thermique à ailettes du type eau / air 5b est adapté pour réchauffer l'air présent dans le caisson 6 à partir de l'eau chauffée par le dispositif de chauffage 5, et la vapeur d'eau fournie par le dispositif 9 modifie le taux d'humidité de l'air. L'air extérieur entrant dans le caisson est chauffé ou refroidi, et / ou humidifié dans le caisson 6 et est ensuite fourni à des dispositifs de distribution 7 par l'intermédiaire d'un réseau de distribution aéraulique. Les dispositifs 7 sont dans cet exemple des bouches de diffusion de l'air. L'air distribué est partiellement recyclé. L'entrepôt est équipé également d'un ensemble de régulation 8 communicant qui, à partir de mesures des conditions climatiques (température, humidité) réalisées par une sonde d'ambiance 11 à l'intérieur de l'enceinte 1, pilote le dispositif de chauffage 5, 5b, le dispositif de refroidissement 4, 4a, 4b, le dispositif de production de vapeur 9 et le caisson 6 de traitement de l'air pour ajuster respectivement la température d'eau chaude, la température d'eau froide, le débit de vapeur fourni au caisson et le débit d'air fourni par le caisson à l'enceinte 1 de sorte à ajuster les conditions climatiques (température, humidité) à l'intérieur de l'enceinte à des conditions climatiques souhaitées.

Dans l'exemple de la figure 2, l'installation est provisoire, nomade, non raccordée aux réseaux d'énergie (gaz, électricité) environnants, et à humidité contrôlée. L'enceinte 1 est ici constituée de deux cellules isolées thermiquement, installées loin de tout point d'eau et de tout réseau de distribution d'énergie tel qu'un réseau de gaz ou d'électricité. Les cellules sont par exemple constituées d'une armature métallique recouverte de textile ; les cellules peuvent être déployées aisément et rapidement. Un sas 2 permet le chargement des bois à l'intérieur de chaque cellule par les engins forestiers habituels. L'entreposage des bois 3 se fait entre des piquets plantés dans le sol pour permettre de maintenir les bois en piles. Les cellules ont par exemple un volume intérieur unitaire de l'ordre de 400 à 2.000 mètres cubes et peuvent accueillir chacune un volume de bois de 200 à 1.000 mètres cubes.

Un dispositif de chauffage 5, du type chaudière à bois déchiqueté, chauffe l'eau d'un ballon tampon 5a. L'eau du ballon tampon est transmise à des échangeurs thermiques 5b à l'intérieur de caissons 6 de traitement de l'air (dans l'exemple, un caisson par cellule). Un dispositif de refroidissement 4, du type à absorption, produit à la demande de l'eau froide à partir de l'eau chaude du ballon tampon 5a et transmet l'eau froide à des échangeurs thermiques 4b à l'intérieur des caissons 6. Des dispositifs de production de vapeur 9 (un par caisson 6) fournissent de la vapeur d'eau aux caissons 6. Dans chaque caisson 6, les échangeurs thermiques 4b, 5b refroidissent ou chauffent l'air, et la vapeur d'eau modifie le taux d'humidité de l'air. L'air refroidi ou chauffé et / ou humidifié dans le caisson 6 est ensuite fourni à des dispositifs de distribution 7 à l'intérieur de la cellule correspondante par l'intermédiaire d'un réseau de distribution aéraulique. Les dispositifs 7 sont dans cet exemple des gaines perforées à induction. L'air distribué est partiellement recyclé.

L'entrepôt est équipé également d'un ensemble de régulation 8 communicant qui, à partir de mesures des conditions climatiques (température, humidité) réalisées par une sonde d'ambiance 11 à l'intérieur de l'enceinte 1, pilote le dispositif de chauffage 5, 5a, 5b, le dispositif de refroidissement 4, 4b, le dispositif de production de vapeur 9 et le caisson 6 de traitement de l'air pour ajuster respectivement la température d'eau chaude, la température d'eau froide, le débit de vapeur fourni au caisson et le débit d'air fourni par le caisson à l'enceinte 1 de sorte à ajuster les conditions climatiques (température, humidité) à l'intérieur de l'enceinte à des conditions climatiques souhaitées. Un groupe électrogène 10 à fuel alimente en électricité les dispositifs de production de vapeur, l'ensemble de régulation, et tous les dispositifs électroniques qui consomment globalement une faible quantité d'énergie. Dans l'exemple de la figure 3, l'installation est adaptée au transport maritime par conteneurs, elle est raccordée à un réseau d'électricité, et est à humidité non contrôlée.

L'enceinte 1 est ici un conteneur frigorifique électrique en acier inox isolé thermiquement et adapté au transport maritime. Une porte battante 2 permet le chargement des grumes 3 par des engins de manutention portuaire habituels. Un conteneur a par exemple un volume intérieur unitaire de l'ordre de 33 mètres cubes pouvant accueillir un volume de bois de 20 mètres cubes.

Un dispositif de refroidissement 4 du type à compression est adapté pour refroidir l'air entrant dans un caisson 6 de traitement de l'air. Le dispositif 4 est dans l'exemple raccordé au réseau d'électricité. Un dispositif de chauffage 5, de type machine thermique électrique, est adapté pour chauffer l'air entrant dans le caisson. L'air chauffé ou refroidi dans le caisson 6 est ensuite diffusé à l'intérieur du conteneur par un ventilateur 7. L'air distribué est partiellement recyclé. Le conteneur est équipé également d'un ensemble de régulation 8 communicant qui, à partir de conditions climatiques déterminées par une sonde 11 à l'intérieur de l'enceinte 1, pilote le dispositif de production de froid 4, le dispositif de chauffage 5, et le ventilateur 7 du caisson 6 de traitement de l'air pour ajuster la température de l'air à l'intérieur du caisson 6 et le débit d'air fourni par le caisson 6 à l'enceinte 1 de sorte à ajuster la température à l'intérieur de l'enceinte à des conditions souhaitées. L'électricité nécessaire au fonctionnement du matériel est fournie par raccordement au réseau d'électricité urbain lorsque le conteneur est stocké dans un port et par raccordement au réseau électrique du bateau durant les transports.