L' invention concerne la fabrication de plaques isolantes de préférence 100% naturelles et/ou biosourcées ayant un coefficient thermique au moins aussi bon que les plaques en fibres naturelles et/ou végétales existantes, qui soient biodégradables et facile à travailler (découpage, rainurage, usinage, enduire...) .

Que ce soit pour des applications dans l'emballage ou dans la construction, il existe des matériaux isolants, sous forme de panneaux ou de couche flexible à base de matériaux naturels, comme des fibres naturelles. Néanmoins, les performances isolantes de tels matériaux sont bien souvent décevantes par rapport aux matériaux classiques synthétiques comme le polystyrène ou le polyuréthane, ou minérales comme la laine de verre. Ces matériaux sont souvent mous et ne peuvent pas être rainurés, et sont difficiles à découper de façon nette.

En effet, il est très difficile de former un panneau suffisamment solide à base de fibres naturelles, sans y ajouter au moins un liant thermoplastique ou autre additif synthétique, pour solidariser les fibres, et/ou des parements de chaque côté du matériau pour en assurer la cohésion, ce qui rend alors impossible le recyclage ou le compostage de tels panneaux.

La demanderesse a donc jugé nécessaire de développer un panneau isolant ayant d'excellentes propriétés thermiques, totalement recyclable et biodégradable, qui soit à la fois simple à produire et facile à travailler.

Solution de l'invention

A cette fin, l'invention concerne une pièce moulée expansée en fibres cellulosiques et/ou lignocellulosiques dont les surfaces sont une croûte enfermant une structure à porosité ouverte, les constituants de la croûte et de la structure à porosité ouverte étant identiques.

Contrairement aux matériaux connus, la demanderesse a mis au point une composition à base de fibres cellulosiques permettant d'obtenir, suite à l'étape de cuisson de la composition initiale, une structure expansée à porosité ouverte avec une surface plus dense et plus rigide apportant les propriétés mécaniques et un intérieur à faible densité conférant les propriétés isolantes.

Contrairement aux matériaux synthétiques expansés comme le polyuréthane ou le polystyrène, dans lesquels l'air est capturé dans des bulles fermées, la pièce expansée de l'invention a une porosité ouverte c'est-à-dire que l'air peut circuler dans le matériau, entre les fibres, lui conférant ainsi des propriétés perspirantes .

La pièce moulée de l'invention comprend des fibres cellulosiques et/ou lignocellulosiques , au moins un agent moussant et au moins un liant.

Dans une forme de réalisation le liant comprend au moins une protéine végétale.

La pièce peut comprendre également de l'humidité résiduelle. Le taux d'humidité de la pièce peut varier au cours du temps et dépend notamment des conditions de stockage, de l'humidité ambiante .

La croûte peut être définie comme une pellicule de surface (couche mince à la surface de l'objet) indissociable du matériau sur lequel elle est présente. C'est-à-dire qu'elle n'est pas formée par collage ou assemblage sur la structure expansée à porosité ouverte mais résulte naturellement du procédé de fabrication de cette structure expansée.

Selon l'invention, cette croûte a les mêmes constituants que la structure à porosité ouverte qu'elle enferme, les proportions peuvent cependant en être différentes. En effet, les constituantes peuvent par exemple présenter un gradient de proportions au niveau de la croûte, vers la surface.

La pièce moulée de l'invention est monocouche.

Il s'agit par exemple d'un panneau isolant rigide monocouche.

Un panneau désigne un matériau ayant une épaisseur bien inférieure à sa surface. Il peut être généralement plat, ou présenter des reliefs, des angles et/ou des courbures.

Ce panneau est monocouche, ce qui signifie qu'il ne comprend qu'une couche fabriquée en une fois. Contrairement aux panneaux connus, aucun parement ou couche de surface n'est laminé, pulvérisé ou collé sur le panneau. La croûte est une portion plus dense des mêmes constituants que ceux de la structure interne .

Les fibres cellulosiques et/ou lignocellulosiques sont des fibres naturelles et/ou biosourcées, comme par exemple des fibres de bois, de coco, de lin, de coton, de jute, de kénaf ou de chanvre. Il peut également s'agir de papier recyclé ou des textiles cellulosiques recyclés (ouate de cellulose) .

De préférence, les fibres cellulosiques ont une longueur d'au moins 0.1 mm, de préférence d'au moins 0.5 mm, de préférence d' au moins 1 mm et de préférence encore d' au moins 2 mm, ou d' au moins 4 mm. Des fibres trop courtes ne permettent pas une cohésion suffisante de la pièce. Dans certains cas, la longueur des fibres doit être limitée pour être approprié à la technique de malaxage, par exemple elle doit être limitée à 100 mm.

L'agent moussant ou agent gonflant est un tensioactif, d'origine naturelle ou biosourcé ou non, qui a pour objectif d'expanser le réseau fibreux du matériau. Des agents moussants sont par exemple des alkyle sulfates de sodium, comme par exemple le docécyle sufate de sodium (SDS)ou lauryle sulfate, des phospholipides, des dérivés de sorbitane ou d' alginate.

Le liant a pour fonction d'assurer la cohésion entre des fibres. Le liant peut comprendre, de préférence des agents d'origine naturelle ou biosourcés, comme par exemple des polysaccharides, comme l'amidon et/ou des amidons modifiés. De préférence, le liant ne comprend pas de carbonate de calcium.

De façon surprenante, il a été trouvé que des protéines végétales sont particulièrement adaptées à l'expansion de mélange aqueux des fibres, en combinaison de préférence avec l'agent moussant. Le liant comprend de préférence au moins une protéine végétale. Les protéines végétales ont des propriétés tensioactives et filmogènes qui participent pleinement à la stabilisation du matériau expansé à l'état humide. De préférence, la protéine végétale est une protéine de légumineuse, comme une protéine de soja, de pois, de fève, une protéine d'oléagineux comme une protéine de colza ou de tournesol, ou une protéine de céréales comme une protéine de blé ou de riz, ou une combinaison de protéines végétales.

De préférence, aucun additif inorganique n'est ajouté au mélange . La pièce moulée de l'invention a de préférence une densité comprise entre 15 et 100 kg/m ³ , de préférence entre 20 et 80 kg/m ³ , de préférence entre 25 et 65 kg/m ³ . Elle est donc particulièrement équilibrée pour avoir un bon rapport entre densité (légèreté) , isolation, solidité (propriétés mécaniques) et cout de revient, ce qui n'était jusqu'ici jamais obtenu avec des matériaux exclusivement naturels et/ou biosourcés.

La pièce moulée de l'invention a de préférence une conductivité thermique comprise de 0.060 W/m*K ou moins et de préférence 0.050 W/m*K ou moins, mesurée par la méthode de fil chaud.

La pièce moulée de l'invention n'est pas traitée mécaniquement pour en enlever la croûte.

La pièce moulée de l'invention peut comprendre un squelette, c'est-à-dire une structure interne rigide autour de laquelle les fibres cellulosiques et/ou lignocellulosiques sont expansées. La structure interne est par exemple en fibres naturelles, par exemple en carton ou en bois. Une telle structure permet d'augmenter la rigidité de la pièce.

L' invention est donc également relative à cette composition particulière pour la formation d'une pièce expansée présentant une croûte en surface et un cœur expansé à porosité ouverte. La composition comprend des fibres cellulosiques ou lignocellulosiques, au moins un agent moussant et au moins un liant et de l'eau.

Dans une forme de réalisation, le liant peut comprendre au moins une protéine végétale. De préférence, le liant et l'agent moussant sont soluble à froid dans l'eau pour économiser de l'énergie lors de la fabrication de la composition.

La composition peut comprendre un ajusteur de pH, de préférence une base comme de la soude, pour faciliter la solubilisation de la protéine.

La composition comprend de préférence entre 50 et 85% en masse d'eau, de préférence entre 60% et 82%, de préférence entre 70% et 80% en masse d'eau. Trop peu d'eau implique une composition manquant de fluidité pour le malaxage des ingrédients et l'expansion du mélange, l'eau étant absorbée par les fibres.

Trop d'eau implique une trop grande demande énergétique pour le séchage, et peut poser un problème de décantation des constituants, créer des cavités au sein du matériau menant à des matériaux fragiles, hétérogènes et inutilisables.

La composition comprend de préférence entre 10% et 35% en masse de fibres cellulosiques ou lignocellulosiques , et de préférence entre 11% et 30% en masse, de préférence entre 12% et 25%.

La composition comprend de préférence entre 1% et 25% en masse de liant, de préférence entre 2% et 20%, de préférence encore entre 3% et 19% ou entre 4% et 15%.

En ce qui concerne le liant, la protéine végétale peut représenter de préférence entre 1% et 25% en masse de la composition, de préférence entre 2% et 20%, de préférence encore entre 3% et 19% ou entre 4% et 15%. La composition comprend de préférence entre 0.1% et 3% en masse d'agent moussant, de préférence entre 0.2% et 2%, de préférence encore entre 0.25% et 1.5%.

Tous les constituants de la composition sont de préférence recyclables et/ou biodégradables. Les pièces moulées de l'inventions peuvent ainsi également être recyclables et/ou biodégradables voire même compostables . Les pièces de l'invention peuvent par exemple être recyclées pour servir de substrat entièrement biodégradable de culture et/ou de germination .

Les pièces de l'invention peuvent être brûlées sans dégagement de fumées toxiques contrairement aux polyuréthanes ou au PVC.

L' invention concerne également le procédé de fabrication de la pièce moulée de l'invention. Il comprend les étapes de :

- On mélange des fibres cellulosiques et/ou lignocellulosiques , au moins un liant, au moins un agent moussant, et de l'eau ;

- On introduit le mélange obtenu dans un moule ; et

- On chauffe le moule à une température comprise entre 80°C et 200°C, de préférence entre 100 °C et 150 °C.

L'étape de mélange peut comprendre le malaxage des composants. Les fibres sont de préférences introduites progressivement dans le mélange pour assurer l'homogénéité de l'humidification des fibres .

De préférence, le liant est dissout à froid dans l'eau. Il est possible de travailler à chaud, mais la solution à froid permet des économies d'énergie.

Le liant peut comprendre au moins une protéine végétale. Avant d'introduire le mélange dans le moule, ou pendant l'introduction du mélange dans le moule, un squelette, c'est-à- dire une armature ou structure interne rigide peut être introduite dans la moule. Les fibres cellulosiques et/ou lignocellulosiques recouvrent de préférence la totalité du squelette et sont expansées autour dudit squelette. La structure interne est par exemple en fibres naturelles, par exemple en carton ou en bois. Une telle structure permet d'augmenter la rigidité de la pièce.

L'étape de chauffage permet de figer la structure expansée et de former la croûte présente à la surface de la pièce. Elle permet également d'évacuer une partie voire la quasi-totalité de l'humidité. Une température trop faible peut conduire à la formation de moisissure, au-delà de 200 °C, la pièce est thermiquement dégradée. L'étape de chauffage ne fait pas intervenir de vapeur, c'est un chauffage à sec, de préférence ventilé, ayant pour but d'éliminer l'humidité.

Optionnellement , pour des raisons d'économie d'énergie, l'étape de chauffage peut être raccourcie et une étape de séchage peut être ajoutée à la fin du procédé, afin d'obtenir le taux d'humidité désiré dans la pièce. Ce séchage peut être actif, c'est-à-dire en plaçant la pièce dans un séchoir où passe de l'air chaud, ou progressif en appliquant un gradient de température .

De préférence, le moule est perforé sur au moins une partie de sa surface pour faciliter l'évacuation de l'humidité, et diminuer d'autant le temps de séchage nécessaire. Les perforations ont n' importe quelle forme et sont par exemple des perforations dont le diamètre est compris entre 1 mm et 5 mm, pour éviter que la composition ne s'échappe du moule. Avantageusement, les perforations sont réparties homogènement sur au moins une face du moule.

Ces perforations confèrent un relief à la surface de la croûte, ce qui confère à cette croûte des propriétés d' accroche, par exemple pour des enduits.

De préférence le moule est un moule fermé, c'est à dire qu'il couvre l'entièreté de la forme. Cela permet d'éviter qu'une portion de la pièce moulée obtenue présente un gonflement incontrôlé. Cela évite les étapes supplémentaires de polissage, ponçage ou refente.

Les pièces de l'invention peuvent être utilisées pour l'isolation thermique dans des bâtiments, des avions, des véhicules, de composants dans des machines comme des pompes à chaleur ou des climatisations...

Les pièces de l'invention peuvent aussi être utilisées dans la fabrication d'emballages isothermes destinés à transporter des produits frais, froids ou surgelés.

Les propriétés mécaniques des pièces permettent également leur utilisation comme emballage protecteur par exemple pour transporter des objets fragiles. Les propriétés isothermes et protectrices peuvent d'ailleurs être combinées.

La formulation et le procédé de fabrication permet d'ajouter un traitement/agent ignifuge grâce aux propriétés filmogène des liants protéiques.

L'invention sera mieux comprise à l'aide de la description de plusieurs modes de réalisations détaillés dans les exemples ci- dessous . Exemple 1 - préparation de compositions selon l'invention Plusieurs compositions ont été préparés à base de fibres naturelles de différentes origines :

Ouate de cellulose fournie par Soprema ;

Pâte à papier fournie par Smurfit Kappa ; étoupes teillées de lin fournies par Albert Brille (Belgique) ; fibres de bois Thermofibres fournies par GUTEX (Allemagne) ; fibres coupées de lin (Linum usitatissimum) , jute (Corchorus capsularis) , cocos (Cocos nucifera) , kénaf (Hibiscus cannabinus) .

Le diamètre des fibres est compris en 10 pm et 200 pm.

La longueur des fibres est ici comprise en 100 pm et plusieurs millimètres, jusque 8 mm, les équipements utilisés étant ici des équipements de laboratoire. Des équipements industriels pourraient toutefois permettre le malaxage de fibres plus longues .

Les liants utilisés dans ces compositions sont un isolat protéique de pois (IPP) fourni par Cosucra (Be) , de l'amidon modifié (Tackidex 1123) choisi pour sa bonne solubilité à froid et fourni par Ravago-Roquette (Fr) .

L'agent moussant utilisé est du Sodium Lauryl Sulfate (SDS) fourni par Sigma.

Les fibres sont ajoutées progressivement à une solution à température ambiante contenant le ou les liants et l'agent moussants dissout.

Les compositions réalisées sont reprises dans le tableau 1.

Tableau 1 .

Exemple 2 - procédé de fabrication de pièces sous formes de plaques

Des plaques de 40* 35* 4 cm ont été préparées en plusieurs étapes successives , avec les compositions listées dans le tableau 1 . Dans une première étape les fibres de bois lignocellulosiques (220 g) sont ajoutées en malaxant sous agitation lente à une solution aqueuse (920 g) contenant les protéines (33 g) et l'amidon (33 g) préalablement solubilisés dans l'eau.

L'agent moussant (sodium dodecyl sulfate, 4 g) solubilisé dans 70 grammes d'eau est ensuite ajouté et le mélange agité.

Le mélange expansé est ensuite entièrement transvasé dans le moule perforé de 40*35*4 cm qui est ensuite placé à 110 °C pendant 6 à 8h, jusqu'à obtention d'une masse constante.

Exemple 3 - caractérisation des plaques obtenues

La densité et la conductivité des plaques fabriquées à partir des différentes compositions ont été mesurées selon les méthodes suivantes .

La densité des matériaux secs a été calculée en divisant leur poids par leur volume.

La conductivité thermique des matériaux a été déterminée en utilisant un conductimètre NEOTIM FP2C (ALBI, France) par la méthode de fil chaud fournie par le fabricant. Cette méthode permet d'estimer la conductivité thermique d'un matériau à partir de l'évolution de la température mesurée par un thermocouple placé à proximité d'un fil résistif. Les mesures ont été réalisées sur les plaques d'échantillons d'au moins 60x40 mm, et d'au moins 20 mm d'épaisseur. Les valeurs indiquées présentent une moyenne d'au moins 4 mesures, avec une incertitude de l'ordre de 5%.

Des échantillons commerciaux ont également été évalués pour comparer leurs performances dans les mêmes conditions de mesure. Les résultats sont rassemblés dans le tableau 2.

Tableau 2 .

Les plaques formées selon l ' invention permettent d' obtenir des propriétés de densité et conductivité thermique comparables aux solutions souples naturelles ou minérales existantes . Elles sont cependant rigides et entièrement biosourcées ainsi que totalement biodégradables. Les plaques de l'inventions peuvent être travaillées et enduites pour des utilisations en constructions .

Elles peuvent également être moulées avec une forme spécifique, pour une multitude d'applications incluant des emballages ou des pièces d'isolations particulières, par exemple pour l'aéronautique, des pompes à chaleur ou climatiseurs...