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Procédé amélioré d’assemblage par friction mécanique de pièces en bois ayant un joint plus résistant à l’eau

Une équipe a développé un procédé d’assemblage de pièces en matériau ligno-cellulosique original. Il s’agit d’appliquer un composé naturel, non-toxique et peu onéreux, sur l’une ou les deux faces des pièces à assembler, puis de réaliser une soudure par friction mécanique. INRA Transfert recherche des partenaires intéressés par cette technologie.

Stère de bois. © CARRERAS Florence
Mis à jour le 17/06/2013
Publié le 15/11/2011

Description de l’innovation et applications industrielles

Une équipe de recherche pluridisciplinaire a récemment développé un procédé d’assemblage de pièces en

matériau ligno-cellulosique original. Il s’agit d’appliquer un composé de soudure naturel, non-toxique, abondant, respectueux de l’environnement et peu onéreux, sur l’une ou les deux faces des pièces à assembler, puis de réaliser une soudure par friction mécanique. Ce composé n’est pas un liant, le soudage impliquant exclusivement du bois. Les scientifiques ont mis en oeuvre et exemplifié leur invention, d’une part en soudant entre elles deux lames de bois par friction mécanique linéaire, et d’autre part en soudant par friction mécanique rotative un tourillon dans une pièce réceptrice en bois pré-percée.

En termes de résistance mécanique, le joint ainsi produit après application de la composition de soudure spécifique est comparable à celle du joint obtenu par friction mécanique seule. Par ailleurs, il a été démontré que l’immersion de ces nouveaux assemblages dans l’eau n’altère pas la propriété d’imperméabilité du joint, une caractéristique originale de cette invention. Bien au contraire, la méthode de soudage de pièces de bois par friction mécanique avec enduction préalable de la surface de contact d’au moins une des pièces de bois avec une composition de soudure spécifique permet d’accroître considérablement la résistance à l’eau des joints de soudure de l’assemblage de pièces de bois. Le procédé de l’invention améliore aussi plus particulièrement les propriétés de résistance à l’eau des joints de soudure par tourillon, qui sont déjà très supérieures à celles des joints de soudure par friction mécanique linéaire, du fait de la géométrie du joint de soudure lui-même.

Par la suite, des analyses par micro-densitométrie aux rayons X ont permis de mesurer la densité

d’échantillons d’assemblage obtenus par friction mécanique linéaire. Il a été observé que la zone de densité la plus élevée autour de la ligne de soudure était plus large après la mise en oeuvre du nouveau procédé que celle observée lorsque l’étape de soudage par friction mécanique linéaire était réalisée sans enduction préalable des surfaces de contact des pièces de bois par une composition de soudure. Par ailleurs, l’analyse par solid-phase CP-MAS (Cross Polarisation - Magic Angle Spinning) 13C-NMR des interfaces soudées avec la composition de soudure a montré une accumulation de lignine sur la zone de soudure.

Les avantages de cette nouvelle méthode de soudage 100% bois sont la robustesse, l’imperméabilité, la rapidité (quelques secondes seulement !), le coût et l’impact écologique réduits. Le composé utilisé est peu couteux, non-toxique, biosourcé, abondant, respectueux de l’environnement, sans être un liant. Les applications industrielles concerne l’industrie du bois et des matériaux lignocellulosiques, et plus particulièrement la construction, le génie civil, l’ameublement. A titre d’exemples on peut citer la construction de bâtis, charpentes, panneaux de bois, tonneaux, cercueils, meubles, etc.

Propriété intellectuelle et transfert technologique

Ce procédé d’assemblage de pièces en bois massif ou en matériau lignocellulosique, caractérisé par l’augmentation de la résistance du joint de soudage à l’exposition à l’eau a été protégé par la demande de brevet français N° 1054460 déposée par l’INRA le 7 juin 2010 et son extension PCT/FR2011/051285 du 7 juin 2011, intitulées « Procédé d’assemblage de pièces en matériau lignocellulosique ».

INRA Transfert est en charge de la valorisation de cette innovation par la concession de licences non
exclusives pour des applications commerciales à l’attention de l’industrie manufacturière du bois.

Figures

(1)  © Import
© Import
(2)  © Import
© Import

1) Carte de microdensitométrie montrant les bandes des composés de la composition de soudure entourant la ligne de soudure plus sombre et présentant quelques tâches de plus grande concentration de ces composés qui montrent que les canaux de ces composés dans la structure du bois sont ceux qui sont favorisés afin que ces composés liquéfiés se déplacent en s’éloignant de la ligne de soudure. Les valeurs de microdensité au niveau de la ligne de soudure sont représentées par des couleurs artificielles exprimées en kg/m3 (gamme de 550 à 1450 kg/m3, du plus clair au plus foncé).

2) Assemblage de 2 pièces en bois par friction mécanique après application de la composition de soudure. Photographie de la section d’un échantillon d’assemblage qui a été immergé pendant 18 jours dans de l’eau froide. La partie de l’eau qui a pénétré peut être facilement observée par sa couleur plus sombre, alors que la bande blanche autour de la ligne de soudure indique clairement que l’eau n’a pas pénétré du fait de la présence de composés de la composition de soudure présents au niveau et autour de cette ligne de soudure.

Contact(s)
Contact(s) scientifique(s) :

  • Jean-Michel LEBAN, Antonio PIZZI LERMAB, ENSTIB Université Henri Poincaré - Nancy 1
Chargée de valorisation, Inra Transfert :
Claire LEMONTEY (01 42 75 92 96)
Département(s) associé(s) :
Écologie des forêts, prairies et milieux aquatiques
Centre(s) associé(s) :
Grand Est - Nancy

Publications

  • Mansouri H.R., Pizzi A., Leban J.M., Delmotte L., Lindgren O., Vaziri M., 2011. Causes for the Improved Water Resistance in Pine Wood Linear Welded Joints. J.Adhesion Sci. Technol. 25(16), 1987-1995.
  • Pizzi A., Mansouri H.R., Leban J.M., Delmotte L., Pichelin F., 2011. Enhancing the Exterior Performance of Wood Joined by Linear and Rotational Welding. J.Adhesion Sci. Technol. Available online: 8 mars 2011. DOI: 10.1163/016942411X556088