Procédé de fabrication d'un matériau d'isolation acoustique et thermique et installation de mise en oeuvre du procédé.
La présente invention concerne le domaine des matériaux d'isolation. La présente invention porte en particulier sur un procédé de fabrication d'un matériau d'isolation acoustique et thermique. L'invention porte également sur une installation de mise en oeuvre du procédé.
Dans la construction immobilière, automobile, aéronautique, ferroviaire et navale, on utilise depuis longtemps des isolants thermiques et acoustiques. Souvent ces isolants sont faits de laines minérales ou autres produits qui peuvent être nocifs lors de leur manipulation et/ou de leur utilisation ou lors de la destruction. La prise de conscience de ces inconvénients a poussé les constructeurs de se diriger vers la fabrication de matériaux d'isolation d'origine naturelle. Néanmoins, si ces nouveaux isolants sont neutres du point de vue écologique ils ne donnent pas toujours satisfaction en termes de résistance à l'humidité, de résistance thermique et de longévité. On cherche sans cesse à fabriquer des isolants d'origine naturelle et plus particulièrement végétale répondant au mieux aux contraintes précitées.
Un premier but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un matériau d'isolation. Un deuxième but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un matériau d'isolation qui minimise les pertes de matière première. Un troisième but de l'invention est de fournir un procédé de fabrication d'un matériau d'isolation qui permette un recyclage des poussières générées lors de la production du matériau.
Le procédé de fabrication d'un matériau d'isolation acoustique et thermique selon l'invention comprend les étapes successives suivante :
Selon l'invention, le procédé de fabrication peut comprendre, à la suite de l'une des étapes a), b), c), d) ou e), l'étape supplémentaire consistant à découper la nappe de fibres finie en sortie du dispositif de chauffage aux dimensions souhaitées.
Selon l'invention, le procédé de fabrication peut comprendre, entre l'étape VII et l'étape VIII, l'étape supplémentaire consistant à adjoindre sur l'une des faces de la nappe de fibres un voile ou un feutre.
Selon l'invention, le procédé de fabrication peut comprendre, à la suite de l'une des étapes a), b), c) ou d) ou e), l'étape supplémentaire consistant à adjoindre en sortie du dispositif de chauffage sur l'une des faces de la nappe de fibres finie un voile ou un feutre.
Selon l'invention, le procédé de fabrication peut comprendre une étape supplémentaire consistant à récupérer les chutes générées par l'étape qui consiste à découper la nappe de fibres finie, à les broyer et à réinjecter les fibres ainsi obtenues dans le dispositif de mixage.
L'installation de mise en oeuvre du procédé tel que décrit ci-dessus comprend au moins une chargeuse-peseuse, au moins une ouvreuse, au moins une nappeuse, au moins une aiguilleteuse et au moins un four.
Selon l'invention, l'installation peut comprendre des premiers moyens de récupération aptes à récupérer les poussières fines générées lors de la mise en oeuvre dudit procédé et des premiers moyens de convoyage apte à convoyer ces poussières fines récupérées par les premiers moyens de récupération jusqu'à des moyens de conditionnement apte à conditionner ces poussières fines en briquettes.
Selon l'invention, l'installation peut comprendre des seconds moyens de récupération des fibres fines générées lors de la mise en oeuvre dudit procédé et des seconds moyens de convoyage apte à convoyer ces fibres fines récupérées par les seconds moyens de récupération jusqu'à la chargeuse-peseuse.
L'invention sera mieux comprise par l'homme du métier à la lecture de la description détaillée suivante et du dessin accompagnant dans lequel .
La première étape 101 du procédé de fabrication selon l'invention consiste à réaliser un mélange de fibres à partir d'une pluralité de matières fibreuses au moyen de machines appelées chargeuses-peseuses et selon une recette de mélange prédéfinie. Ces matières fibreuses peuvent être d'origine végétale (lin, coton, etc.), animales (laines) ou synthétiques (polyester, polyamide, etc.). La quantité de chaque matière est définie par une recette de mélange prédéfinie qui est enregistrée par l'exploitant dans un système de gestion des chargeuses-peseuses au moyen d'un poste de contrôle.
La ligne de production comprend de préférence une pluralité de machines chargeuses-peseuses et chacune peut charger et peser à une fibre différente.
La réalisation du mélange de fibres consiste tout d'abord à poser sur un tablier collecteur de chacune des machines chargeuses-peseuses des balles (ou bottes) de matière fibreuse. De plus, comme cela sera décrit dans la suite (p.12), les machines chargeuses-peseuses sont également alimentées en matières fibreuses par des seconds moyens de récupération de la ligne de production qui sont aptes à récupérer et convoyer jusqu'aux machines chargeuses-peseuses les fibres fines perdues tout au long de la ligne de production. Cette étape d'alimentation des machines chargeuses-peseuses en matière récupérée sur la ligne de production est représentée sur la figure par une étape supplémentaire 101'.
Un tablier collecteur avance ensuite la matière vers un tablier incliné munis de pointes permettant de transporter la matière vers des auges de pesées. Au sommet de ce tablier incliné se trouve un rouleau, appelé cylindre égalisateur, qui tourne dans un sens opposé à l'avancement du tablier incliné. La distance entre les pointes du tablier et les pointes de ce cylindre est réglable et peut être définie en fonction des besoins au moyen du poste de contrôle. Un tel réglage permet en effet d'accepter dans l'auge plus ou moins de matière ouverte. Ensuite, pour faire tomber la matière dans l'auge de pesée, un cylindre identique au cylindre égalisateur se trouvant vers l'auge et tournant dans le sens du tablier incliné permet de détacher la matière du tablier. Un système de réglage du poids pour chacune des machines chargeuses-peseuses, déterminé en fonction de la recette de mélange, se fait également au moyen du poste de contrôle. Lorsque le poids demandé est atteint, le tablier incliné est arrêté, ce qui permet d'arrêter l'alimentation en matière fibreuse de l'auge. L'auge s'ouvre ensuite sur un tablier collecteur. Sur ce tablier collecteur le mélange de fibres se présente alors sous forme de strates.
La deuxième étape 102 du procédé consiste à effectuer sur le mélange de fibres créé lors de l'étape précédente un ou plusieurs traitements. Ces traitements sont de préférence effectués en pulvérisant sur les fibres différents produits chimiques, ce qui permet ainsi d'apporter des caractéristiques spécifiques aux fibres (antifongique, résistance au feu, antistatique, etc.).
La troisième étape 103 du procédé de fabrication selon l'invention consiste ensuite à convoyer les fibres traitées dans une machine appelée ouvreuse à pointes qui effectue un brassage des fibres afin de mélanger efficacement les fibres aux produits de traitement pulvérisés sur les fibres lors de l'étape précédente. A la sortie de cette machine, les fibres entrent dans des tuyaux dans lesquels il est possible de réaliser si besoin d'autres types de traitement au moyen d'un second système de traitement par pulvérisation. Ce second système de traitement peut permettre d'apporter un nouveau traitement ou permettre d'optimiser les traitements réalisés lors de l'étape précédente.
Lors de l'étape suivante 104 du procédé, les fibres traitées arrivent dans une cheminée de réserve pour permettre à la machine suivante de travailler le plus possible en continu et non par séquences. La machine suivante est une machine qui est une ouvreuse, mélangeuse trieuse qui permet d'ouvrir les fibres, en les brassant une nouvelle fois, de les mélanger et de trier les fibres afin de séparer les fibres d'éventuels déchets. On appellera plus simplement cette machine « dispositif de triage ». Ce dispositif de triage est muni de deux trains d'ouvraison. Le premier train est constitué d'une auge, d'un cylindre alimentaire et d'un cylindre à pointes. La distance entre le cylindre à pointes et l'auge permet de plus ou moins « peigner » la fibre et ensuite il y a un réglage inférieur permettant de trier plus ou moins les matières qu'on appellera les « résidus non fibreux » et qui peuvent consister en des morceaux de pailles, des graines, etc. Le fait de travailler avec deux trains permet d'optimiser l'ouverture et d'avoir le mélange le plus intime possible. Cela permet d'avoir une matière plus ouverte, plus gonflante et plus individualisée. Ceci est en effet très important pour certains types de fibres, comme par exemple lorsque l'on travaille la laine de mouton, mais aussi lorsque le mélange de fibres contient des fibres de liage synthétiques comme par exemple le polyester. En effet, plus les fibres sont ouvertes et plus le pourcentage de fibres de liage pourra être faible. On pourra ainsi sensiblement limiter les coûts de production engendrés par les besoins en fibres de liage.
En amont de l'étape précédente, il est possible d'intercaler une étape supplémentaire 103' au cours de laquelle les fibres sont convoyées dans un dispositif à aimant, appelé chicane à aimants, qui permet de retirer des fibres les résidus métalliques qui peuvent éventuellement être présents. Les particules métalliques dégradent en effet les qualités isolantes du matériau et il est ainsi possible d'effectuer un premier retrait de ces particules déjà à ce niveau de la chaîne de fabrication. Cette étape est toutefois une alternative possible qui ne nécessite pas d'être mise en place. Elle est de ce fait représentée en trait pointillé sur la figure.
L'étape suivante 105 consiste ensuite à convoyer le mélange de fibres qui sort du dispositif de triage vers un dispositif de mixage, plus précisément un système appelé séparateur air/fibres (SAF) qui va non seulement récupérer les fibres en sortie du dispositif de triage mais qui permet également d'amalgamer ces fibres à d'autres fibres qui sont recyclées sur la ligne de production comme cela sera décrit par la suite.
En sortie du SAF, les fibres sont ensuite convoyées à travers un dispositif détecteur de métaux (étape 105 ") permettant de détecter et retirer toutes les fibres pouvant être polluées par des particules métalliques. Comme cela a déjà été dit, il est en effet important, afin d'optimiser le critère isolant du matériau d'isolation, de retirer au maximum les fibres qui sont polluées par des particules métalliques.
Lors de l'étape suivante 106, la matière entre dans un dispositif de nappage. Ce dispositif de nappage comprend plus précisément une machine appelée une chargeuse-nappeuse ou plus simplement nappeuse. Cette machine permet de réaliser, à partir du mélange de fibres, une nappe de fibres avec un poids souhaité et constant sur toute sa largeur. A cette fin, la matière arrive dans une cheminée de réserve, la matière passe ensuite entre deux planches vibrantes verticales, ce qui permet de faire une totale homogénéisation du poids sur toute la largeur. Cette nappe de fibres ainsi formée arrive sur un système de pesage en continu qui peut être réalisé soit au moyen de pesons ou alors au moyen de systèmes à rayon X. Suivant le poids désiré en sortie de cette machine, le système de pesage va accélérer ou ralentir la nappe ainsi formée. Cette nappe va ensuite être convoyée sur un cylindre à pointe qui va déstructurer cette nappe et projeter la fibre sur un tablier perforé qui avance à la vitesse de la ligne. Au dessus de ce tablier perforé il y a un cylindre perforé sur lequel on effectue une aspiration. L'addition du tablier perforé et du cylindre perforé qui vont à la même vitesse linéaire permet de sortir à la sortie de la nappeuse une nappe de fibres extrêmement régulière et au poids demandé.
En fonction des besoins, le poids de cette nappe peut être compris entre 400 g/m2 et 8 000g/m2 et son épaisseur peut aller de 20 mm à plus de 400 mm.
En amont de cette machine est installé un système de déroulage qui permet si nécessaire, à la sortie de la nappeuse, l'adjonction sur la face inférieure de la nappe de fibres d'un feutre ou d'un voile ou tout autre produit pouvant être conditionné sous forme de rouleaux. Celui-ci pourra être lié à la nappe de fibres par liage mécanique (aiguilletage), par collage ou le plus souvent par thermoliage. Puisque, comme cela sera décrit par la suite, la nappe de fibres va ensuite être convoyée à travers un dispositif de chauffage, en d'autres termes un four, il est important que le feutre ou voile qui est adjoint à la nappe de fibre en ce point soit résistant à la température. Le voile peut donc être un voile métallique, par exemple un voile d'aluminium, un feutre aiguilleté préalablement réalisé ou être constitué par tout autre matériau résistant à la température.
La suite du procédé de fabrication selon l'invention dépend du produit que l'on décide fabriquer. En effet, sur la base de la nappe de fibres créée à l'étape précédente, il est possible de produire plusieurs types différents de matériaux d'isolation.
Un premier type de produit fini qu'il est possible de fabriquer consiste en un matériau d'isolation appelé « monocouche non-aiguilleté » car il est constitué d'une seule couche de fibres qui ne passe pas dans une aiguilleteuse. Le procédé de fabrication de ce matériau d'isolation monocouche consiste, lors de l'étape 107, à convoyer directement la nappe de fibres créée lors de l'étape 106 dans un dispositif de chauffage, en d'autres termes un four. Le four permet de lier thermiquement les fibres de la nappe de fibre et on parle alors d'une étape de thermoliage. Le four nécessaire à l'étape de thermoliage consiste en un dispositif dans lequel la matière, la nappe de fibres créée lors de l'étape précédente, passe entre deux tapis perforés réglables en hauteur, ce qui permet de laisser passer un flux d'air chaud dont la température peut monter jusqu'à 200°C. Les caractéristiques du flux d'air peuvent être réglées en fonction des besoins. Il est en effet possible de régler l'orientation du flux, son débit ainsi que sa température. Après les zones de chauffage du four se trouvent des zones de refroidissement dans lesquelles les fibres de liage durcissent. A la fin de ces zones, la nappe de fibres finie est, lors d'une étape 111, compactée puis découpée aux dimensions souhaitées au moyen de dispositifs de coupe mobiles qui se déplacent selon le mouvement de la nappe. La nappe de fibres finie peut ainsi être découpée en plaques ou être conditionnée en rouleaux.
Afin de fabriquer un deuxième type de produit, appelé « monocouche aiguilleté », le procédé de fabrication selon l'invention consiste, lors d'une étape supplémentaire 107', à convoyer la nappe de fibres créée au cours de l'étape 106 à travers une ou deux aiguilleteuses. Le passage de la nappe à travers une aiguilleteuse permet un aiguilletage de la nappe sur l'une de ses faces. Ceci a pour conséquence de faire un liage mécanique de la nappe. Pour accroître encore la rigidité de la nappe de fibres, on convoie la nappe de fibres directement de la sortie de la première aiguilleteuse à travers une deuxième aiguilleteuse, ce qui permet un aiguilletage sur l'autre face de la nappe de fibres. Ensuite, la nappe de fibres finie peut être directement conditionnée en rouleaux ou en plaques (étape 110). Alternativement, afin de fabriquer un troisième type de produit, appelé « monocouche aiguilleté thermolié », la nappe aiguilletée, sur une face ou sur les deux faces, est convoyée dans le four au cours d'une étape 108. En sortie de four, la nappe de fibres finie ainsi créée est ensuite découpée en plaques (étape 109).
Un quatrième type de produit qu'il est possible de fabriquer comprend une couche de fibres similaire au premier type de produit et une couche de fibres aiguilletée similaire au deuxième type de produit. On parle alors d'un matériau d'isolation « bicouche ». Afin de fabriquer ce type de produit, on utilise une nappe de fibres « monocouche aiguilleté » préalablement fabriquée selon le procédé décrit ci-dessus (deuxième type de produit) que l'on adjoint en sortie de nappeuse à la nappe de fibres créée au cours de l'étape 106. Pour ce faire, une nappe de fibres aiguilletée est mise à disposition sur un dérouleur et adjointe, lors de l'étape 106', sur la face inférieure de la nappe de fibres à la sortie de la nappeuse. La nappe de fibres finie ainsi créée est ensuite convoyée dans le four puis découpé en plaques ou en rouleaux.
Enfin, afin de fabriquer un cinquième type de produit, appelé « tri-couche », il est également d'adjoindre sur la face supérieure de la nappe de fibres (étape 107") créée au cours de l'étape 106 une deuxième couche constituée d'une nappe de fibres aiguilletée préalablement créée selon le procédé décrit ci-dessus (deuxième type de produit). L'ensemble de nappes de fibres comprend ainsi au centre une nappe de fibres « monocouche non-aiguilletée » et une nappe de fibres « monocouche aiguilletée » adjointe sur chacune de ses faces. L'ensemble de nappes de fibres ainsi crée est ensuite convoyé dans le four puis la nappe de fibres finie est découpée en plaques ou en rouleaux.
Il est également possible d'intercaler à la sortie du four et avant l'étape de découpe, une étape qui consiste à adjoindre en sortie de four un voile ou un feutre d'un matériau qui ne résiste pas à la température du four. Ce matériau est mis à disposition sur un dérouleur disposé à la sortie du four et est généralement collé. Il est également possible de réaliser en sortie de four différents traitements qui permettent de conférer certaines caractéristiques au produit fini, par exemple de le rendre étanche.
L'installation qui permet la mise en oeuvre des procédés décrits ci-dessus comprend donc au moins une chargeuse-peseuse, au moins une nappeuse, au moins une aiguilleteuse et au moins un four. L'installation comprend également des premiers moyens de récupération et des premiers moyens de convoyage qui permettent de récupérer et convoyer les poussières fines générées tout au long de la chaîne de fabrication jusqu'à un dispositif qui permet de conditionner ces poussières fines en briques ou briquettes qui peuvent servir de combustible pour des chaudières à bois. Ces moyens peuvent comprendre des dispositifs d'aspiration, des dispositifs de triage, différents conduits ou tuyaux, des moyens de compactage, etc. Ces premiers moyens de récupération et de convoyage permettent donc un recyclage des poussières fines générées tout au long de la chaîne de fabrication en un matériau combustible. Ces moyens évitent ainsi, non seulement que ces poussières fines viennent se déposer sur la chaîne de fabrication et gêner ainsi la fabrication du matériau d'isolation mais ils permettent également que ces poussières soient recyclées. Ils apportent ainsi une plus-value économique à l'exploitant par le biais d'un circuit de vente et de distribution de matériau combustible pour chaudières.
Comme cela a été dit précédemment, l'installation comprend en outre des seconds moyens de récupération permettant une aspiration et un convoyage des fibres fines perdues tout au long de chaîne de fabrication jusqu'aux chargeuses-peseuses. Ces moyens permettent ainsi de recycler les fibres fines perdues tout au long de la chaîne de fabrication afin de les remettre dans le circuit de fabrication. Ces moyens permettent ainsi un recyclage efficace et continu des matières utiles et limite ainsi les besoins en matière première.
Finalement, l'installation comprend des troisièmes moyens de récupération qui permettent de récupérer les chutes et lisières générées lors des étapes de découpe. Ces moyens comprennent des dispositifs apte à broyer ces chutes en fibres et à convoyer les fibres jusqu'au dispositif de mixage (SAF) afin qu'elles soient également remises dans le circuit de fabrication. L'étape consistant en la récupération des chutes et lisières est représentée sur la figure par une étape supplémentaire 105'. Ces moyens permettent donc de limiter encore plus les pertes de matière première dans le procédé de fabrication.