Note : Les descriptions sont présentées dans la langue officielle dans laquelle elles ont été soumises.
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PROCÉDÉ DE TRAITEMENT DU BOIS POUR AMÉLIORER SA
DURÉE DE VIE ET BOIS AINSI OBTENU
La présente invention est relative à un procédé de traitement du bois, qui
permet d'améliorer très sensiblement la durée d'utilisation d'objets en bois
ainsi
traités, notamment lorsque ces derniers sont exposés à des moisissures,
champignons ou bactéries.
ÉTAT DE L'ART
Niyazi Bizak, H.Onder Ozbelge, Levent Yilmaz, B.Filiz Senkal (2000),
Macromolecular Chemistry and Physics, vol. 201, num. 5, pp. 577-584 décrit la
synthèse de gels liant du bore et son utilisation dans le traitement de l'eau.
US-A-4,738,878 (Anderson et al.) décrit un traitement du bois in situ,
appliqué à une attache en bois de voie ferroviaire. La méthode comprend
l'injection d'une préparation de type pâte, dans un ou plusieurs des trous non
occupés par des clous qui sont présents dans le rail supportant le plateau
d'attache, ladite préparation contenant un fongicide soluble dans l'eau. La
préparation, en se logeant dans les crevasses et recoins en communication avec
le
trou du clou, tue les champignons existants. Au cours du temps, le fongicide
suit
les chemins des moisissures existantes ou subséquemment développées
jusqu'aux sites les plus retirés. Ce traitement n'utilise en aucun cas des
gels pour
combler des cavités produites par des agents de dégradation naturels du bois
ou
pour emplir une cavité faite intentionnellement.
US-A-5,553,438 (Hsu) mentionne que la durée de vie d'un poteau en bois,
tel qu'un poteau utilitaire, est augmentée si la base du poteau comprend des
fentes qui pénètrent profondément dans le bois. Ces fentes sont formées avant
le
traitement par pression du bois avec des agents de préservation et elles
améliorent la pénétration des agents de préservation dans le bois. Après
séchage,
l'extrémité du poteau est encaissée dans une gaine, de façon appropriée en
matière polymérique, ladite gaine étant attachée à l'extrémité du poteau et
constituant une barrière à la pénétration des champignons ou insectes, et
empêchant le passage de liquides qui pourraient provoquer le passage de
l'agent
de préservation du poteau vers le sol environnant.
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US-A-5,582,871 (Silenius et al.) décrit une méthode pour la préservation
du bois contre les réactions indésirables causées par des microorganismes. La
méthode concerne aussi le bois traité contre des moisissures, les champignons
de
type souche bleue et les champignons rouges. Selon cette méthode, le bois à
protéger est traité avec une substance capable d'inhiber la croissance des
microorganismes. Cette substance pénètre dans le bois plutôt de façon profonde
que superficielle. Cette substance est un agent complexant, par exemple
l'EDTA,
qui est capable de lier les métaux de transition contenus dans le bois. Une
solution aqueuse de EDTA est utilisée pour imprégner le bois, puis lorsque le
bois est imprégné, l'agent complexant est précipité à partir de la phase
aqueuse.
L'agent complexant peut être précipité par diminution du pH du bois ou
alternativement, en modifiant la température du bois après l'étape
d'imprégnation. Selon la méthode, l'agent complexant précipité dans le bois
forme un dépôt de réserve. L'agent complexant qui se redissout à partir du
dépôt
de réserve se redissolvant du dépôt est capable de lier les métaux de
transition
qui pénètrent dans le bois par l'eau de pluie ou par la contamination.
US-A-4,761,179 (Goettsche et al.) décrit un agent de préservation du bois
à base d'une formulation soluble dans l'eau d'un composé cuivre-di(N-
cyclohexyle-diazoniumdioxy), une polyamine, un acide carboxylique formant un
complexe et, si nécessaire, un sel ayant un anion fongicide, qui présente un
pH
dans la solution aqueuse qui n'est pas inférieur à 7,5 dans la concentration
conventionnelle d'utilisation.
US-A-6,168,870 (Wall) décrit une méthode pour l'imprégnation du bois à
l'aide d'une fiche de plastique contenant un agent de préservation du bois. La
première étape implique la déshydratation de la fiche de polymère plastique
pour
réduire son humidité naturellement présente. Une seconde étape implique
l'introduction d'un agent de préservation du bois liquide dans la fiche de
plastique polymère, lorsqu'elle se trouve dans un état déshydraté, en
l'émergeant
dans un liquide agent de préservation du bois et en faisant bouillir ledit
liquide à
des températures qui sont inférieures à celles requises pour transformer le
polymère plastique en un état fondu. Selon la technique de cette méthode,
l'agent
de préservation du bois liquide est absorbé dans la fiche de plastique
polymère
déshydratée à la place de l'humidité naturellement présente.
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US-A-7,160,606 (Wall et al.) décrit une méthode pour traiter des
matériaux de construction par du bore et des matériaux de construction traités
au
bore. La méthode implique l'introduction de bore durant la fabrication du
matériau de construction sous forme d'une solution soluble dans l'eau d'un
complexe de cuivre borate. Le complexe cuivre borate permet l'utilisation
d'une
large gamme de colles et d'adhésifs, est plus lent à être dissous et procure
les
propriétés fongicides améliorées.
Il existait donc un besoin pour un nouveau procédé de traitement du bois
dépourvu des inconvénients communément associés avec les procédés connus de
l'art antérieur, à savoir la toxicité, le coût élevé, une efficacité de la
protection
limitée dans le temps en raison du lessivage rapide par les eaux de pluie, et
permettant d'améliorer sensiblement la durée de vie de l'objet en bois traité,
lorsque ce dernier est confronté à des éléments agressifs de l'environnement
dans
lequel il est utilisé.
SOMMAIRE DE L'INVENTION
Un premier objet de la présente invention est constitué par un procédé de
traitement d'une pièce en bois en vue de l'augmentation de sa durée de vie.
Un deuxième objet de la présente invention est constitué par la pièce en
bois traitée obtenue par mise en oeuvre dudit procédé. Une telle pièce en bois
est
caractérisée par une augmentation d'au moins 50 % de la durée de vie
résiduelle
prévue.
Selon un aspect de la présente invention, il est proposé un procédé pour le
traitement d'une pièce en bois, consistant à introduire une composition de
traitement dans au moins une cavité de ladite pièce en bois, dans lequel la
composition de traitement contient:
au moins un agent de préservation du bois choisi parmi les agents
fongicides, les agents bactéricides et les agents insecticides;
au moins un agent chélatant capable de complexer au moins un agent de
conservation;
* un précurseur de polymère capable de former une matrice polymère après
injection dans les cavités; et
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un support liquide lorsque le précurseur de polymère n'est pas liquide à
des températures d'utilisation de la composition de traitement;
dans lequel au moins un orifice est formé dans la pièce de bois, dans laquelle
la
composition de traitement est introduite; le procédé est mis en uvre à titre
préventif sur une pièce de bois comprenant au moins une cavité; ledit au moins
un orifice percé dans la pièce de bois relie la surface de la pièce à une
cavité
interne; et la composition de traitement est injectée dans les cavités par
l'intermédiaire de l'orifice.
Selon un autre aspect de l'invention, il est proposé une pièce de bois traitée
par un procédé tel que décrit ci-dessus, caractérisée en ce qu'elle a au moins
une
cavité imprégnée par un gel formé par une matrice polymère et le support
liquide
et contenant un ou plusieurs agents chélatant et un ou plusieurs agents de
préservation, dans lequel le gel formé dans la cavité présente les
caractéristiques
suivantes :
une solubilité à l'eau à température ambiante d'au moins 10 %;
une teneur en agent fongique correspondant à une concentration se situant
entre 0,1 et 10 % en poids de la solution;
- des caractéristiques rhéologiques du gel telles qu'une mesure rhéologique
standard démontre que, au voisinage de la température d'utilisation, le
module de conservation (G') est supérieur au module de perte (G"); et
- un pouvoir de gonflement en présence d'eau qui est, lorsque mesuré selon
la méthode de la pesée, au moins supérieur à 5 % du poids en polymère formé.
Ce qui suit donne un aperçu non-restrictif de certaines caractéristiques de
l'invention décrites avec plus de détails ci-après.
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Lorsque le précurseur de polymère n'est pas liquide aux températures
d'utilisation de la composition de traitement, la composition de traitement
contient nécessairement un liquide support. Lorsque le précurseur est liquide
aux
températures d'utilisation de la composition de traitement, la composition de
traitement ne contient pas nécessairement un support liquide.
La teneur en agent de préservation dans la composition de traitement peut
aller jusqu'à la concentration à saturation à la température d'utilisation,
qui
dépend de l'agent de préservation utilisé, de la solubilité de l'agent dans le
précurseur de polymère et/ou dans le support liquide. Elle est de préférence
de
0,1 % à 10 % en poids, de préférence de 0,1 à 2 %.
La composition de traitement a de préférence, au moment où elle est
introduite dans la pièce à traiter, une viscosité inférieure à 100 Pas à 20 C
afin
qu'elle puisse imprégner de manière satisfaisante la pièce à traiter.
On introduit une quantité de composition suffisante pour imprégner
partiellement ou totalement les cavités de la pièce en bois. Lorsque la
composition est introduite dans le bois, elle se transforme progressivement en
un
gel.
Le taux d'imprégnation de la solution dépend de l'état des parois de la
cavité et la porosité de la surface de bois à l'intérieur de la cavité. Il
peut
augmenter considérablement pour des cavités grandement attaquées par les
pourritures du bois.
L'introduction de la composition de traitement dans la pièce à traiter est
effectuée avantageusement par injection sous une pression inférieure à 10 atm,
de
préférence entre 1 et 2 atm.
Le procédé de l'invention permet de protéger le bois contre les
moisissures, champignons et insectes. Il peut être mis en uvre à titre
préventif
sur des pièces en bois non endommagées, ou à titre curatif sur des pièces en
bois
déjà sensiblement endommagées par les éléments agressifs naturellement
présents dans le milieu environnant.
Lorsque le procédé de l'invention est mis en uvre en tant que traitement
préventif, on perce au moins un orifice dans la pièce en bois, dans lequel la
composition de traitement est injectée. Il est préférable que la pièce en bois
soit
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percée par plusieurs orifices afin d'améliorer la qualité et la vitesse
d'imprégnation. Les orifices ont de préférence une forme cylindrique, avec ou
sans ramifications. Lorsque la pièce qui doit être traitée est un poteau fixé
dans le
sol et que les orifices sont placés au-dessus et à proximité du sol, les
orifices sont
de préférence à moins de 10 cm au-dessus de la ligne de sol, et ils forment,
avec
la ligne de sol, un angle inférieur à 60 , de préférence entre 5 et 500
.
Lorsqu'une pièce en bois a subi une détérioration partielle qui a créé une
cavité interne, on perce au moins un orifice dans la pièce en bois, de
préférence
sous forme d'un canal qui relie la surface de la pièce à une cavité interne,
de
préférence à la partie supérieure de la cavité. Si la pièce comprend plusieurs
cavités internes, plusieurs canaux peuvent être percés de manière à relier
plusieurs cavités à la surface de la pièce. On injecte ensuite la composition
de
traitement dans les cavités par l'intermédiaire des canaux. La présente
invention
est également relative aux objets essentiellement constitués de bois traité à
l'aide
du procédé de l'invention.
DESCRIPTION BREVE DES DESSINS
Les Figures 1 A et 1B sont des vues en élévation et en coupe représentant
un poteau de bois dans lequel des orifices ont été percés après dégagement
d'une
partie de la base du poteau enfoui dans le sol.
La Figure 2 est une vue en élévation représentant un poteau de bois dans
lequel un orifice a été percé avec un angle de 45 par rapport à la ligne de
sol afin
de rejoindre une cavité interne à traiter.
DESCRIPTION DETAILLÉE DES RÉALISATIONS PRÉFÉRÉES
En référence à la Figure 1A, il est montré un poteau de bois 5 dans lequel
trois orifices de forme cylindrique 2, 3, 4 ont été percés de façon symétrique
et
avec un angle de 45 par rapport à la ligne de sol 1. Ces orifices 2, 3, 4 ont
été
percés après dégagement d'une partie de la base du poteau 5 enfoui dans le
sol.
En référence à la Figure 1B, il est montré une vue en coupe 6 du poteau,
montrant la position des orifices.
En référence à la Figure 2, il est montré un poteau de bois 5 dans lequel un
orifice de forme cylindrique 7 a été percé avec un angle de 45 par rapport à
la
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ligne de sol afin de rejoindre une cavité interne à traiter 8, l'orifice 7
atteignant le
sommet de la cavité 8.
Après injection de la composition de traitement dans la pièce en bois à
traiter, le(s) précurseur(s) de la matrice polymère polymérise(nt) et se
transforme(nt) en gel. Le gel est formé par la matrice polymère et le support
liquide. Il contient un ou plusieurs agents chélatant et un ou plusieurs
agents de
préservation. Le(s) agent(s) de préservation est (sont) emprisonnés dans le
gel.
L'agent de préservation est maintenu plus ou moins sévèrement dans le gel
selon
qu'il est chélaté par un agent chélatant greffé ou non sur la matrice
polymère.
Dans le cadre de la présente invention, on considère comme gel un
matériau, comportant une partie liquide emprisonnée dans un réseau
polymérique, dont le comportement rhéologique est tel que le module de
conservation G' est supérieur au module de perte G", lesdits modules étant
calculés selon la méthode décrite dans "The Rheology Handbook : For users of
rotational and oscillatory rheometers", par Thomas G. Mezger, Hannover:
Vincentz Verlag, 2002 Edited by Dr. Ulrich Zorll (ISBN 3-87870-745-2) p.133
Le gel formé dans les cavités présente les caractéristiques suivantes :
une solubilité à l'eau à température ambiante d'au moins 10 %, de
préférence d'au moins 95 %;
- une teneur en agent fongique correspondant à une concentration se situant
entre 0,1 et 10 % en poids de la solution;
des caractéristiques rhéologiques du gel telles qu'une mesure rhéologique
standard démontre que, au voisinage de la température d'utilisation, le
module de conservation (G') est supérieur au module de perte (G") ;
- les liaisons du gel avec le bois, si présentes, sont de type physique
(adhésion à la surface du bois ou pénétration gel dans les cellules du bois)
ou chimique (modification du bois; réaction des monomères avec les
fonctions hydroxy présentes sur les parois des cellules du bois);
un pouvoir de gonflement en présence d'eau qui est, lorsque mesuré selon
la méthode de la pesée, au moins supérieur à 5 % du poids en polymère
formé; et
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- une
durée nécessaire pour la formation du gel suffisamment courte pour
que la composition reste assez fluide pour pouvoir être injectée et diffuser
dans la pièce à traiter avant gélification, mais de préférence inférieure à 2
heures, la formation de gel étant constatée visuellement.
L'agent de préservation peut être un fongicide, choisi par exemple parmi
les composés du bore, les phosphates, les silicates, le sulfate de cuivre et
le
fluorure de sodium.
Les agents fongicides contenant du bore sont préférés, en particulier
l'acide borique, le borax et l'octaborate de sodium. Ces composés peuvent être
complexés aisément.
La composition de traitement peut comprendre deux agents fongicides, par
exemple un composé du bore et un composé supplémentaire non complexable
aisément. Ledit composé supplémentaire peut être un excès de composé de bore
par rapport à la quantité d'agent chélatant, un fluorure, un composé cuivre
tebuconazole [Cuivre- a42-(4-chlorophényl) éthy1]-a-(1,1-diméthyléthyl)-1H-
1,2,4-triazolel-éthanol], un composé alcalin d'ammonium quaternaire cuivré
(ACQ), ou un arsénate de cuivre chromaté (CCA).
Selon un mode de réalisation avantageux, la composition de traitement qui
est injectée dans les cavités du bois est une solution d'agent de préservation
au
moins 0,015 M, de préférence au moins 0,2 M, plus préférentiellement environ
0,5 M, l'agent de préservation étant l'acide borique ou un substitut de
l'acide
borique tel l'octaborate de sodium.
L'agent de préservation peut être un bactéricide, choisi par exemple parmi
le sulfate de cuivre ou le perborate de sodium
L'agent de préservation peut être un insecticide choisi parmi les agents
insecticides utilisés dans l'art antérieur pour le traitement du bois, en
particulier
les composés du bore qui sont cités ci-dessus comme agents fongicides.
Une composition de traitement utilisée dans le procédé de l'invention
contient au moins un composé agissant comme agent chélatant pour au moins un
agent de préservation. L'agent de préservation chélaté sera moins facilement
lixivié, notamment lorsque la pièce de bois est soumise aux intempéries.
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Dans un mode de réalisation particulier, l'agent chélatant est choisi de telle
sorte qu'il chélate l'agent de préservation et qu'il se fixe sur la matrice
polymère
ou sur son précurseur. Cette configuration permet une rétention plus efficace
de
l'agent de préservation en évitant un lessivage rapide par l'eau. Il en
résulte un
relarguage progressif de l'agent de préservation sur une longue durée.
L'agent complexant du bore est un composé chimique comportant des
fonctions hydroxy et/ou amines et/ou acide carboxylique. Il est choisi de
préférence dans le groupe constitué par les polyamines, les polyols, les
polyolamines et leurs mélanges. Dans un composé qui comporte un groupe
amine, l'amine est de préférence primaire ou secondaire. Un polyol est de
préférence un diol, plus particulièrement un diol dans lequel les groupes
hydroxy
sont vicinaux. Les polyols qui comportent de 2 à 7 atomes de carbone dans leur
chaîne sont préférés. Un composé qui possède des groupes hydroxy vicinaux et
un atome d'azote peut chélater des composés de bore ou de cuivre, et se fixer
sur
une matrice polymère ou sur un précurseur de polymère approprié, par exemple
un méthacrylate de glycidyle (GM) ou l'acrylate de glycidyle (GA). La présence
d'un atome d'azote à proximité des groupes OH stabilise la liaison qui se
forme
entre les groupes hydroxy de la molécule chélatante et le bore. A titre
d'exemples, on peut citer la n-méthyl-D-glucamine (NMG) et le
tris(hydroxyméthyl)aminométhane (THAM), le 1,3-bis[tris(hydroxyméthyl)
méthylamino]propane, l'(hydroxyéthyl)amine, la di(hydroxyéthyl)amine, les
acides iminodicarboxyliques tels que l'acide imino diacétique.
D'autres composés peuvent être utilisés pour chélater l'agent de
préservation, sans fixation sur la matrice polymère ou sur son précurseur. On
peut citer en particulier l'acide éthylène diamine tétraacétique (EDTA), qui
peut
être utilisé comme agent chélatant pour complexer un agent de préservation à
base d'un métal de transition, par exemple le sulfate de cuivre ou le CCA.
La composition de traitement contient un ou plusieurs précurseurs
capables de former une matrice polymère après injection dans les cavités de la
pièce en bois à traiter. Les précurseurs peuvent être choisis parmi l'acide
acrylique, les éthers, les glycols, les amines, les halogénures, les
acrylamides, la
vinyl pyrrolidone, l'alcool vinylique, les acrylates et les
organohalogénosilanes.
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Dans un mode de réalisation, la solution contient deux précurseurs
différents qui réagissent pour former une matrice polymérique. La composition
de traitement peut dans ce cas être préparée en mélangeant d'abord l'un des
précurseurs désigné par précurseur 1 avec au moins un agent de préservation,
puis en ajoutant le second précurseur (désigné par précurseur 2) et au moins
un
agent chélatant, le précurseur 1 étant choisi de sorte qu'il possède des
fonctions
qui lui permettent de greffer l'agent chélatant, puis de réagir avec le
précurseur 2.
Le greffage de l'agent chélatant de l'agent de préservation sur le précurseur
1
permet d'éviter ainsi une lixiviation trop rapide de l'agent de préservation.
Il est préférable que le ratio des fonctions réactives du précurseur 1 par
rapport aux fonctions réactives du précurseur 2 corresponde sensiblement à la
stoechiométrie.
Lorsque la composition de traitement contient un liquide support, la teneur
totale des trois composés (agent chélatant, précurseur 1 et précurseur 2) dans
la
composition de traitement est de préférence d'au moins 5 % en poids.
La teneur et la nature des trois composés (précurseur 1, précurseur 2 et
agent chélatant) dans la composition de traitement sont choisis de sorte à
obtenir
les propriétés mécaniques recherchées pour le gel, à savoir :
une capacité à maintenir une bonne interface entre le gel et le bois;
- de faibles variations en fonction de l'exposition environnementale quant
à
la teneur en eau du gel; et
une dissolution lente et constante de l'agent de préservation sur une durée
allant de 2 à 10 ans, tout en maximisant la quantité d'agent de préservation
pouvant être incorporée dans le gel formé, la teneur maximale d'agent de
préservation visée étant, de préférence, de 5 % en poids dans la
composition de traitement.
Dans un mode de réalisation, les précurseurs sont choisis en vue de
l'obtention d'un polymère du type polyépoxy. Un tel polymère peut être obtenu
en utilisant comme précurseur 1 un composé ayant au moins deux groupes
glycidyléther et comme précurseur 2 un composé ayant au moins deux groupes
capables de réagir avec un groupe glycidyléther, lesdits groupes pouvant être
par
exemples des groupes amine primaire ou secondaire, des groupes OH, ou des
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groupes anhydride. Le précurseur 1 peut être un polyéthylène de faible masse
ayant un groupe glycidyléther à chacune de ses extrémités (PEGDGE). La chaîne
polyéthylène du PEGDGE a une masse moléculaire inférieure à 1000g/mol, de
préférence inférieure à 400 g/mol, afin de faciliter son imprégnation dans la
porosité du bois. Une masse molaire trop élevée empêche la difffision de la
molécules à travers des cellules du bois. Le précurseur 1 peut être par
exemple
l'éthylène glycol diglycidyl éther, le diéthylène glycol diglycidyl éther, le
1,4-
butanediol diglycidyl éther et un polyéthylèneglycol diglycidyl éther. Le
précurseur 2 peut être une amine, par exemple une alkylène polyamine, plus
particulièrement une alkylène diamine dans laquelle le groupe alkylène a de 1
à
10 atomes de carbone.
On choisit de préférence des précurseurs solubles dans l'eau.
Dans un mode de réalisation particulier, le précurseur 1 est un PEGDGE
et le précurseur 2 est une alkylène diamine. Dans une étape préliminaire, on
mélange la diamine avec un agent chélatant avec lequel elle ne réagit pas (par
exemple NMG). Immédiatement avant le moment de l'injection de la
composition de traitement dans la pièce à traiter, on ajoute le précurseur 1
et
l'agent de préservation. Après l'injection, les deux précurseurs réagissent
pour
former une matrice polymère qui se transforme ensuite en gel. L'agent de
préservation est chélaté par NMG qui est fixé par liaison chimique sur la
matrice
polymère.
De manière générale, l'ordre d'introduction des constituants dans la
composition de traitement n'est pas critique. Il faut cependant mettre en
contact
juste avant l'utilisation de la composition, les constituants susceptibles de
réagir
entre eux. Par exemple, lors de la préparation d'une composition destinée à
former une résine époxy, les deux précurseurs du polymère sont mis en contact
seulement au moment de l'injection, afin de maintenir la composition de
traitement dans un état suffisamment fluide pour permettre l'injection et
l'infiltration dans les cavités de la pièce à traiter De même, un agent
chélatant qui
a une fonction amine sera mis en contact au dernier moment avec un précurseur
de polymère capable de réagir avec une fonction amine.
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Les proportions des précurseurs du polymère peuvent varier. Il est
préférable que le nombre de fonctions glycidyle du précurseur 1 soit
équivalent
au nombre d'atomes d'hydrogène aminés du précurseur 2 et de l'agent chélatant.
Le rapport molaire agent chélatant/agent de préservation est de préférence de
2,
lorsque l'agent de préservation est un composé de bore. Cependant, l'agent de
préservation au bore peut être en excès par rapport à l'agent chélatant.
Il est noté que, pour la formation d'un polymère du type époxy, il n'est pas
nécessaire de chauffer la solution ou d'ajouter un amorceur. On peut cependant
accélérer le processus de gélification en chauffant légèrement la solution
avant
injection dans la cavité.
Le précurseur peut en outre être choisi parmi ceux qui polymérisent en
présence d'un amorceur thermique ou photochimique. La composition contient
alors en outre un amorceur de polymérisation approprié et le procédé de
traitement comprend une étape supplémentaire consistant à chauffer ou à
irradier
la composition de traitement après injection. Cette étape supplémentaire peut
être
effectuée par l'intermédiaire d'un dispositif de chauffage ou d'irradiation
inséré
dans l'orifice par lequel la composition de traitement a été injectée. On peut
citer
à titre d'exemple de précurseurs, les monomères portant des groupes
vinyliques,
tels que des dérivés acryliques (acide acrylique, acrylates, acrylamides,
alcool
vinylique, vinylpyrrolidone), des monomères ayant des fonctions vinyl glycidyl
éther ou des monomères portant des groupes époxy ou des groupes siloxane. Les
matrices polymères formées dans les cavités de la pièce en bois traitée à
partir
desdits monomères sont solubles dans l'eau.
Dans un mode de réalisation du procédé dans lequel l'agent de
préservation est un composé de bore, il peut être chélaté par un composé
portant
des groupes hydroxyle vicinaux et un groupe amine, tel que par exemple NMG
ou THAM. La NMG ou le THAM peuvent en outre se fixer sur un composé
comprenant un groupe glycidyle et un autre groupe fonctionnel permettant une
polymérisation. Une composition de traitement utilisable dans le procédé de
l'invention peut ainsi être obtenue en faisant réagir NMG avec un méthacrylate
de glycidyle (GM) pour former un monomère portant un groupe chélatant, puis
en ajoutant un agent de préservation.
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Le support liquide de la composition de traitement est constitué
essentiellement par de l'eau ou un solvant organique non toxique et qui ne
présente pas d'inconvénients pour l'environnement. Parmi ces solvants
organiques, on peut citer les alcools et les cétones. L'eau et/ou le solvant
organique peu toxique constitue au moins 50 % en poids du support liquide. Le
support liquide peut être un mélange d'eau et d'au moins un solvant organique.
Le procédé de l'invention permet de régler la cinétique de relarguage de
l'agent de préservation dans les cavités d'une pièce en bois, par la matrice
polymérique, puis par le gel présent dans lesdites cavités, par le choix de la
teneur en solvant et/ou en agent de conservation dans la composition de
traitement.
Lorsque l'agent de conservation est un fongicide, la stabilité de l'agent
fongicide, dans le gel en formation ou dans le gel formé, peut être diminuée
en
augmentant la concentration en bore dans la solution de traitement et par
conséquent dans la matrice polymère. On obtient ainsi un relarguage plus
important et donc un traitement initial plus important du bois. Une faible
concentration en agent fongicide induit une plus grande stabilité de la
liaison
entre l'agent complexant et l'agent de préservation à base de bore non
instantanément libéré dans le bois à traiter et donc une vitesse de relarguage
plus
lente.
Le procédé de la présente invention vise en premier lieu à augmenter la
durée de vie utile de pièces en bois, en particulier de poteaux de bois sur un
réseau de distribution d'électricité. La préservation est effectuée par
injection
d'une composition dans des cavités des pièces en bois, ladite composition
formant un gel après injection. Le traitement peut être effectué avant
dégradation
de la pièce, en forant des ouvertures dans la pièce pour l'injection de la
composition de traitement. Le traitement peut également être effectué après
dégradation de la pièce avec formation de cavités, la composition étant
injectées
dans les cavités formées. En intervenant sur des cavités présentes dans la
structure du bois, on diminue considérablement la progression des pourritures
responsables de la dégradation fongique et/ou la progression d'insectes
(notamment de termites) et/ou de bactéries dans la matrice de bois. Cette
intervention permet également de récupérer partiellement les propriétés
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mécaniques de la matrice d'origine. Cette régénération des propriétés du bois
peut être obtenue par l'ajout d'un gel polymérique ayant une bonne interface
avec
les parois de la cavité se trouvant dans le bois. Afin d'éliminer les
pourritures de
dégradation, ce gel contient un agent fongicide fixé à la matrice polymérique
par
l'intermédiaire d'un agent chélatant greffé sur la matrice. L'agent complexant
est
utilisé afin de réduire la migration d'un agent fongicide soluble à l'eau. La
présence de cet agent chélatant permet de prolonger la durée efficace d'un tel
traitement. Un traitement préventif peut être effectué en perforant des
cavités
dans le bois à partir de la surface de la pièce en bois . Pour un poteau
d'utilité
électrique, cette intervention se fait principalement dans la zone en contact
avec
le sol. La composition de traitement est injectée dans ces cavités. Ce
traitement,
lorsqu'effectué à intervalles réguliers, permet d'augmenter considérablement
la
durée de vie utile des pièces de bois saines.
L'utilisation d'une composition de traitement qui contient un agent de
préservation et un agent complexant de cet agent permet de traiter plus
efficacement le bois en cours d'utilisation. Lors d'inspections de routine, il
est
possible d'observer la présence de cavités au coeur d'une matrice de bois et
mettre
en oeuvre le procédé dans un but curatif.
Les traitements préventifs et curatifs visent à réduire les coûts liés aux
remplacements des matrices de bois (poteaux, madriers, planches, ...) par la
"cicatrisation" de cavités ou par un traitement préventif des matériaux
utilisés.
Le procédé de l'invention est particulièrement utile pour traiter une pièce
en bois contre les moisissures et les champignons. Lorsqu'une composition de
traitement selon l'invention, qui contient un ou plusieurs agents fongicides
en tant
qu'agents de préservation, est injectée dans la pièce à traiter, elle imprègne
les
parois du bois et, par la présence des agents fongicides, elle élimine les
pourritures actives en surface. Cette composition, initialement peu visqueuse,
peut également s'infiltrer en profondeur dans tous les interstices créés par
les
champignons de pourriture. Selon l'état de dégradation de la surface interne
de la
cavité, près de 10 % à 30 % de la solution versée migre dans la matrice de
bois.
Ensuite, les constituants de la composition réagissent et un gel se forme.
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La durée nécessaire pour la gélification doit être telle qu'elle permette une
bonne imprégnation de la pièce à traiter et une bonne migration de l'agent de
préservation dans ladite pièce. La durée de la gélification doit cependant
rester
suffisamment courte pour des raisons de commodité de mise en oeuvre.
Généralement, une durée de 10 min à 2 jours, de préférence inférieure à 2
heures
est souhaitée pour la gélification. La durée de gélification peut être ajustée
par le
choix des précurseurs du polymère. Un précurseur de faible masse, ayant une
teneur élevée en fonctions réactives réagira beaucoup plus rapidement qu'un
précurseur de plus haute masse (ayant une vitesse de rotation et de diffusion
plus
lente). La durée de gélification peut en outre être ajustée par le choix des
concentrations.
Éventuellement, l'humidité contenue dans la matrice de bois peut
provoquer un gonflement du gel. Ce gonflement favorise une interface efficace
entre le gel et l'intérieur de la cavité. Ce bon contact avec l'interface
permet de
préserver la structure du bois à long terme. En effet, une interface optimale
entre
ces deux constituants favorise la migration lente, mais constante, de l'agent
fongique vers la matrice de bois.
Lorsque la pièce de bois comporte des cavités générées par des insectes, le
procédé de traitement est mis en oeuvre à l'aide d'une composition dans
laquelle
l'agent de préservation est un insecticide.
Une composition de traitement peut contenir un ou plusieurs agents
tensio-actifs, afin d'améliorer la dispersion des différents constituants dans
le
liquide support utilisé et les propriétés physiques de la composition. L'agent
tensioactif peut être choisis par exemple parmi les tensioactifs non ioniques
(par
exemple les copolymères à blocs à base d'oxyde d'éthylène et d'oxyde de
propylène) et les tensioactifs ioniques, (par exemple le dodécyl sulfate de
sodium, le lauryl sulfate d'ammonium, le chlorure de benzalkonium et un
polyoxyéthylène aminé. Lorsque la composition de traitement contient un
composé du bore comme agent de préservation, la concentration en bore est
entre
0,1 g/L (1,6 mM d'acide borique) et la limite de solubilité du composé de bore
dans le liquide support. La concentration en composé de bore dans la
composition se situe de préférence entre 1 g/L (16 mM d'acide borique) et 50
g/L
(800 mM d'acide borique) de solution.
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Le gel formé ayant une bonne interface avec les parois de la cavité
permettra d'améliorer les propriétés mécaniques de l'échantillon traité et/ou
empêchera la recolonisation de la cavité en créant une barrière physique aux
champignons de dégradation, aux bactéries, ou aux insectes.
Les exemples de mise en oeuvre qui suivent sont donnés à titre
d'illustration seulement et ne sauraient en aucun cas être interprétés comme
constituants une limitation de la présente invention.
Dans les exemples qui suivent, le traitement du bois peut se faire sur une
section dégradée d'un poteau. Après avoir localisé la zone dégradée du poteau,
un
trou est percé dans la partie la plus haute de la cavité (tel qu'illustré à la
Figure
2). Une composition est préparée selon l'un des exemples suivants, puis elle
est
injectée à l'intérieur de la cavité jusqu'à ce que cette dernière soit remplie
entièrement ou partiellement. L'exemple A décrit des compositions destinées à
former un gel époxy, et l'exemple B décrit des compositions destinées à former
un gel du type polyacrylate .
Exemple A
Gel polyépoxy
Une composition de traitement est préparée à partir de la solution 1
suivante :
Solution 1
5 grammes H3B03 (acide borique)
5 grammes d'EDA (éthylène diamine)
31,6 grammes de NMG (n-méthyl glucamine)
100 ml d'eau
Au moment de l'utilisation, on a ajouté 130 grammes de PEGDGE
(polyéthylène glycol (400) diglycidyl éther) et on a mélangé rapidement et on
a
immédiatement injecté la composition résultante dans la cavité d'une pièce en
bois. La composition injectée forme un gel après un délai d'une heure. Pendant
ce
temps de formation d'un gel, de 10 à 30 % de la solution migre dans les
cellules
du bois.
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Le mode opératoire a été reproduit en modifiant les proportions des
constituants de la composition. Les quantités, en grammes, pour toutes les
compositions préparées sont données dans le tableau 1 ci-dessous.
Tableau 1
Solution 1
Echantillon H3B03 EDA NMG H20 PEGDGE
1 5 5 31,6 100 130
2 3 5 31,6 100 130
3 7 5 31,6 100 130
4 10 5 31,6 100 130
5 5 31,6 50 130
6 5 5 31,6 150 130
5
Cette période de gélification permet un premier traitement du bois par
stérilisation en profondeur la surface de la cavité. Elle permet également
d'obtenir une excellente interface entre la cavité et le bois. Ceci permet de
restaurer partiellement les propriétés mécaniques perdues par la dégradation
de
cette section du poteau.
Test du taux de rétention du bore dans la matrice polymérique des gels formés
Afin d'évaluer les propriétés conférées au bois traité par les différentes
compositions de traitement, on a imprégné sous vide en 30 minutes des cubes de
19 mm de coté constitués par la partie aubier d'un bois, par chacune des
compositions 1 à 6. Puis les blocs ont été laissés à température ambiante
durant
une nuit afin de permettre la formation du gel. Ils ont ensuite été immergés
dans
30 ml d'eau déminéralisé. Un suivi du taux de bore par spectroscopie ICP
("Inducted Coupled Plasma") permet de déterminer le taux de relarguage d'acide
borique en fonction du temps. Cette mesure est effectuée afin d'estimer la
capacité de rétention du bore des matrices polymériques dans des conditions de
diffusion accélérée.
Le tableau 2 donne la perte en bore pB dans la matrice, exprimée en %, en
fonction du temps de trempage du bloc dans la solution aqueuse.
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Tableau 2
Echantillon Jour 1 pB Jour 4 pB Jour 7 pB Jour 12 pB
1 6,6 12,9 16,5 18,7
2 5,7 10,3 13,0 14,7
3 21,5 31,7 36,2 39,3
4 58,7 73,4 79,4 83,2
47,9 48,5 50,9 52,4
6 5,9 11,6 14,9 17,1
Les résultats obtenus démontrent l'influence importante de la teneur en
eau ou de la concentration en bore dans la composition de traitement. En
5 augmentant la teneur en acide borique (exemples 3 et 4), ou en diminuant la
teneur en solvant (exemple 5), la capacité de rétention en bore dans la
matrice est
diminuée significativement. Ces variations, par rapport à l'exemple 1, nuisent
à
une bonne dispersion de l'acide borique dans la solution. Une teneur trop
faible
en eau favorise la précipitation du bore. Il est cependant important de noter
pour
cet exemple (exemple 5), que le taux de bore est stable après une perte
initiale de
près de 50 %. Il semble donc s'agir d'un excédent de bore qui pourrait être
utilisé
lors du traitement initial de la cavité. L'autre moitié demeurera dans la
matrice et
se relarguera progressivement. Il s'agit d'une des stratégies envisageables
pour le
traitement.
Une diminution de la teneur en bore (exemple 2) ou une augmentation de
la quantité d'eau dans la solution (exemple 6) ont peu d'effet sur le taux de
rétention du bore par rapport à l'exemple 1.
En jouant sur les paramètres de gélification, sur la teneur en agent
fongique et sur la quantité d'eau utilisée, il apparaît possible de jouer
considérablement sur le taux de rétention de l'agent fongique dans les gels
ainsi
forés. Ainsi on peut jouer sur le taux du composé à base de bore afin de
l'utiliser
davantage lors d'une étape de stabilisation de la matrice de bois ou à plus
long
terme par un relarguage lent et progressif La composition sélectionnée variera
également selon l'application visée: stérilisation d'une cavité existante ou
traitement préventif à la base d'un poteau.
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Test du taux de rétention du bore dans la cavité d'une matrice de bois traité
Un second test vise à déterminer le taux de diffusion du bore dans le bois
à partir d'un gel formé dans une cavité. Pour cette évaluation, un cube de
5,08 cm
de côté a été utilisé. Sur la surface représentant l'extérieur d'un poteau, un
trou de
4,45 cm de profondeur et de 1,64 cm de diamètre a été perforé. On a versé dans
ce trou, 9,5 ml de la solution provenant de l'exemple 3, afin de remplir la
cavité.
Après une heure, la solution s'était gélifiée et près d'un millilitre de la
solution
versée (env. 11 %) avait diffusé dans le bois.
Le bloc a ensuite été immergé jusqu'à sa surface dans 150 ml d'eau
déminéralisé. Un suivi du taux de bore en solution démontre qu'après 6 jours
d'immersion, seulement 10 % du bore était parvenu à migrer dans la solution
aqueuse.
Une analyse du bois à l'aide de tiges extraites dans l'axe longitudinal
(direction des fibres) et dans l'axe transversal démontre que le bore migre
principalement dans l'axe longitudinal, le facteur de diffusion étant 10 fois
plus
élevé dans cet axe. Ce résultat était prévisible car il s'agit de l'axe
naturel de
migration de la sève dans un arbre.
Après cette période d'immersion, le taux de bore résiduel dans la matrice
polymérique se trouvant dans la cavité a également été analysé. L'analyse par
spectrométrie ICP démontre qu'il y a encore 50 % du bore présent dans la tige
malgré l'immersion dans l'eau. Ce test a été effectué pour évaluer selon un
processus accéléré, le pouvoir extractant de l'eau vis-à-vis de l'agent de
préservation utilisé.
Cette immersion a été effectuée afin d'accélérer le processus d'extraction
du bore et d'évaluer la capacité de ce gel à retenir cet agent fongicide
soluble
dans l'eau. Les essais effectués montrent que la vitesse de diffusion du bore
et la
teneur en bore résiduel après un certain temps dépend de la composition
utilisée.
Ce type d'essais permet, pour un ensemble agent de préservation, précurseurs
de matrice polymère, agent chélatant , de déterminer la teneur de chacun des
ingrédients, suivant que le taux de diffusion que l'on souhaite pour la pièce
à
traiter.
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Exemple B
Gel polyacrylate
Un gel de polyacrylate a été préparé par la méthode proposé par Bizak et
al. mentionnée ci-dessus. Le monomère est obtenu en faisant réagir le
méthacrylate de glycidyle (GM) avec la n-méthyl glucamine (NMG) dans un
ratio équimolaire dans une solution de NMP (n-méthyl pyrrolidone) chauffée à
70 C durant 7 heures (ou jusqu'à ce que la solution soit soluble dans l'eau).
On
obtient ainsi le méthacrylate de 3-(N-glucidol-N-méthyl)-2-hydroxypropyle
(GMHP). Le solvant (NMP) peut être éliminé ou non selon l'application désirée.
Le GMHP est un monomère qui peut réticuler notamment en présence d'un
initiateur radicalaire (thermique ou photonique) ou par irradiation à l'aide
d'un
faisceau d'électron (e-beam).
Plusieurs exemples de préparation de gel à partir du monomère chélatant
GMHP ont été effectués. L'amorceur thermique utilisé est le (2,2'-Azobis[2-
méthyl-N-(2-hydroxyéthyl)propionamide]) commercialisé sous la dénomination
VA-086 par Wako Chemical USA.
Echantillon 7
On a préparé une solution aqueuse en introduisant dans 25 ml de H20,
0,625 g de H3B03, 0,625 g de VA-086, et 12,5 g de GMHP en solution dans 12,5
g de NMP .
On a prélevé 10 ml de la solution ainsi obtenue et on a chauffé à 86 C
pendant une nuit. On a laissé refroidir pendant 1 h le gel obtenu, puis on a
immergé le bloc de gel dans 35 ml d'eau déminéralisée et on a suivi
l'évolution
du taux de bore par spectrométrie ICP afin de déterminer le taux de rétention
du
bore dans la matrice de gel. Les tests effectués pour trois synthèses de GMHP
réalisées dans les mêmes conditions ont montré que près de 30 % du bore est
lixivié dans la matrice polymérique lors d'une immersion dans l'eau durant 11
jours. Ces résultats sont similaires à ceux obtenus pour un gel à base d'une
résine
époxy de l'exemple 1.
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Echantillon 8
On a préparé une solution aqueuse en introduisant dans 25 ml de H20,
0,625 g de disodium octaborate tétrahydraté (DOT), 0,625 g de VA-086, et 12,5
g de GMPH en solution dans 12,5 g de NMP
La solution a été traitée de la même manière que celle de l'échantillon 7,
mais en limitant à 3 heures la durée du chauffage à 86 C. Les mesures par
spectrométrie ICP montrent que près de 35 % du bore est lixivié hors de la
matrice polymérique lors d'une immersion dans l'eau durant 14 jours. Ces
résultats sont similaires à ceux obtenus pour un gel à base d'une résine époxy
de
l'exemple 1 pour un test identique et à ceux de l'échantillon 7 préparé à
partir
d'acide borique.
Echantillon 9
On a préparé une solution aqueuse en introduisant dans 25 ml de H20,
0,625 g de H3B03, 31,25 mg de CuSO4,5H20, 0,625 g de VA-086, et 12,5 g de
GMPH sous forme d'une solution à 37 % en poids dans NMP
L'utilisation du sulfate de cuivre comme co-biocide est destinée à
améliorer l'efficacité du traitement vis-à-vis de l'attaque des pourritures.
La solution a été traitée de la même manière que celle de l'échantillon 7,
mais en limitant à 3 heures (au lieu d'une nuit) la durée du maintien à 86 C.
Les
mesures par spectrométrie ICP montrent que près de 67 % du bore et de 75 % du
cuivre demeurent dans la matrice polymérique lors d'une immersion dans l'eau
durant 8 jours. Ces résultats sont similaires à ceux obtenus pour un gel à
base
d'une résine époxy de l'exemple 1 pour un test identique et à ceux de
l'échantillon 7 préparé à partir d'acide borique.
Echantillon 10
On a préparé une solution aqueuse en introduisant dans 10 ml de H20,
0,625 g de H3B03, 0,625 g de persulfate de potassium (KPS), et 12,5 g de GMPH
sous forme d'une solution à 66 % en poids dans l'eau.
On a prélevé 10 ml de la solution ainsi obtenue et on a constaté que la
réticulation de produit progressivement sans chauffage extérieur, par action
de
l'amorceur thermique KPS sur GMPH. On a immergé le bloc de gel obtenu dans
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35 ml d'eau déminéralisée et on a suivi l'évolution du taux de bore par
spectrométrie ICP. Les tests de lixiviation des bloc de gel ont montré que
près de
40 % du bore est lixivié hors de la matrice polymérique lors d'une immersion
dans l'eau durant 8 jours. Ces résultats sont similaires à ceux obtenus pour
un gel
à base d'une résine époxy.
Dans une matrice de bois, sur un site d'utilisation, une solution contenant
un monomère acrylate peut être activée par un élément chauffant inséré
temporairement dans la cavité (lors de l'utilisation d'un initiateur
thermique) ou
par une irradiation avec une lampe UV portative et flexible (lors de
l'utilisation
d'un photo-initiateur).
Bien que la présente invention ait été décrite à l'aide de mises en oeuvre
spécifiques, il est entendu que plusieurs variations et modifications peuvent
se
greffer auxdites mises en uvre, et la présente invention vise à couvrir de
telles
modifications, usages ou adaptations de la présente invention suivant en
général,
les principes de l'invention et incluant toute variation de la présente
description
qui deviendra connue ou conventionnelle dans le champ d'activité dans lequel
se
retrouve la présente invention, et qui peut s'appliquer aux éléments
essentiels
mentionnés ci-haut.