Installations de préservation du bois, recommandations techniques de 2013 : chapitre 2

2. Survol des installations de préservation du bois

2.1 L'industrie canadienne de la préservation

En 2011, il y avait 55 installations de préservation du bois actives au Canada qui recouraient toutes au traitement sous pression. De plus, trois installations utilisaient les traitements sous pression et par procédé thermique. De nombreuses installations ont adopté le traitement au CAQ ou au CA-B lorsque l'ACC a cessé d'être utilisé lors de son retrait volontaire des marchés résidentiels en 2003. Toujours en 2011, 30 installations utilisaient l'ACC, et seulement 16 d'entre elles l'utilisaient en tant que seul produit de préservation. Le CAQ ou le CA-B étaient utilisés par 33 installations, alors que 11 de ces dernières les utilisaient comme seuls produits (10). Seulement 10 installations utilisaient des agents de préservation à base d'huile, la créosote ou le pentachlorophénol. En 2011, 23 usines procédaient à des opérations utilisant plus d'un produit de préservation, comparativement à 13 en 2000 (10).

On retrouve des installations de traitement dans toutes les provinces, sauf à l'Île-du-Prince-Édouard et au Labrador. Alors que les premières installations se sont établies pour servir les sociétés de chemin de fer, les installations plus récentes se sont concentrées dans les secteurs où la demande du bois de consommation est plus élevée, laquelle représente plus de 50 % de la production totale de l'industrie (11). En 2011, les provinces comptant le plus d'installations actives étaient la Colombie-Britannique (14 installations), l'Ontario (12 installations) et le Québec (11 installations) (10).

2.2 Description des conceptions des installations actuelles

2.2.1 Conceptions générales des installations

Les installations de préservation du bois se composent généralement de quatre éléments (11) :

• les cours d'entreposage du bois non traité et du bois traité;
• les installations de traitement du bois (écorceurs, lignes d'équarrissage, séchoirs, etc.);
• les installations d'imprégnation;
• les bureaux et laboratoires.

La taille de la cour d'entreposage peut varier énormément selon la capacité de traitement de l'installation et sa façon de sécher le bois. Le séchage à l'air requiert de vastes espaces d'entreposage. Cependant, les installations traitant le bois de construction, particulièrement celui destiné aux marchés résidentiels, peuvent utiliser un séchoir, ce qui nécessite de plus petits espaces d'inventaires. Le cycle d'entreposage du bois traité est généralement court, nécessitant seulement un espace d'entreposage réduit. Toutefois, les installations qui offrent le service d'entreposage à leurs clients, par exemple les principales sociétés de chemin de fer et les services publics, font exception.

L'équipement utilisé pour le traitement du bois peut inclure des écorceurs de poteaux, des scies, des lignes d'équarrissage, des tables de tri, des outils pour inciser, des séchoirs et des systèmes d'empilage. Les installations de traverses de chemin de fer sont pourvues de machines spéciales pour aléser et inciser le bois.

La conception des installations d'imprégnation est propre au procédé de traitement et aux agents de préservation utilisés. On retrouve une description plus détaillée dans les sections portant sur les agents de préservation particuliers.

2.2.2 Procédés de préservation

Les procédés de préservation ont pour but d'injecter les quantités requises de solution de préservation profondément dans le bois pour lui procurer une protection prolongée contre les agents responsables de sa destruction. En Amérique du Nord, la majeure partie du bois préservé est traitée au moyen de procédés d'imprégnation sous pression. Les traitements thermiques ont une moindre importance.

Les paramètres de traitement appliqués dans tous les procédés sont limités par le mode d'emploi indiqué sur les étiquettes des pesticides homologués. La norme CAN/CSA O80 (12) possède également des directives de procédé et de taux d’application pour assurer un traitement efficace sans endommager le bois pour des utilisations spécifiques. L'étiquette des pesticides est le document légal et doit être considéré comme tel en cas de divergence entre les deux normes.

Des exigences particulières sont mentionnées dans le document traitant des meilleures pratiques de gestion pour l'utilisation de bois traité dans les milieux aquatiques et les milieux humides, publié par Western Wood Preservers Institute, Préservation du bois Canada, la Southern Pressure Treaters' Association et la Southern Forest Products Association. L'objectif de ces pratiques exemplaires de gestion (PEG) consiste à introduire suffisamment d’agent de préservation dans un produit pour fournir le niveau de protection nécessaire tout en réduisant au minimum l'utilisation d’agents de préservation au-dessus de la norme minimale requise de l'industrie pour réduire la quantité susceptible de se retrouver dans l'environnement (13).

Conditionnement du bois

Avant d'effectuer l'imprégnation du bois avec des agents de préservation, on doit enlever l'écorce et diminuer la teneur en humidité par un procédé de séchage ou de conditionnement. Cela peut être fait par séchage à l'air, au moyen d'un séchoir ou par un procédé appliqué dans le cylindre d'imprégnation, par exemple par un procédé de vapeur ou de mise sous vide, ou par ébullition sous vide (procédé Boulton) en présence de la solution de traitement. Le choix de la méthode dépend du produit du bois, des spécifications, de l'équipement disponible, des niveaux d'humidité souhaités et de l’agent de préservation utilisé. Par exemple, le séchage au séchoir est très répandu pour le bois destiné aux marchés résidentiels; le séchage à l'air est plus économique pour les produits de grande dimension, tels que les traverses, le bois d'œuvre et les poteaux; le procédé de vapeur ou de mise sous vide est préférable pour les poteaux qui nécessitent un traitement avec des solutions PCP-huile; et le procédé Boulton est couramment utilisé pour les traverses et les pilots destinés aux constructions maritimes qui doivent être traités avec des solutions de créosote ou créosote-huile.

Le bois de sciage, qui expose généralement le cœur du bois plus réfractaire, nécessite des « incisions » pour permettre une bonne imprégnation du produit de préservation. L'incision est un procédé où les surfaces du bois sont piquées avec des rouleaux dentelés. Il existe une variété de patrons d'incision pour assurer une bonne pénétration sans endommager la structure. Les pièces individuelles sont généralement coupées à leurs dimensions finales avant le traitement pour assurer une imprégnation adéquate sur toutes les faces exposées. L'usinage du bois après le traitement peut exposer des parties non traitées et nécessiter un traitement ultérieur sur le terrain. Même appliqué correctement, un traitement de préservation sur le terrain ne peut protéger aussi efficacement le bois exposé que les traitements d'imprégnation sous pression ou par procédé thermique.

Procédé d'imprégnation sous pression à cellules pleines (Bethell)

Le procédé à cellules pleines a fait son apparition en 1838. C'est le seul procédé utilisé dans les traitements à l'ACC et à tous les autres produits hydrosolubles, ainsi qu'à la créosote (figure 1).

Une fois la charge de bois placée dans l'autoclave, le procédé de traitement commence par une mise sous vide initiale durant une période variant entre 30 minutes et une heure. La solution de préservation est alors ajoutée dans l'autoclave, tout en maintenant le vide. Dans le cas des produits hydrosolubles, la solution est à la température ambiante alors que les agents de préservation à base d'huile sont chauffés (70-90 °C). Lorsque l'autoclave est rempli, la pression est augmentée, habituellement jusqu'à un maximum de 1 040 kPa, et maintenue jusqu'à ce qu'une quantité prédéterminée de produit soit injectée dans le bois. Le cycle de pression peut durer de 30 minutes à plusieurs heures. À ce stade, la pression est relâchée et l'excédent de solution de préservation est acheminé vers un réservoir pour une réutilisation lors de traitements ultérieurs. L'étape d'imprégnation est normalement suivie par une mise sous vide finale dans le cas de l'ACC et des autres produits hydrosolubles ou par un bain de dilatation et une mise sous vide finale dans le cas de la créosote. Ces procédés enlèvent la solution de préservation excédentaire dans les couches sous la surface du bois pour rendre les surfaces du produit aussi sèches que possible.

Figure 1 Procédé d’impregnation sous pression à cellules pleines (Bethell)

La figure 1 comprend également une représentation schématique du traitement dans la cuve qui est remplie et vidée d’agents de préservation.

Procédés d'imprégnation sous pression à cellules vides

Cette catégorie englobe deux procédés, le procédé de Rüping et le procédé de Lowry, qui sont employés avec la créosote et le pentachlorophénol dans le traitement des poteaux des services publics, des traverses de chemin de fer, des poutres et du bois de construction. Les procédés sont conçus pour permettre une pénétration plus profonde, tout en réduisant la rétention de la solution de préservation (figure 2).

Figure 2 Procédé d’imprégnation sous pression à cellules vides (Rüeping)

Le procédé Rüping applique une mise sous pression initiale (entre 200 et 500 kPa pendant 15 minutes) à la charge de bois dans l'autoclave avant l'ajout de la solution de préservation. La pression comprime l'air dans les cellules du bois. La solution de préservation chaude pénètre alors dans le bois, sans relâchement de la pression. La pression est augmentée, habituellement jusqu'à un maximum de 1 040 kPa, et maintenue jusqu'à atteinte du taux de rétention prédéterminé. Lorsque la pression est relâchée à la fin du cycle d'imprégnation, l'air comprimé dans le bois prend de l'expansion et expulse la solution de préservation excédentaire. Cet effet, appelé « renvoi », est habituellement accentué par une dernière mise sous vide rapide. La solution de préservation excédentaire est acheminée vers le réservoir d'entreposage pour des traitements ultérieurs.

Le procédé Lowry est semblable au procédé Rüping, sauf qu'il n'y a pas de mise sous pression initiale et que la solution de préservation est introduite à la pression atmosphérique. Le reste du procédé se déroule de la même manière que le procédé Rüping. Habituellement, la quantité de solution de préservation récupérée lors du « renvoi » est moins importante dans le procédé Lowry.

Procédé par traitement thermique

Ce procédé est appliqué avec des solutions PCP-huile pour le traitement des extrémités des poteaux secs destinés aux services publics. Un autoclave n'est pas nécessaire pour effectuer le procédé. Les portions inférieures des poteaux sont imprégnées d'agent de préservation dans des réservoirs verticaux sans couvercles. Pendant le cycle, le bois sec est d'abord immergé dans une solution de préservation chaude (entre 88 et 113 °C) pendant au moins six heures (bain chaud). Par la suite, la solution de préservation chaude est rapidement remplacée par une solution de préservation plus froide durant au moins deux heures (bain froid). La solution de préservation excédentaire est acheminée vers le réservoir d'entreposage.

Procédés suivant l'imprégnation

Les cycles de traitement sont suivis d'un vide final, qui équilibre la pression interne, enlève l'air et les agents de préservation des fibres externes du bois et, dans le cas des traitements avec un mélange d'huile agissant à des températures élevées, refroidit le bois. En ce qui concerne la créosote et le PCP, le vide final peut être inadéquat pour l'obtention de surfaces propres. En pareils cas, le cycle d'imprégnation peut être suivi d'un bain de dilatation ou d'un cycle de vapeur final, qui ajoutent tous les deux une étape de mise sous vide finale. Ces procédés peuvent s'avérer très efficaces, mais le cycle de vapeur final crée d'importants volumes d'eaux contaminées qui doivent être traitées afin de respecter toutes les normes relatives aux rejets.

Entreposage après le traitement

Le bois traité, qui a été retiré de l'autoclave, est entreposé sur une plate-forme d'égouttement jusqu'à ce que l'égouttement de l’agent de préservation cesse. Le temps de séjour sur cette plate-forme peut varier de plusieurs heures à quelques jours. Par contre, la plupart des installations de traitement à l'ACC utilisent désormais un procédé de fixation accélérée afin d'assurer que les produits chimiques de préservation soient hautement résistants à la lixiviation. Un tel procédé comporte un cycle de réchauffement qui s'applique habituellement à un degré d'humidité élevé. Des chambres de fixation sont utilisées, ou bien le procédé peut être réalisé dans des séchoirs (14). Une fois la fixation vérifiée, le bois traité peut être transféré vers une aire de la cour désignée pour l'entreposage, jusqu'à son expédition, ou il peut être directement chargé en vue d'une livraison immédiate.

2.2.3 Conception des usines de traitement actuelles

Conception des usines de préservation à base d'eau

Les usines de traitement à base d'eau, comme l’ACC ou le CAQ, sont logées dans un bâtiment chauffé (11). La figure 3 présente un schéma d'une installation typique à l'ACC. La principale différence par rapport à d'autres usines de préservation à base d'eau est la présence d'une chambre de fixation, comme le montre la figure. L'autoclave, aussi appelé cylindre, a généralement un diamètre de 1,8 m et une longueur de 24,4 m. Le bois y est habituellement chargé et déchargé par une seule porte à l'aide de chariots circulant sur des rails. D'autres conceptions utilisent des convoyeurs pour déplacer le bois à l'intérieur et à l'extérieur de l'autoclave et peuvent inclure des portes aux deux extrémités pour entrer et sortir le bois. Le système est muni de pompes pour appliquer les conditions du procédé (sous vide ou sous pression), ainsi que pour transférer des liquides à partir de l'autoclave ou vers celui-ci, et entre les réservoirs. Un parc à réservoirs comprend généralement un réservoir de concentré, un ou plusieurs réservoirs de solutions diluées et un réservoir de récupération de l'effluent ou un réservoir d'eau d'appoint. La sophistication des contrôles et de l'instrumentation du procédé varie selon le degré d'automatisation. La plupart des usines de préservation à base d'eau sont pourvues de systèmes entièrement automatisés qui contrôlent les paramètres du procédé d'imprégnation. Certaines usines possèdent des aires d'entreposage chauffées pour le bois récemment traité et des installations permettant d'accélérer la fixation ou la stabilisation des composants des agents de préservation dans le bois traité (14, 15).

Le procédé de traitement à cellules pleines, utilisé pour l'application de l'agent de préservation dans les usines de traitement à base d'eau, consiste en quatre étapes :

• application d'un vide initial pour retirer l'air des cellules du bois;
• remplissage complet de l'autoclave avec une solution diluée, puis mise sous pression (jusqu'à 1 040 kPa) jusqu'à ce que le degré de rétention prévu soit atteint;
• drainage de l'excédent de la solution diluée (qui est acheminé vers le réservoir de solution diluée à des fins de traitements ultérieurs);
• application d'un vide final.

Les durées et les pressions de traitement particulières sont déterminées par l'essence du bois, le type de produits (par exemple, du contreplaqué ou des poteaux) et le degré d'humidité du bois. L’étendue prédéterminée des paramètres du procédé est définie par les normes de traitement applicables (12). Des essais de contrôle de la qualité sont réalisés pour s'assurer que le produit traité satisfait à une norme de qualité minimale. Lorsque le bois traité est retiré de l'autoclave, il est soit soumis à un procédé de fixation, soit directement entreposé sur place pendant des périodes variant de quelques jours à quelques mois à des fins de stabilisation.

Le processus de fixation et de stabilisation nécessite une aire d'égouttement étanche et une zone couverte d'un toit. C’est essentiel puisque les agents de préservation sont hydrosolubles et par conséquent, susceptibles d'être lessivés par les précipitations à différents taux de lixiviation, à l'exception de l’ACC qui est résistant à la lixiviation en raison du processus de fixation.

Certaines plates-formes d'égouttement asphaltées ou en béton sont munies de toits au-dessus d'une partie ou de la totalité de leur superficie, où le bois fraîchement traité est entreposé, afin de réduire ou d'éliminer l'exposition du bois aux éléments.

Figure 3 Schéma general d’une installation de traitement à l’ACC

Conception des usines de préservation à la créosote et au PCP

Des solutions de créosote et de PCP-huile sont souvent utilisées de façon interchangeable dans une même installation de traitement. Ainsi, les usines qui utilisent ces agents de préservation ont un aménagement similaire (figure 4). Les autoclaves sont habituellement plus grands que ceux utilisés dans les usines de préservation à base d'eau (2,1 m de diamètre et 36,5 m de longueur). Les parcs à réservoirs sont généralement situés à l'extérieur et les réservoirs sont munis d'un système de chauffage interne. Les dispositifs de production, y compris l'autoclave, les pompes, les condensateurs, les contrôles et les systèmes de traitement d'effluent, sont situés dans un bâtiment de traitement. Les installations de traitement utilisant des solutions de PCP ou de créosote requièrent une source de chaleur pour réchauffer l’agent de préservation et effectuer des procédés particuliers, tels que le conditionnement à la vapeur. Dans le cas du PCP, un autoclave ou un réservoir de mélange désigné est utilisé pour dissoudre l’agent de préservation solide dans un solvant à base d'huile adéquat. Les installations de traitement d'effluent peuvent être pourvues de systèmes de séparation huile-eau, de floculation et de filtration au charbon. Un système de filtration d'air pour récupérer les émissions atmosphériques provenant des dispositifs de traitement, des systèmes de mise sous vide et des évents des réservoirs peut aussi faire partie des installations. Les systèmes de mise sous vide sont munis de condensateurs et de réservoirs de récupération du condensat.

Conception des usines de préservation des extrémités de poteaux en bois par imprégnation thermique

Comme le montre la figure 5, les usines de préservation du bois par imprégnation thermique utilisent un équipement d'imprégnation et un système de contrôle des procédés moins perfectionnés que les installations utilisant un traitement de préservation sous pression. Le bassin de traitement est un réservoir vertical ouvert, sans couvercle, qui devrait être pourvu d'une digue de confinement en cas de déversement. Le parc à réservoirs comporte un réservoir de mélange de PCP-huile, ainsi que des réservoirs d'entreposage d'huile et de solutions de préservation chaudes et froides. Le transvasement des solutions de préservation du bassin de traitement aux réservoirs d'entreposage est effectué à l'aide de pompes. Le système de traitement de l'effluent peut inclure des systèmes de séparation huile-eau, de floculation et de filtration au charbon.

Figure 4 Schéma général d'une installation de traitement sous pression de solutions créosote-huile ou PCP-huile

Figure 5 Schéma général d'une installation de traitement par procédé thermique