Bois composite

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Bardage en bois composite

Le bois composite ou wood plastic composite (WPC) est un matériau composé de fibres de bois et de résines plastiques. Comme son nom l'indique, c'est un matériau composite.Conçu à l'origine pour se substituer aux essences de bois exotiques menacées, il est aujourd'hui souvent utilisé pour le bâtiment comme la réalisation de terrasses, plages de piscines, pontons et autres aménagements extérieurs durables, pour l'habillage et l'isolation de façades, ainsi que pour la création de mobilier urbain et de mobilier intérieur.

Fabrication[modifier | modifier le code]

Les pièces en bois composite sont obtenues par extrusion ou par moulage par injection, à partir de matières premières telles que de bois et résines plastiques parfois issu du recyclage comme le polypropylène, polyéthylène ou polychlorure de vinyle. Ces polymères thermoplastiques constituent la matrice, qu'on associe à du bois ou à une autre fibre cellulosique telle que les coques de riz ou les sous-produits de l'industrie du papier qui constituent la charge. L'association de la matrice polymère et de la charge cellulosique se fait grâce à l'utilisation d'additifs chimiques.Les proportions de fibres de bois et de résines varient selon le processus de fabrication et les caractéristiques recherchées.

Propriétés[modifier | modifier le code]

Tous les produits ne présentent pas les mêmes caractéristiques de résistance aux U.V, aux insectes, aux tâches, aux rayures ou encore en termes de performance mécaniques. La tendance actuelle, dans le domaine du bois polymère est d'aller vers des produits plus techniques et haut de gamme plutôt que de baisser en qualité. C'est la stratégie adoptée par certaines entreprises nord-amércaines et européennes.

La palette qualitative des bois composites est très large mais sa composition et son mode de fabrication en font un matériau réputé imputrescible, résistant aux intempéries, au soleil, aux champignons lignivores et aux termites (Isoptera), résistant au gel, ne grisant pas, ne contenant pas d'échardes, résistant à la glisse. Teinté dans la masse, il existe une large palette de coloris. Sa durée de vie est comparable, voire supérieure à celle des bois exotiques. Il ne nécessite pas d'entretien particulier et devrait pouvoir être recyclé à l'infini. Pour la plupart des bois composite, le matériau est non-toxique, en effet, il ne contient ni colle, ni formaldéhyde. Par ailleurs, à l'inverse du bois classique, il ne contient pas de traces de nœuds dans le bois.

Du fait de ces caractéristiques, les terrasses en bois composite ont une durée de vie d'environ 20 ans pour du bois composite de bonne qualité.

Historique[modifier | modifier le code]

La paternité du bois composite, dans sa forme moderne, est un sujet controversé. Certains estiment qu’il est né avec Nichibori Sadao en 1975 et d’autre que sa naissance est postérieur à 1975 et qu’il est né en 1985 avec le brevet Clextral. Cependant, il est impossible de trouver des brevets de Nishibori Sadao en 1975 liés au bois composite.  

Néanmoins, l’association de plastique et de bois n’est pas une invention nouvelle. 

En effet, Au début du XXe siècle apparaissent des matériaux composites thermodurcissables. Il s’agit notamment de la Bakélite. Développée entre 1907 et 1909, elle fut un des premiers plastiques. C’est dans les années 1920 qu’on incorpore de la farine de bois à la Bakélite, ce matériau servira de base à l’apparition du bois composite. On l’utilise dans le secteur de l’industrie automobile .

À partir de ce matériau, on continue à améliorer la compatibilité des charges cellulosiques avec la matrice polymère en utilisant des agents de couplage.

L’amélioration des propriétés du bois composite se poursuit avec l’usage de plastiques tels que le polyéthylène, par exemple, le polypropylène, le chlorure de polyvinyle (PVC) , l’Acrylonitrile-butadiène-styrène (ABS)

C’est avec le brevet Clextral, déposé le 24 avril 1985[1] et intitulé « procédé de fabrication d’un produit composite constitué d’un mélange de particules cellulosiques et d’un lien thermoplastique » que naît le bois composite tel que nous le connaissons et non avec Nishibori Sadao en 1975 comme certaines sources l’affirment. On doit ce brevet à l’inventeur Pierre Duperrier. Par la suite ce brevet est utilisé en Italie avec le brevet ICMA, dit « brevet du Woodstock » en 1990[2]. Conçu comme une alternative aux essences de bois exotiques menacés par la déforestation, le bois composite est un matériau écologique composé de fibre de bois et de résines plastiques comme le polypropylène, le polyéthylène ou le pvc, issues du recyclage. 

Par la suite, le brevet ICMA a traversé l’Atlantique et était exploité aux États-Unis par le biais des sociétés American Woodstock, Timbrex et A.E.R.T qui fabriquèrent les premiers éléments en composite par extrusion au début des années 1980.

Ainsi, en 1983, American Woodstock, qui fait maintenant partie de la Lear Corporation à Sheboygan dans le Wisconsin, a commencé à produire des intérieurs automobiles en bois composite en utilisant la technologie d'extrusion italienne. C'était l'une des premières applications majeures de la technologie du bois composite aux États-Unis.

Années 1990-2000 : essor du marché américain

Au début des années 1990, Advanced Chemical Environmental Technologies et l’entreprise Mobil Chemical Company qui plus tard deviendraTrex, ont commencé à extruder des produits composites constitués d'environ 50% de fibre de bois et de 50% de polyéthylène. Il s’agissait pour la plupart de planche de terrasses solides.  Environ au même moment, la Andersen Corporation commence à faire des produits  en bois composite à base de PVC tels que des profiles de portes ou des cadres de fenêtre.

Au cours des années 1990, le marché du bois composite a pris son essor aux États-Unis et connaît un développement considérable sans discontinuer (50 000 tonnes produites en 1992 contre 300 000 tonnes en 2000 , 1 million de tonnes en 2010 )

La concurrence se structure et nous assistons à de réelles avancées technologiques.

Ainsi, le bureau d’études américain, Strandex met au point en 1994 [3]une formulation  unique brevetée, conférant aux produits finaux de nombreux avantages : résistance naturelle face aux agressions biologiques et à l’humidité, couleurs durables, faible entretien, mise en œuvre facile et rapide, absence d’échardes, imputrescibilité, bonne résistance à la glisse.

Par la suite, on assiste au développement de profilés alvéolaires.

Ces derniers sont à la fois plus légers et offrent une bonne résistance structurelle. Ils sont idéals en usage vertical comme pour le bardage ou les palissades. Néanmoins, ils n’ont pas les avantages d’une lame massive idéale pour la terrasse. 

On peut aussi mentionner le développement de la technologie EinWood (TM) en 1992 par l’entreprise japonaise EIN Engineering. L’entreprise est détentrice de multiples brevets et cette technologie est surtout populaire en Asie du Sud-Est à savoir en Chine au Japon et en Malaisie.

Cette décennie dans le bois composite est marquée par les brevets nord-américains accordés à AERT en 1992, Strandex Corporation en 1994, Andersen Corporation en 1996, Trex et Crane en 1998, Crane encore et Nexwood en 1999.

Tout ces brevets ont permis l’amélioration des propriétés mécaniques du bois composite ainsi que l’amélioration de la compatibilité de la de la charge avec la matrice polymère grâce à de meilleurs agents de couplage

Les années 2000-2015  : Essor du marché européen 

Dans les années 2000, sous l’impulsion de Silvadec, le marché du bois composite progresse en France et en Europe.

Les technologies se diversifient et l’offre produits s’enrichit.

En 2008, ce sont les produits multicouches, dits co-extrudés qui apparaissent. La coextrusion consiste en l'ajout d'une fine pellicule de plastique autour de la lame. Lame et pellicule sont extrudées simultanément de façon à obtenir un produit multicouche. Cette fine peau sert d'enveloppe de protection à la lame. Imperméable, la surface de la lame possède une sorte de vernis protecteur pour une stabilité supérieure du produit.

Ce produit offre comme avantage d’avoir une couleur stable à la pose et d’être facile à nettoyer.

De 2010 à 2015, la demande pour le bois composite progresse aussi bien chez les particuliers que pour les installations publiques tels que les aéroports, les marinas, les hôtels… La concurrence devient de plus en plus vive et de nombreux fabricants apparaissent sur le marché et exportent en Europe.  

Les fabricants développent leurs gammes et multiplient les applications : développement de la clôture, du bardage, des gardes corps et lancement de nombreux accessoire décoratifs et fonctionnels qui complètent les gammes de produits.  

En 2010, le marché américain représente, en volume de matière produite, 1million de tonnes, l’Europe 200 000 tonnes et le Japon 35 000 tonnes (soit 3,5% du marché nord américain).

Les années 2015-2020

Depuis 2015, le marché se stabilise et s’organise autour des fournisseurs les plus fiables en qualité et disposant d’une capacité de production suffisante.

Le bois composite représente désormais une part de marché équivalente au bois massif dans la distribution professionnelle.

Les profils alvéolaires ne représentent plus qu’une petite partie des ventes de terrasse, la lame pleine convenant mieux à cet usage

Globalement, le marché du bois composite propose 2 grands types de lames : 

- les lames pleines en bois composite brut

- les lames « co-extrudées » ou « multi-couches »

Le marché de la terrasse en Europe reste largement dominé par les lames pleines en bois composite brut tandis que le marché de la clôture et du bardage est dominé par les lames co-extrudées.

Autrefois le produis était compact, homogène. Aujourd’hui, il est conçu par couches. Cela permet d’améliorer non seulement en termes de cout de fabrication car il y a moins de bois mais aussi d’améliorer l’aspect esthétique car la couche supérieure est de grande qualité. Aux États-Unis, la co-extrusion est sans conteste, une technologie qui révolutionne le marché où 80% des composites vendus actuellement sont Co-extrudés.

Le deuxième grand développement actuel du bois polymère est l’utilisation croissante de plastiques recyclés. Aujourd’hui, le choix des consommateurs est de plus en plus influencé par le mode de fabrication du produit. L’aspect environnemental est pris en compte.

Actuellement, si 50% de la production de bois composite sont destinés à la fabrication de lames de terrasses, le bardage se développe grâce à l’apparition de produits au rendu esthétique amélioré. 

D’autres secteurs commencent à être investis, notamment le secteur de l’ameublement, pour du mobilier de bureau fabriqué à partir de plastique, mais aussi dans le domaine de la menuiserie grâce au développement de finitions performantes.

Le dernier terrain à conquérir par le bois composite demeure celui de la construction. En effet, le bois composite ne peut pas être employé comme élément structurel car ses propriétés mécaniques ne le permettent pas.

Cependant les fabricants ne renoncent pas à y parvenir dans un futur relativement proche.

L’Amérique du Nord reste aujourd’hui le plus gros marché au monde pour ces produits en bois composite.

La 1re génération de bois composite[4] mise au point par Sadao et destinée principalement au plancher extérieur consistait en lames pleines de densité supérieure à 1,2. Leur production et leur utilisation se sont relativement banalisées, notamment aux États-Unis.

Lames en bois composite
Profilés 2e génération (dessus) et micro-cellualire de 3e génération (dessous)

La 2e génération mise au point par Nishibori Sadao en 1992[5], se présente sous forme de profilés alvéolaires. À la fois plus légers et plus résistants, ceux-ci autorisent de plus longues portées. Alors que leur production reste l'apanage des producteurs japonais, leur utilisation se démocratise dans le monde.

La 3e génération a vu le jour en 2006, également au Japon. Il s'agit de lames pleines à structures minuscules "moussées" ou microcellulaire. Cette technologie avancée permet la réalisation de profilés mais aussi de panneaux dont la densité peut varier de 0,50 à 0,95. Le gain de masse volumique peut atteindre 50 % par rapport aux profilés de la 1re génération, permettant ainsi une réduction importante de l'empreinte carbone tout en conservant des caractéristiques de résistance mécanique équivalentes à celles des lames de 2e génération. Leur mise en œuvre de ces lames est cependant largement simplifiée grâce à leur légèreté, leur robustesse et leur champ en plein. Ces produits de 3e génération, d'aspect très mat, imitent parfaitement le bois exotique et sont plus facilement recyclables que ce dernier ou que les composites de génération précédente. Ils représentent des avancées technologiques et écologique majeures et vraisemblablement l'avenir du bois composite utilisé en habillage.

Des avancées technologiques majeures permettent en 2008 d'amoindrir encore le poids tout en en augmentant les résistances à la flexion et la stabilité dimensionnelle des profilés. Les bois hybrides sont nés ou Wood Hybrid Systems (WHS). Cette technologie de pointe permettant de fusionner un noyau aluminium à une peau de bois composite, est particulièrement appréciée pour la production de profilés performants légers et structurels souvent destinés à l'habillage de façade de type brise-soleil ou claire-voie. Résistance mécanique accrue, poids réduit, recyclable, dilatation réduite sont les qualités caractérisant les profilés en bois hybrides et font de ces derniers les profilés à ce jour les plus performants du marché.

Applications[modifier | modifier le code]

La caractéristique imputrescible du bois composite est particulièrement appréciée en présence d'eau : piscines, marinas et aménagements extérieurs exposés aux intempéries. Quant aux caractéristiques mécaniques des profilés alvéolaires et des lames moussées, grâce à leur faible poids pour des sections importantes, elles conviennent aux zones de passage intense du public ou de transit de véhicules : terrasses de restaurants, piscines et plages publiques, abords de centres commerciaux, aménagements collectifs, mobilier extérieur urbains ou résidentiel…

Le bois composite teint dans la masse et traité anti-UV avant extrusion procure une stabilité esthétique dans le temps : plusieurs dizaines d'années sans traitement ultérieur. Ces caractéristiques de bonne tenue au soleil et aux intempéries, sa nature imputrescible, ainsi que ses propriétés isolantes, thermiques et phoniques, font du bois composite de 3e génération, un matériau de plus en plus utilisé pour l'habillage des façades en extérieur et de panneaux à l'intérieur. Façades à claire-voie, bardages, persiennes, panneaux, garde-corps exploitent les caractéristiques spécifiques du bois composite, pour la construction neuve comme pour la réhabilitation.

Le marché nippon de la construction devient un consommateur remarqué de composite de 3e génération. Choisi pour ses possibilités élevées de recyclage et son poids réduit, le composite moussé devient un matériau innovant mis en œuvre pour la fabrication d'éléments de coffrage. D'important sites de fabrication seront implantés au cœur des mégapoles comme Tokyo par exemple afin de minimiser l'empreinte carbone et d'améliorer ainsi le bilan écologique lié à la fabrication de ces éléments qui encore récemment, étaient constitués exclusivement de bois.

Environnement[modifier | modifier le code]

Le bois composite, dès lors qu’il est constitué de bois et de plastiques entièrement recyclés, contribue activement à la lutte contre la destruction des forêts tropicales aujourd'hui menacées. Son mode de fabrication participe à l'écoulement de produits bois et résines plastiques issus des filières de recyclage lorsque ces dernières existent. La grande majorité des labels écologiques proscrivent l'utilisation de colles, de PVC et autre composant toxique pour l'homme. Les producteurs de bois composite labélisés participent donc aux enjeux mondiaux du développement durable surtout si leur produit se révèlent être à 100 % recyclable.

Particulièrement en pointe en matière d'écologie et forts de leur expérience, les industriels européens du secteur montrent l'exemple. en se soumettant volontairement à un cahier des charges exigeant. Le label Eco Mark[6], notamment, délivré par l'Association japonaise de l'environnement et membre du Global Ecolabelling Network (GEN) [7], atteste de faible empreinte carbone et l'innocuité pour l'homme de la totalité des composants utilisés, strictement contrôlés avant utilisation. La norme sévère JIS A 5741 encadre encore davantage la fabrication de bois composites constituée de matières premières d'origine recyclée. Elle est issue par le Comité des Standards Industriels[8] et répond aux standards industriels japonais (Japanese Industrial Standard).

Marché : chiffres, volumes, les différents marchés[modifier | modifier le code]

En 2010, 150 000 tonnes sont produites en Europe, dont 30 000 en France. 

En 2015 au niveau mondial, c’est 7 millions de tonnes de bois polymère qui ont été produites.

L’industrie du bois-polymère est en émergence à l’échelle internationale. Toutefois, c’est aux États-Unis qu’elle est la plus développée. Au Canada, on compte une douzaine de fabricants. Les produits qu’ils offrent sont des matériaux pour la fabrication de patios, de rampes, de clôtures, de profilés de fenêtres et de matériel de manutention, incluant des palettes.On retrouve 70 fabricants aux États-Unis, parmi lesquels quelques grandes entreprises, dont les ventes de produits en bois-polymère ont pour la plupart connu une importante croissance au cours des dernières années. Plusieurs acteurs majeurs, déjà présents dans le domaine des matériaux de construction en bois, se sont impliqués dans le marché des produits en bois-polymère.

La fabrication du bois-polymère s’est d’abord développée dans le secteur de l’automobile où elle est présente depuis quelques décennies, mais plus particulièrement depuis le début des années 1990. Ce n’est que récemment que ce marché a pris de l’ampleur pour la fabrication de matériaux de construction.

Les données de marché publiées par l’industrie américaine sont imposantes. En Amérique du Nord, le volume de la demande pour les composites bois-polymère est évalué entre 320 et

340 millions de kg  en 2001, soit une augmentation de 23 millions de kg par rapport à l’année précédente. La croissance prévue pour 2002 se situe aux alentours de 20 %, totalisant de 380 à 410 millions de kg, pour une valeur estimée de plus de 600 millions de dollars américains.

L’évolution de ce marché est moins marquée en Europe de l’Ouest, où la production de composites bois-polymère demeure orientée vers le secteur automobile et où les fibres naturelles y sont davantage valorisées. La demande prévue dans cette région en 2002 est estimée à 135 millions de kg (300 millions de livres). Ailleurs dans le monde, c’est au Japon que ce marché prend peu à peu de l’ampleur avec une évaluation de 20 millions de kg (44 millions de livres) produites en 2000 par une trentaine de producteurs.

Le marché global du bois composite était évalué à 4,06 milliards de dollars en 2015. On estime que la taille du marché va augmenter dans les années à venir pour atteindre 9,77 milliards de dollars en 2024 selon un rapport « Grand View Research »

Les principaux fabricants de bois composite[modifier | modifier le code]

Silvadec (Fr), Fiberdeck (USA) , Timbertech (USA) , Trex (USA), Tecnodeck, Tarimatec, Rehau, Megawood, Pinus (Allemagne),  Milboard (Angleterre) , Deceunink, Plastivan, Dumaplast (Belgique), UPM (Finlande) , Therra Wood (Turquie) , EPW (Portugal) , Handy wood (Japon) , Newtech wood (USA) , Modwood (Australie) , Santai WPC / Newtechwood (Chine), Silverwood, Ocewood, Fiberon (Fr)

Notes et références[modifier | modifier le code]

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Voir aussi[modifier | modifier le code]

Sur les autres projets Wikimedia :

bois hybride (WHS)

Bibliographie[modifier | modifier le code]

(en) Anatole A.Klyosov, Wood-Plastic Composites. 

Liens externes[modifier | modifier le code]