Optimisation de l’intégration de déchets dans un procédé de fabrication de panneaux isolants en fibres de bois

Optimization of the integration of wood waste in a process of wood fiber insulation board production

• Auteur / Autrice : Maximilien Gibier
• Direction : Yann Rogaume, Pierre Girods
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Sciences du bois et des fibres
• Date : Soutenance le 01/07/2022
• Etablissement(s) : Université de Lorraine
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale SIMPPé - Sciences et ingénierie des molécules, des produits, des procédés, et de l'énergie (Lorraine)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : LERMAB - Laboratoire d'Études et de Recherche sur le MAtériau Bois (Vandoeuvre-lès-Nancy)
• Jury : Président / Présidente : Evelyne Mauret
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Yann Rogaume, Pierre Girods, Patricia Arlabosse, Anthony Dufour, Florent Jabouille
• Jury : Rapporteurs / Rapporteuses : Evelyne Mauret, Patricia Arlabosse

Mots clés

Mots clés contrôlés

Panneaux de fibres

Traitement thermique

Bois -- Déchets

Opérations de recyclage (génie chimique)

Bois -- Déchets -- Recyclage

Mots clés libres

Déchets bois

Ressource bois

Procédé de valorisation

Traitement thermique

Hydrothermolyse

Panneaux isolants

Wood waste

Wood resource

Valorization process

Thermal treatment

Hydrothermolysis

Insulation panels

Résumé

L’entreprise PAVATEX appartenant au groupe SOPREMA, spécialisée dans la production de panneaux isolants à base de fibres de bois, souhaite étudier, dans le cadre du projet SoPRANo’TEX, l'élargissement de ses sources d'approvisionnement à d'autres essences de bois moins onéreuses. De plus, afin de participer activement au développement de la filière de valorisation des déchets issus de la filière ameublement (DEA), l'intégration de déchets bois fait partie des objectifs du projet. Ces déchets contiennent une part significative d'adjuvants, notamment de colle urée-formaldéhyde, qu'il convient d'éliminer pour rendre plus simple l’introduction de ce type de déchet en tant que matière première dans les industries de la filière bois. C'est pourquoi une étape de traitement thermique est envisagée pour les DEA, d'une part pour "dépolluer" la matière première et aussi pour conférer au matériau des propriétés particulières notamment par abaissement de son caractère hygroscopique. Les résultats attendus étant un abaissement des consommations énergétiques de l'étape de défibrage, une limitation du transfert de polluants vers les effluents gazeux et liquides de l'étape de défibrage et une amélioration des propriétés du matériau final, notamment concernant sa stabilité dimensionnelle, sa durabilité vis à vis des champignons et ses performances thermiques en conditions humides. Une seconde voie de dépollution des déchets, l’hydrothermolyse (ou cuisson à la vapeur), a été identifiée au cours de la thèse. En effet, Les résines contenues dans les DEA s’hydrolysent facilement, ce qui permet de dépolluer efficacement la matière en limitant la dégradation du bois.Le travail de thèse porte principalement sur les étapes de traitement thermique, de défibrage et d’hydrothermolyse avec pour objectifs de caractériser les effluents liquides et gazeux à chaque étape. Le but de ces travaux est également d'optimiser les conditions opératoires de ces procédés afin produire des DEA traités thermiquement, en quantités conséquentes (échelle pilote), pour ensuite élaborer des fibres adaptées à la fabrication de panneaux isolants en fibres de bois. La dernière phase du travail de thèse consiste en la fabrication et en la caractérisation des performances des panneaux isolants en fibres de bois prototypes réalisés et de déterminer l’incidence des différentes variables. Une étude technico-économique est également proposée à partir de l’état de l’art et des données expérimentales selon différents scénarios pour évaluer l’intérêt des voies proposées.

The PAVATEX company, which belongs to SOPREMA group is a manufacturer of insulating wood fiber panels, is interested in expanding its supply sources to other less expensive wood species within the SoPRANo'TEX project. In addition, in order to contribute actively to the development of the furniture wood waste recycling industry, the introduction of wood waste is part of the project's goals. These wastes contain a significant part of additives, in particular urea-formaldehyde glue, which it is convenient to remove to improve the use of this type of waste as raw material in the timber industry.This is why a thermal treatment stage is envisaged for the wood wastes, on the one hand to " clean " the matter and also to confer to the wood some specific properties by reducing its hygroscopic character. The outcomes expected are a reduction of the energy consumption of the defibration stage, a limitation of the transfer of pollutants to the gaseous and liquid effluents of the defibering stage and an improvement of the final material properties, in particular concerning its dimensional stability, its durability against fungi and its thermal performances in wet conditions. A second way of waste depollution, hydrothermolysis (or steam cooking), has been identified during the thesis. Indeed, the resins contained in the DEA are easily hydrolyzed, which allows to decontaminate efficiently the material while limiting the degradation of the wood.The thesis focuses on the thermal treatment, defibering and hydrothermolysis processes with the objective of analyzing the liquid and gaseous effluents for each process. The aim of this work is also to optimize the operating conditions of these processes in order to produce thermally treated wood wastes, in large quantities (pilot scale), in order to elaborate fibers adapted to the manufacture of wood fiber insulating panels. The last phase of the thesis work consists in the manufacturing and in the performance characterization of panels prototypes manufactured and to determine the impact of various parameters. A technico-economic study is also proposed from the state of the art and experimental data according to the proposed scenarios to evaluate the interest of these ways.