Procédé de préparation du bois en vue de son imprégnation

Abstract

 On perfore les pièces de bois (2) à coeur en pratiquant une multitude de perforations (1) de faible diamètre par exemple entre 1 et 5 mm, notamment selon une trajectoire oblique par rapport au plan longitudinal de la pièce.
Le procédé prépare le bois en vue de son imprégnation à cœur. ll s'applique notamment au bois de construction des tours de réfrigération industrielles.

Description

[0001] L'invention est relative au traitement de protection du bois, notamment pour les tours de réfrigération industrielles (appelées également réfrigérants atmosphériques).

[0002] L'invention concerne plus particulièrement un procédé de préparation du bois en vue de son imprégnation à coeur.

[0003] Le procédé de l'invention est préalable à l'imprégnation du bois et est indépendant de la technique et du produit d'imprégnation qui seront utilisés.

[0004] Trois procédés d'imprégnation du bois sont connus : le procédé Rueping, le procédé Bethell et le procédé Lowry. Le document officiel "Timber Preser- vation in New Zealand : Specifications" les résume. La norme NEN 3255 mentionne également le procédé Rueping. Ces trois procédés sont universellement connus depuis longtemps, même si les normes officielles ne les citent pas toujours par leurs noms propres.

[0005] Pour de nombreux bois utilisés industriellement la pénétration est négligeable car elle a lieu dans le sens de la longueur (de l'ordre de un à plusieurs métres) des piéces de bois, essentiellement suivant l'axe des troncs d'arbres. Or, il est hautement souhaitable de pouvoir traiter le bois en profondeur, dans toute la masse, si possible, afin d'assurer sa tenue dans le temps, par exemple 15 ans, au moins 10 ans, voire 30 ans ou plus si les pièces de bois rentrent par exemple dans la construction de réfrigérants atmosphériques de centrales électriques, et cela dans un environnement propice à sa dégradation tant chimique que bactériologique. En effet, à l'intérieur des réfrigérants atmosphériques, les bois sont soumis à l'action de l'eau à refroidir, souvent chargée de substances chimiques diverses, à celle de l'air atmosphérique, véhiculant d'innombrables germes biologiques (algues,champignons, (fungi),...), et à des fortes variations de température et d'humidité, notamment entre les arrêts et les marches du réfrigérant atmosphérique.

[0006] Les pièces de bois entrant dans les constructions industrielles, et notamment dans les réfrigérants atmosphériques, sont évidemment traitées par imprégnation avant montage, toutes les découpes et perforations diverses, notamment pour le passage de boulons, ayant été effectuées toutefois préalablement au traitement d'imprégnation. La manipulation des pièces de bois, leur assemblage, leur montage dans les constructions industrielles constituent de nombreuses occasions de blesser le bois; si l'imprégnation est très peu profonde, la moindre blessure est une amorce à l'attaque ultérieure du bois par les agents biologiques et chimiques agressifs qui atteignent aisément la partie non imprégnée. Le moindre défaut dans une couche mince'd'imprégnation la rend également localement poreuse et donc propice à la pénétration d'agents destructeurs. Une couche mince est également aisément percée mécaniquement, tant par l'action accidentelle de l'homme que par l'action d'animaux et de parasites divers. Il est donc important de chercher à améliorer la pénétration des produits d'imprégnation.

[0007] Le seul moyen connu actuellement pour accroître la pénétration des produits d'imprégnation consiste à inciser (entailler). le bois. Cette technique est citée en 1.6 de la norme C1-82 de l'AMERICAN WOOD-PRESERVER'S ASSOCIATION.

[0008] Cette technique est décrite au paragraphe "In- cising" de la page 18-13 du livre "Wood handbook : Wood as an Engineering Material" de Forest Products Laboratory, Forest Service, U.S. Department of Agriculture (Library of Congress Catalog Card n° 73-600335) et illustrée par la figure 18-2. Cette technique d'incision est également décrite au paragraphe 7.1 de la norme du Cooling Tower Institute (C.T.I.) "Pressure Preservative Treatment of Lumber _for industrial water- cooling towers" (C.T.I. Bulletin WMS-112).

[0009] Quoique cette technique de préparation mécanique du bois par incision, en vue de son imprégnation, accroisse inconstestablement le volume relatif de bois qui est imprégné, elle est peu satisfaisante. En effet, d'une part elle n'accroît que peu le volume imprégné et, d'autre part, elle déforce franchement le bois. Il y a un compromis à tenir entre l'accroissement du volume imprégné et la détérioration des propriétés mécaniques du bois; ce compromis limite en général la pénétration des incisions à 10 à 20 mm (cf Wood handbook); cependant pour les tours de réfrigération, où le bois est particulièrement sollicité tant mécaniquement que par le milieu, l'ambiance, auquel il est soumis, le Cooling Tower Institute recommande de ne pas dépasser 0,4 pouce de profondeur (cf CTI Bulletin WMS-112), soit une dizaine de mm. Si pour les bois difficilement imprégnables on a ainsi multiplié par 5, voire 10, la profondeur de pénétration, celle-ci reste toutefois faible; on est très loin d'une pénétration à coeur des produits d'imprégnation, cette pénétration étant toujours très faible dans le sens perpendiculaire aux fibres ("grains" en anglais). Quant à l'affectation de la résistance mécanique, elle est plus grande qu'il ne parait à première vue d'après la disposition des entailles, cependant parallèles au tronc de l'arbre, c'est-à-dire aux fibres; en effet, les fibres ne sont pas rigoureusement coaxiales au tronc (théoriquement verticales pour un arbre debout droit); elles présentent des inclinaisons par rapport à l'axe du tronc, ou plus exactement par rapport à la direction de déplacement des grumes ("log " en anglais) dans la machine à inciser, de 1' ordre de 10 % en moyenne, aléatoires, de part et d'autres de l'axe; la longueur des entailles affectera donc une quantité de fibres d'autant plus grande que les entailles sont, d'une part, plus longues et d'autre part, plus rapprochées les unes des autres dans le sens de la longueur. Or ces entailles sont relativement longues (0,4 pouce ou 10 mm typiquement) et le pas longitudinal est relativement petit (0,4 pouce ou 10 mm entre deux entailles successives décalées tangentiellement de 0,2 pouce, ou 5,0 mm; 3 pouces ou 75 mm, entre deux entailles alignées). La réduction des propriétés mécaniques sera d'autant plus grande que le diamètre de la grume est petit, et sera particulièrement sensible en flexion par exemple, parce que ce sont essentiellement les couches extérieures qui assurent la résistance à la flexion. On devra admettre dans le calcul de résistance des constructions en bois, particulièrement des réfrigérants atmosphériques, d'importantes réductions des tensions maximales admissibles, de l'ordre de 20 à 25 %.

[0010] Pour pallier aux insuffisances et aux inconvénients du procédé connu cité ci-dessus, on propose de perforer les grumes à coeur, éventuellement de part en part, d'une multitude de perforations de faibles diamètres, dans des directions judicieuses et selon un motif (patron) approprié.

[0011] Les diamètres des perforations sont de préférence de 2 à 3 mm; ils peuvent toutefois se situer entre 1 et 5 mm selon le cas (nature du bois, longueur de la perforation, nature de l'imprégnation ultérieure, méthode de perforation). Les trous sont toujours forés perpendiculairement aux fibres; mais dans tout plan perpendiculaire aux fibres, les perforations sont orientées soit perpendiculairement aux cernes annulaires, soit tangentiellement aux cernes annulaires, soit selon un angle quelconque par rapport aux cernes annulaires. De préférence, les perforations sont substantiellement perpendiculaires aux cernes; c'est le cas des pièces rondes dont l'axe est substantiellement celui de l'arbre (grumes, poteaux, pieux).

[0012] Pour les pièces de section substantiellement carrée décentrée par rapport à l'axe de l'arbre, on perfore de préférence perpendiculairement aux faces qui donnent les angles les plus élevés (les plus proches de 90°) entre la perforation et les cernes annulaires.

[0013] Par contre, pour les pièces de section rectangulaire à grand rapport largeur/hauteur, on perfore de préférence les pièces sur les faces qui donnent les plus courtes longueurs de perforation. '

[0014] Eventuellement, ces pièces de section carrée et rectangulaire peuvent être perforées sur des faces perpendiculaires entre elles. Les pièces de section quelconque (triangulaires, hémicylindriques...) sont de préférence perforées sur leur faces planes et sont perforées perpendiculairement à ces faces. Les perforations d'une face sont décalées entre elles tant dans le sens des fibres que dans le sens perpendiculaire. Lors de l'imprégnation, le produit d'imprégnation remplira les trous résultant des perforations et diffusera dans le bois surtout le long des fibres, de quelques cm à quelques dizaines de cm comme indiqué plus haut; dans les autres directions la pénétration sera plus faible.

[0015] En conséquence l'espacement des trous est différent dans le sens des fibres et dans le sens perpendiculaire aux fibres. Il est de préférence plus grand dans le sens des fibres que dans le sens perpendiculaire aux fibres.

[0016] Quand à la réalisation des perforations, elle peut se faire par tout procédé connu, notamment par forage au moyen de mèches ou forêts. Mais elle peut se faire aussi de façon nouvelle par des aiguilles creuses, le canal central de l'aiguille assurant l'évacuation du bois.

[0017] L'évidement central des aiguilles parait indispensable; en effet, une aiguille pleine écraserait le bois sur toute sa longueur et créerait des tensions qui pourraient fissurer le bois et créer des amorces de rupture. De telles aiguilles creuses ont une longueur au moins égale à celle du trou à réaliser, soit par exemple 35 mm, et ont un diamètre, par exemple, extérieur de 3 mm, et intérieur de 1,8 mm, l'épaisseur des parois de l'aiguille étant de 0,6 mm; ces aiguilles seraient, par exemple, en acier spécial trempé à outil; la perforation se ferait par enfoncement, soit continu, soit saccadé; une dépouille correcte de la pointe de l'outil assure une bonne coupe, évitant tout écrasement du bois, et assure le reflux des copeaux par le centre de l'aiguille.

[0018] Les avantages essentiels de l'aiguille creuse par rapport au forêt sont de ne pas nécessiter d'appareillage en rotation, qui est source de danger et est plus coûteux, et de moins échauffer localement le bois.

[0019] La technique d'avant-garde du perçage au laser est également envisageable pour la réalisation des perforations.

[0020] Ci-après on donne maintenant une description de l'invention en fonction des dessins ci-annexés dans lesquels :

[0021] la figure 1 est une vue en coupe d'une pièce de bois montrant la pénétration d'un produit d'imprégnation en l'absence d'incisions ou perforations, (technique antérieure);

[0022] la figure 2 montre en élévation une pièce de bois perforée selon l'invention et les figures 3 à 6 montrent en coupe transversales divers modes de perforations.

[0023] Sur la figure 1, qui illustre la technique antérieure,la partie en grisé montre comment le produit d'imprégnation pénètre de façon négligeable, dans le sens de la longueur des fibres, essentiellement suivant l'axe des troncs d'arbres, en l'absence d'incisions.

[0024] Sur la figure 2, on voit les perforations 1 pratiquées dans l'épaisseur minimale de la pièce de bois 2 selon une trajectoire oblique par rapport au plan longitudinal de la pièce(pièce de section rectangulaire ou quelconque). L'espacement des trous est différent dans le sens des fibres ("d" sur la figure 2) et dans le sens perpendiculaire ("e" sur la figure 2); dans le sens perpendiculaire aux fibres, l'espacement est relativement faible, de l'ordre de grandeur de 2 à 15 mm (2 mm est une limite peu inférieure au 0,2 pouce de la figure 1 de la norme CTI- WMS 112); dans le sens des fibres, l'espacement est de préférence plus grand (certainement pas plus petit) pour ne pas déforcer la pièce de bois, la pénétration aisée des produits d'imprégnation dans ce sens le permettant; cet espacement est de l'ordre de grandeur de 4 à 40 mm.

[0025] Le nouveau procédé de préparation du bois assure donc une bonne pénétration à coeur; quant à la détérioration des propriétés mécaniques, elle est nettement plus faible que pour le procédé d'incision; les coefficients de réduction ("derating factors") des tensions maximales admissibles sont de l'ordre de 6 à 15 %,selon la disposition des perforations et la nature des contraintes.

[0026] A la figure 3, les perforations 1 exécutées à partir d' une seule face, traversent la pièce; par contre, à la figure 4, relative à une pièce plus épaisse, les perforations 1 sont exécutées sur deux faces opposées et sont borgnes, s'arrêtant peu avant le centre 3 de la pièce; elles y sont alignées les unes en face des autres; en variante, elles peuvent être décalées.

[0027] A la figure 5 relative à une grume ou à un poteau, les perforations 1 sont radiales, d'égale longueur, s'arrêtent substantiellement avant le centre 3, et sont disposées de préférence en hélice sur le pourtour de la pièce.

[0028] On peut avoir, en variante, des séries de perforations de longueurs différentes, dont une 4 au moins arrive pratiquement au centre 3, les autres perforations 5 se terminant de façon à ménager entre leurs extrémités suffisamment de matière pour éviter de trop réduire les propriétés mécaniques tout en assurant une bonne imprégnation (figure 6).

Revendications

1. Procédé de préparation du bois avant imprégnation, caractérisé en ce qu'on perfore les grumes ou pièces de bois à coeur en pratiquant une multitude de perforations de faible diamètre dans les directions et selon un motif appropriés.

2. Procédé selon la revendication 1 caractérisé en ce que les perforations ont un diamètre compris entre 1 et 5 mm.

3. Procédé selon la revendication 2, caractérisé en ce que les perforations ont un diamètre de 2 à 3 mm.

4. Procédé selon les revendications 1 à 3, caractérisé en ce que les perforations sont forées . perpendiculairement aux fibres.

5. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les perforations sont orientées au choix suivant l'une des dispositions ci-après :

- perpendiculairement aux cernes annulaires;

- tangentiellement aux cernes annulaires;

- selon un angle quelconque par rapport aux cernes annulaires.

6. Procédé selon la revendication 4 appliqué à des pièces rondes dont l'axe est substantiellement celui de l'arbre, caractérisé en ce que les perforations sont faites en substance perpendiculairement aux cernes annulaires.

7. Procédé selon la revendication 4 appliqué à des pièces de section substantiellement carrée décentrée par rapport à l'axe de l'arbre, caractérisé en ce que les perforations sont faites perpendiculairement aux faces qui donnent les angles les plus élevés, les plus proches de 90° entre les perforations et les cernes annulaires

8. Procédé selon la revendication 4 appliqué à des pièces de section rectangulaire à grand rapport largeur/hauteur, caractérisé en ce que les perforations sont pratiquées sur les faces qui donnent les plus courtes longueurs de perforation.

9. Procédé selon les revendications 7 et 8, caractérisé en ce que les perforations sont pratiquées sur des faces perpendiculaires entre elles.

10. Procédé selon la revendication 4 appliqué à des pièces de section quelconque, caractérisé en ce que les perforations sont pratiquées sur les faces planes et perpendiculairement à ces faces.

11. Procédé selon les revendications 4-10, caractérisé en ce que les perforations sont décalées entre elles tant dans le sens des fibres que dans le sens perpendiculaire.

12. Procédé selon la revendication 11, caractérisé en ce que l'espacement des perforations est différent dans le sens des fibres (espacement d) et dans le sens perpendiculaire aux fibres (espacement e).

13. Procédé selon la revendication 12, caractérisé en ce que l'espacement e est de 2 à 15 mm et l'espacement d est de 4 à 40 mm.

14. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les perforations sont exécutées à partir d'une seule face et traversent la pièce.

15. Procédé selon la revendication 4, caractérisé en ce que les perforations sont exécutées sur deux faces opposées et sont borgnes, s'arrêtant peu avant le centre de la pièce.

16. Procédé selon la revendication 15, caractérisé en ce que les perforations de deux faces opposées sont aux choix

- alignées les unes sur les autres

- décalées les unes par rapport aux autres

17. Procédé selon la revendication 15, appliqué à une grume ou à un poteau, caractérisé en ce que les perforations sont radiales, d'égale longueur et s'arrêtent substantiellement avant le centre.

18. Procédé selon la revendication 15 applique à une grume ou à un poteau, caractérisé en ce que les perforations sont radiales, de longueurs différentes, l'une au moins arrivant pratiquement au centre, les autres perforations se terminant de façon à ménager entre leur extrémités assez de matière pour éviter de nuire aux propriétés mécaniques de la pièce tout en permettant sa bonne imprégnation.

19. Procédé selon les revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre pour les perforations tous procédés connus tels que forage au moyen de mèches ou forêts

20. Procédé selon les revendications 1 à 18, caractérisé en ce qu'on met en oeuvre pour les perforations des aiguilles creuses.

Dessins