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L’abc de la torréfaction

Nouveaux produits et procédés : avantages et inconvénients des bois modifiés thermiquement.


16 avril 2013
Par Carl Tremblay

Sujets
Les propriétés du bois torréfié (couleur, stabilité dimensionnelle et résistance à la dégradation fongique) ont favorisé le développement de nouveaux produits tant pour usages à l’intérieur qu’à l’extérieur (ici, une bâtisse au zoo de Granby).

Le bois modifié thermiquement, communément appelé bois torréfié, se définit comme du bois chauffé entre 160 et
245 oC sous atmosphère contrôlée pauvre en oxygène. Le chauffage du bois dans cette gamme de température se traduit par des modifications chimiques de la structure des parois cellulaires du matériau : dégradation des hémicelluloses qui possèdent des propriétés hydrophiles et réticulation des lignines signifiant la formation de liaisons chimiques entre les molécules. La structure cristalline de la cellulose pourrait être également modifiée. Ces modifications des composants chimiques du bois ont un effet sur ses propriétés physiques et mécaniques.

À la suite des travaux réalisés dans le cadre de différents projets de recherche menés entre autres aux laboratoires de recherche de FPInnovations – Forintek à Québec, de celui de VTT en Finlande et de celui de FCBA en France, les principaux avantages du bois modifié thermiquement, comparativement au bois non modifié, peuvent se résumer ainsi : amélioration de la stabilité dimensionnelle du bois, augmentation de la résistance à la dégradation fongique et nouvelles couleurs attrayantes du bois suite au traitement. De plus, selon les résultats des études, il n’y a pas de réduction du module d’élasticité (MOE) du matériau, ce qui signifie que le bois conserve sa rigidité. Certaines références font mention d’une amélioration plus ou moins prononcée de la dureté du matériau.

La modification thermique du bois entraîne aussi la diminution de certaines propriétés du matériau. Il est connu que le bois torréfié est moins résistant à l’impact; il est donc plus cassant. Il n’est donc pas recommandé pour des éléments structuraux. Ce bois est aussi propice à un vieillissement relativement accéléré lorsque soumis aux intempéries (rayons UV et pluie). L’attrayante coloration foncée obtenue suite au traitement change ainsi graduellement en une couleur grisâtre.

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Bien que cette couleur de vieux gris puisse être attrayante aux yeux de certains, cette décoloration doit être consi-dérée comme un inconvénient étant donné que la couleur foncée du bois torréfié sert bien souvent d’élément de marketing pour promouvoir le produit.

Finalement, le niveau de performance de ce type de bois en terme de protection contre les micro-organismes et les insectes demeure à être établi. Ainsi, des recherches menées par le centre VTT en Finlande confirment la vulnérabilité du bois ThermoWood aux termites.

Bien que des recherches sur la modification thermique du bois aient été menées au cours des années 1940 et 1950, principalement par les Américains et les Allemands, la recherche et le développement du traitement en vue d’une application industrielle ne remontent qu’à une vingtaine d’années environ. Toutefois, ces travaux de R&D menés en différents lieux dans le monde ont permis la mise au point d’une dizaine de procédés industriels, dont ceux de : Perdure (France-Canada), MEC Torréfaction (Canada), ThermoWood (Finlande), Rétification (France), et Plato (Hollande). En 2008, certaines de ces technologies sont disponibles pour des applications industrielles dans l’Est du
Canada.

Le procédé Perdure
Après plusieurs années de recherche, la société française BCI a fait breveter la technologie Perdure en 1995. En 2000, Pluricap International (PCI) de Jonquière achetait les droits intellectuels de la technologie à BCI. Depuis 2001, PCI Industries inc. est l’équipementier exclusif de la technologie Perdure dans le monde (voir l’article sur Innovacèdre à la page 25 ).

En comparaison d’autres technologies développées dans le monde, le procédé Perdure se distingue par des temps de traitement relativement courts (7 à 16 h selon l’essence et l’épaisseur des pièces traitées) et la faible capacité de chargement des fours (3 à 8 Mpmp environ). Les fours Perdure sont alimentés au gaz naturel et munis d’un système de récupération et de combustion des composés organiques volatils (COV) émis par le bois, ce qui résulte en une diminution de la consommation énergétique. Le système de contrôle multi zones des conditions climatiques fut développé par PCI Industries et repose sur des mesures de température à l’aide de thermocouples. Le refroidissement du chargement en fin de traitement est effectué par injection d’eau. En 2008, nous comptons deux sites industriels de production de bois Perdure au Québec : Kisis Technologies à Dolbeau-Mistassini et Groupe Lebel, usine de Cacouna. Un four est aussi utilisé pour des fins de recherche à l’Université du Québec à Chicoutimi. Un premier four industriel Perdure a été installé dans l’Est américain ce printemps.

Le procédé ThermoWood
La technologie ThermoWood a été développée au début des années 1990 au centre de recherche VTT situé à Espoo en Finlande. La technologie ThermoWood est utilisée à l’échelle industrielle depuis une dizaine d’années en Finlande et dans d’autres pays. Trois manufacturiers possèdent les droits de fabrication de fours fonctionnant selon la technologie ThermoWood : Tekmaheat, Stellac et Valutec. La capacité de chargement des fours offerts varie de 1 à 50 Mpmp. Dans l’Est du Canada, la technologie ThermoWood est disponible depuis 2004 par l’entremise de la firme Ohlin Thermo Tech, située à Jonquière, qui est associée au manufacturier finlandais Valutec. Dans l’Ouest canadien, TekmaHeat Canada possède un bureau à Vancouver.

Le procédé ThermoWood comporte trois phases distinctes. La première phase consiste en une montée rapide en température et un séchage à haute température. La température est élevée dans une gamme variant de 100 à 130 oC.

L’atmosphère de vapeur surchauffée dans l’enceinte permet le séchage du bois à une teneur en humidité (TH) avoisinant l’état anhydre. La durée de la première phase varie selon la TH initiale du bois, l’essence et la dimension des sciages traités.

La seconde phase consiste au traitement par haute température. La température à l’intérieur de l’enceinte est alors portée entre 180 et 230 oC selon la classe de traitement souhaitée. Ces températures sont atteintes par l’emploi d’huile thermique circulant dans des serpentins ou par source électrique (radiateurs). La température cible n’est maintenue constante que durant un délai de deux à trois heures seulement.

La troisième phase consiste en le refroidissement et la réhumi-dification du bois. La température dans l’enceinte est abaissée en pulvérisant de l’eau. Le bois regagne alors un peu d’humidité. La TH finale du bois en fin de traitement est d’environ 4%. Selon les conditions du traitement et les caractéristiques désirées, cette phase dure de cinq à quinze heures. De façon générale, avec du bois initialement séché, le traitement complet varie de 36 à 50 heures. Cet été, deux fours industriels ThermoWood sont en exploitation dans l’Est canadien : Les Industries ISA à Normandin et Future Alternative Wood Products à Bathurst (N.-B.).

Le procédé MEC Torréfaction
La filiale MEC Torréfaction résulte d’une entente conclue au prin-temps 2005 entre le manufacturier de séchoirs à bois MEC de Victoriaville et la firme Technologies New Wood de St-Gabriel-de-Brandon, qui exploitait alors un four de traitement à haute température ayant appartenu auparavant à Bois Brunité et à Torri Canada. Le four de St-Gabriel-de-Brandon est maintenant exploité par Bois torréfié Brandon.

Ce four est alimenté à l’électricité et fonctionne sous un environnement de vapeur surchauffée. Sa capacité de chargement est d’environ 2 000 pmp. Le procédé se caractérise par des temps de traitement très courts; 6 à 10 h selon les essences et les épaisseurs des planches traitées. Un four de nouvelle génération a été installé aux locaux de MEC Torréfaction de Victoriaville à l’hiver 2008. Ce four d’une capacité d’environ 3400 pmp se distingue principalement par la présence d’une chambre de refroidissement et conditionnement indépendante de l’unité de thermo modification. Le chargement est transféré à la chambre de refroidissement peu après la modification thermique dans le four. Cette procédure permet de libérer plus rapidement le four pour le prochain chargement à traiter, augmentant ainsi sa capacité de production.

Le procédé Superior ThermoWood
Superior ThermoWood, dont le siège social est situé à Kakabeka Falls en Ontario, a travaillé au cours des dernières années à la mise au point d’un autre procédé de thermo modification. Ce procédé reposerait sur le procédé finlandais ThermoWood auquel des changements ont été apportés, entre autres aux systèmes de contrôle du procédé et de recirculation des gaz vers le brûleur. Les travaux de recherche et développement ont été effectués en collaboration avec l’Université Lakehead de Thunder Bay.

Superior ThermoWood a procédé en 2006, à Thunder Bay, au démarrage de la première unité industrielle de traitement. Le four Eco-dryer est d’une capacité de 24 000 pmp. La capacité annuelle de production serait de 4,5 à 5,0 MMpmp.

Depuis 2006, Superior ThermoWood a travaillé au développement et à la commercialisation de produits tels que pièces pour patio, pour revêtement et pour plancher, à partir de plusieurs espèces de bois résineux et feuillus.

Le procédé Drywood
Les Industries Drywood, de France, ont travaillé ces dernières années au développement d’un séchoir par procédé Haute Fréquence (HF) sous atmosphère de pression de vapeur. La technologie HF permettrait la modification thermique du bois à haute température. À la suite des essais en laboratoire réalisés sur des prototypes de faible capacité, une première unité de 3 m3 de capacité a été construite et installée en France. Toutefois, il faut encore consi-dérer la technologie Drywood comme étant au stade de développement, surtout en vue d’une utilisation de l’unité pour la modification thermique du bois. En effet, des programmes de traitement adaptés aux essences de l’Est du Canada demeurent à être établis. Au Québec, Biowor Technologies inc. accompagne le développement de la technologie Drywood.

D’un point de vue technique, les traitements de modification thermique au moyen de ces procédés peuvent s’appliquer à du bois initialement à l’état vert. Toutefois, les producteurs du Québec et d’ailleurs travaillent habituellement à partir de bois séché en séchoir pour des raisons économiques : éviter l’utilisation d’un équipement coûteux pour le séchage initial du bois et minimiser le déclassement ou la perte de qualité du bois. Pour cette dernière raison, les producteurs préfèrent traiter du bois séché de bonne qualité caractérisé par une faible variation de la teneur en humi-dité à l’intérieur du chargement.  Enfin, à l’été 2008, les producteurs du Québec utilisaient principalement leurs équipements pour leur propre production, bien que le traitement à forfait demeure possible à un coût variant de 500 à 600 $/Mpmp.

Les propriétés du bois torréfié (couleur, stabilité dimensionnelle et résistance à la dégradation fongique) ont favorisé le développement de nouveaux produits aux caractéristiques intéressantes : revêtement extérieur, meubles de jardin, gazebos, lames de patio, lames de plancher, composants de meubles, lambris, moulures, armoires de cuisine en bois résineux et feuillus, et bien d’autres produits pour usages intérieur et extérieur. Quant au choix des essences, le pin gris est régulièrement utilisé chez les résineux alors que chez les feuillus, plusieurs essences sont sélectionnées, dont le bouleau blanc, le merisier, l’érable, le chêne et le tremble.        


Carl Tremblay est spécialiste en séchage et en produits à valeur ajoutée chez FPInnovations, division Forintek.