Le bois des arbres vivants et des grumes fraîches contient une grande quantité d’eau qui représente souvent plus de 50% du poids du bois. L’eau a une influence significative sur le bois. Le bois échange continuellement de l’humidité ou de l’eau avec son environnement, bien que le taux de change soit fortement affecté par le degré d’étanchéité du bois.

Le bois contient de l’eau sous trois formes:

Eau libre La majeure partie de l’eau contenue dans la cellule lumina n’est retenue que par des forces capillaires. Il n’est pas lié chimiquement et s’appelle de l’eau libre. L’eau libre n’est pas dans le même état thermodynamique que l’eau liquide: l’énergie est nécessaire pour surmonter les forces capillaires. De plus, l’eau libre peut contenir des produits chimiques, altérant les caractéristiques de séchage du bois. Eau liée ou hygroscopique l’eau liée au bois est liée au bois par des liaisons hydrogène. L’attraction du bois pour l’eau provient de la présence de groupes hydroxyle (OH) libres dans la cellulose, les hémicelluloses et les molécules de lignine dans la paroi cellulaire. Les groupes hydroxyles sont chargés négativement. Parce que l’eau est un liquide polaire, les groupes hydroxyles libres de la cellulose attirent et retiennent l’eau par liaison hydrogène. La vapeur d’eau dans la cellule lumina sous forme de vapeur d’eau est normalement négligeable à température et humidité normales.

Teneur en humiditEdit

La teneur en humidité du bois est calculée comme la variation de masse en proportion de la masse sèche, par la formule (Siau, 1984):

teneur en humidité = m g−m od m od × 100% {\displaystyle {\text {teneur en humidité}} = {\frac {m_{\text{g}} -m_ {\text{od}}} {m_{\text{od}}}} \ fois 100\%}

Ici, m g{\displaystyle m_{\text{g}}}

est la masse verte de la bois, m od {\displaystyle m_{\text{od}}}

est sa masse sèche au four (l’atteinte de la constante la masse généralement après séchage dans un four réglé à 103 ±2 °C (218 ±4 °F) pendant 24 heures comme mentionné par Walker et al., 1993). L’équation peut également être exprimée en fraction de la masse de l’eau et de la masse du bois sec au four plutôt qu’en pourcentage. Par exemple, 0,59 kg / kg (base sèche au four) exprime la même teneur en humidité que 59% (base sèche au four).

Point de saturation des fibres

Ces marquages IPPC sur une palette en bois indiquent KD: séché au four, HT: traité thermiquement et DB: écorcé. Essentiellement, tous les matériaux d’emballage en bois qui sont exportés vers un État membre de la CIPV doivent porter un timbre de ce type.

Lorsque le bois vert sèche, l’eau libre de la cellule lumina, retenue uniquement par les forces capillaires, est la première à partir. Les propriétés physiques, telles que la résistance et le retrait, ne sont généralement pas affectées par l’élimination de l’eau libre. Le point de saturation des fibres (FSP) est défini comme la teneur en humidité à laquelle l’eau libre doit complètement disparaître, tandis que les parois cellulaires sont saturées d’eau liée. Dans la plupart des types de bois, le point de saturation des fibres est de 25 à 30% d’humidité. Siau (1984) a signalé que le point de saturation des fibres X fsp {\displaystyle X_{\text{fsp}}}

(kg/kg) dépend de la température T (°C) selon l’équation suivante : X fsp = 0,30−0,001 (T−20) { \displaystyle X_ {\text{fsp}} = 0,30-0,001(T-20) \;}

(1.2)

Keey et al. (2000) utilisent une définition différente du point de saturation des fibres (teneur en humidité d’équilibre du bois dans un environnement de 99 % d’humidité relative).

De nombreuses propriétés du bois changent considérablement lorsque le bois est séché en dessous du point de saturation des fibres, notamment:

1. volume (idéalement, aucun retrait ne se produit jusqu’à ce qu’une partie de l’eau liée soit perdue, c’est-à-dire jusqu’à ce que le bois soit séché en dessous du FSP);
2. résistance (les résistances augmentent généralement de manière constante lorsque le bois est séché en dessous du FSP (Desch et Dinwoodie, 1996), à l’exception de la résistance à la flexion aux chocs et, dans certains cas, de la ténacité);
3. résistivité électrique, qui augmente très rapidement avec la perte d’eau liée lorsque le bois sèche sous le FSP.

Teneur en humidité d’équilibremodifier

Le bois est une substance hygroscopique. Il a la capacité d’absorber ou de dégager de l’humidité sous forme de vapeur. L’eau contenue dans le bois exerce sa propre pression de vapeur, qui est déterminée par la taille maximale des capillaires remplis d’eau à tout moment. Si la pression de vapeur d’eau dans l’espace ambiant est inférieure à la pression de vapeur dans le bois, il y a désorption. Les capillaires les plus gros, qui sont pleins d’eau à ce moment-là, se vident d’abord. La pression de vapeur dans le bois diminue lorsque l’eau est successivement contenue dans des capillaires plus petits. Un stade est finalement atteint lorsque la pression de vapeur dans le bois est égale à la pression de vapeur dans l’espace ambiant au-dessus du bois et que la désorption cesse. La quantité d’humidité qui reste dans le bois à ce stade est en équilibre avec la pression de vapeur d’eau dans l’espace ambiant, et est appelée teneur en humidité d’équilibre ou CEM (Siau, 1984). En raison de son hygroscopicité, le bois a tendance à atteindre une teneur en humidité en équilibre avec l’humidité relative et la température de l’air ambiant.

La CEM du bois varie significativement avec l’humidité relative ambiante (fonction de la température), dans une moindre mesure avec la température. Siau (1984) a signalé que la CEM varie également très légèrement en fonction de l’espèce, de la contrainte mécanique, de l’historique de séchage du bois, de la densité, de la teneur en matières extractives et de la direction de sorption dans laquelle se produit le changement d’humidité (c’est-à-dire l’adsorption ou la désorption).

Teneur en humidité du bois en servicedit

Le bois conserve ses caractéristiques hygroscopiques après sa mise en service. Il est ensuite soumis à une humidité fluctuante, le facteur dominant pour déterminer sa CEM. Ces fluctuations peuvent être plus ou moins cycliques, telles que des changements diurnes ou des changements saisonniers annuels.

Pour minimiser les changements dans la teneur en humidité du bois ou le mouvement des objets en bois en service, le bois est généralement séché à une teneur en humidité proche des conditions CEM moyennes auxquelles il sera exposé. Ces conditions varient pour les utilisations intérieures par rapport aux utilisations extérieures dans un emplacement géographique donné. Par exemple, selon la Norme australienne pour la Qualité du séchage du bois (AS / NZS 4787, 2001), il est recommandé que la CEM soit de 10 à 12% pour la majorité des États australiens, bien que les cas extrêmes atteignent 15 à 18% pour certains endroits du Queensland, du Territoire du Nord, de l’Australie occidentale et de la Tasmanie. Cependant, la CEM est aussi faible que 6 à 7% dans les maisons et bureaux chauffés à sec ou dans les bâtiments climatisés en permanence.

Rétrécissement et gonflementmodifier

Un rétrécissement et un gonflement peuvent se produire dans le bois lorsque la teneur en humidité est modifiée (Stamm, 1964). Le rétrécissement se produit lorsque la teneur en humidité diminue, tandis que le gonflement se produit lorsqu’il augmente. Le changement de volume n’est pas égal dans toutes les directions. Le plus grand changement dimensionnel se produit dans une direction tangentielle aux anneaux de croissance. Le retrait de la moelle vers l’extérieur, ou radialement, est généralement considérablement inférieur au retrait tangentiel, tandis que le retrait longitudinal (le long du grain) est si léger qu’il est généralement négligé. Le retrait longitudinal est de 0,1% à 0,3%, contrairement aux retraits transversaux, qui sont de 2% à 10%. Le retrait tangentiel est souvent environ deux fois plus important que dans la direction radiale, bien que chez certaines espèces, il soit jusqu’à cinq fois plus important. Le retrait est d’environ 5% à 10% dans la direction tangentielle et d’environ 2 % à 6% dans la direction radiale (Walker et al., 1993).

Le retrait transversal différentiel du bois est lié à:

1. l’alternance des incréments du bois tardif et du bois primitif au sein de l’anneau annuel;
2. l’influence des rayons du bois sur la direction radiale (Kollmann et Cote, 1968);
3. les caractéristiques de la structure de la paroi cellulaire telles que les modifications de l’angle des microfibrilles et les fosses;
4. la composition chimique de la lamelle moyenne.

Le séchage du bois peut être décrit comme l’art de s’assurer que les changements dimensionnels bruts dus au retrait se limitent au processus de séchage. Idéalement, le bois est séché à la teneur en humidité d’équilibre qui sera atteinte plus tard (en service) par le bois. Ainsi, d’autres changements dimensionnels seront réduits au minimum.

Il est probablement impossible d’éliminer complètement le changement dimensionnel du bois, mais l’élimination du changement de taille peut être approximée par une modification chimique. Par exemple, le bois peut être traité avec des produits chimiques pour remplacer les groupes hydroxyles par d’autres groupes fonctionnels hydrophobes d’agents modificateurs (Stamm, 1964). Parmi tous les procédés existants, la modification du bois avec de l’anhydride acétique a été notée pour la haute efficacité anti-rétrécissement ou anti-gonflement (ASE) pouvant être atteinte sans endommager le bois. Cependant, l’acétylation du bois a été lente à être commercialisée en raison du coût, de la corrosion et du piégeage de l’acide acétique dans le bois. Il existe un vaste volume de littérature sur la modification chimique du bois (Rowell, 1983, 1991; Kumar, 1994; Haque, 1997).

Le séchage du bois est une méthode d’ajout de valeur aux produits sciés des industries primaires de transformation du bois. Selon l’Australian Forest and Wood Products Research and Development Corporation (FWPRDC), le bois franc scié vert, vendu à environ 350 per le mètre cube ou moins, augmente en valeur à 2 000 per le mètre cube ou plus avec le séchage et la transformation. Cependant, les procédés de séchage conventionnels actuellement utilisés entraînent souvent des problèmes de qualité importants dus aux fissures, tant à l’extérieur qu’à l’intérieur, ce qui réduit la valeur du produit. Par exemple, dans le Queensland (Anon, 1997), en supposant que 10 % du bois résineux séché est dévalué de 200 dollars par mètre cube en raison de défauts de séchage, les scieries perdent environ 5 millions de dollars par an. En Australie, la perte pourrait être de 40 millions de dollars par an pour le bois résineux et d’un montant égal ou supérieur pour le bois dur. Ainsi, un séchage correct dans des conditions contrôlées avant l’utilisation est d’une grande importance pour l’utilisation du bois, dans les pays où les conditions climatiques varient considérablement à différents moments de l’année.

Le séchage, s’il est effectué rapidement après l’abattage des arbres, protège également le bois contre la pourriture primaire, les taches fongiques et les attaques de certains types d’insectes. Les organismes, qui causent la pourriture et les taches, ne peuvent généralement pas prospérer dans les bois dont la teneur en humidité est inférieure à 20%. Plusieurs insectes nuisibles, mais pas tous, ne peuvent vivre que dans le bois vert.

En plus des avantages ci-dessus du séchage du bois, les points suivants sont également significatifs (Walker et al., 1993; Desch et Dinwoodie, 1996) :

1. Le bois séché est plus léger et les coûts de transport et de manutention sont réduits.
2. Le bois séché est plus résistant que le bois vert dans la plupart des propriétés de résistance.
3. Les bois destinés à l’imprégnation avec des agents de conservation doivent être correctement séchés pour que la pénétration soit correcte, en particulier dans le cas des agents de conservation de type huile.
4. Dans le domaine de la modification chimique du bois et des produits du bois, le matériau doit être séché à une certaine teneur en humidité pour que les réactions appropriées se produisent.
5. Le bois sec fonctionne généralement mieux, les machines, les finitions et les colles que le bois vert (bien qu’il y ait des exceptions; par exemple, le bois vert est souvent plus facile à tourner que le bois sec). Les peintures et les finitions durent plus longtemps sur bois sec.
6. Les propriétés d’isolation électrique et thermique du bois sont améliorées par séchage.

Un séchage rapide du bois immédiatement après l’abattage améliore donc considérablement et ajoute de la valeur au bois brut. Le séchage permet une économie substantielle à long terme en rationalisant l’utilisation des ressources en bois. Le séchage du bois est ainsi un domaine de recherche et développement, qui concerne de nombreux chercheurs et entreprises du bois à travers le monde.

Mécanismes du mouvement de l’humiditémodifier

L’eau dans le bois se déplace normalement des zones de teneur en humidité plus élevée vers des zones de teneur en humidité plus faible (Walker et al., 1993). Le séchage commence à l’extérieur du bois et se déplace vers le centre, et le séchage à l’extérieur est également nécessaire pour expulser l’humidité des zones intérieures du bois. Le bois atteint ensuite l’équilibre avec l’air environnant en teneur en humidité.

Passage de l’humiditémodifier

La force motrice du mouvement de l’humidité est le potentiel chimique. Cependant, il n’est pas toujours facile de relier le potentiel chimique du bois à des variables couramment observables, telles que la température et la teneur en humidité (Keey et al., 2000). L’humidité du bois se déplace à l’intérieur du bois sous forme de liquide ou de vapeur à travers plusieurs types de passages, en fonction de la nature de la force motrice (p. ex. pression ou gradient d’humidité) et des variations de la structure du bois (Langrish et Walker, 1993), comme expliqué dans la section suivante sur les forces motrices pour le mouvement de l’humidité. Ces voies sont constituées de cavités des vaisseaux, des fibres, des cellules de rayons, des chambres de fosse et de leurs ouvertures de membrane de fosse, des espaces intercellulaires et des passages transitoires de la paroi cellulaire.

Le mouvement de l’eau a lieu dans ces passages dans n’importe quelle direction, longitudinalement dans les cellules, ainsi que latéralement de cellule en cellule jusqu’à atteindre les surfaces de séchage latérales du bois. La perméabilité longitudinale plus élevée de l’aubier du bois dur est généralement causée par la présence de vaisseaux. La perméabilité latérale et l’écoulement transversal sont souvent très faibles dans les feuillus. Les vaisseaux des feuillus sont parfois bloqués par la présence de tyloses et/ou par la sécrétion de gommes et de résines chez certaines autres espèces, comme mentionné précédemment. La présence de veines gingivales, dont la formation résulte souvent de la réponse protectrice naturelle des arbres aux blessures, est couramment observée à la surface des planches sciées de la plupart des eucalyptus. Malgré la fraction volumique généralement plus élevée des rayons dans les feuillus (typiquement 15 % du volume du bois), les rayons ne sont pas particulièrement efficaces dans l’écoulement radial, pas plus que les piqûres sur les surfaces radiales des fibres ne sont efficaces dans l’écoulement tangentiel (Langrish et Walker, 1993).

Espace de mouvement de l’humiditédit

L’espace disponible pour l’air et l’humidité dans le bois dépend de la densité et de la porosité du bois. La porosité est la fraction volumique de l’espace vide dans un solide. La porosité serait de 1,2 à 4,6 % du volume sec de la paroi cellulaire du bois (Siau, 1984). D’autre part, la perméabilité est une mesure de la facilité avec laquelle les fluides sont transportés à travers un solide poreux sous l’influence de certaines forces motrices, par exemple un gradient de pression capillaire ou un gradient d’humidité. Il est clair que les solides doivent être poreux pour être perméables, mais il ne s’ensuit pas nécessairement que tous les corps poreux sont perméables. La perméabilité ne peut exister que si les espaces vides sont interconnectés par des ouvertures. Par exemple, un bois franc peut être perméable car il y a des piqûres intervasculaires avec des ouvertures dans les membranes (Keey et al., 2000). Si ces membranes sont occluses ou incrustées, ou si les fosses sont aspirées, le bois prend une structure à cellules fermées et peut être pratiquement imperméable. La densité est également importante pour les feuillus imperméables, car plus de matériaux de paroi cellulaire sont parcourus par unité de distance, ce qui offre une résistance accrue à la diffusion (Keey et al., 2000). Par conséquent, les bois plus légers sèchent généralement plus rapidement que les bois plus lourds. Le transport des fluides se fait souvent par écoulement en vrac (transfert d’élan) pour les résineux perméables à haute température, tandis que la diffusion se produit pour les feuillus imperméables (Siau, 1984). Ces mécanismes sont discutés ci-dessous.

Forces motrices du mouvement de l’humiditémodifier

Les trois principales forces motrices utilisées dans différentes versions de modèles de diffusion sont la teneur en humidité, la pression partielle de vapeur d’eau et le potentiel chimique (Skaar, 1988; Keey et al., 2000). Ceux-ci sont discutés ici, y compris l’action capillaire, qui est un mécanisme de transport libre de l’eau dans les résineux perméables. La différence de pression totale est la force motrice pendant le séchage sous vide du bois.

Action capillaire

Les forces capillaires déterminent les mouvements (ou l’absence de mouvement) de l’eau libre. Cela est dû à la fois à l’adhérence et à la cohésion. L’adhérence est l’attraction entre l’eau et d’autres substances et la cohésion est l’attraction des molécules dans l’eau les unes aux autres.

Au fur et à mesure que le bois sèche, l’évaporation de l’eau de la surface crée des forces capillaires qui exercent une traction sur l’eau libre dans les zones de bois situées sous les surfaces. Lorsqu’il n’y a plus d’eau libre dans le bois, les forces capillaires n’ont plus d’importance.

Différences de teneur en humiditémodifier

Le potentiel chimique est expliqué ici car il est le véritable moteur du transport de l’eau en phase liquide et en phase vapeur dans le bois (Siau, 1984). L’énergie libre de Gibbs par mole de substance est généralement exprimée comme le potentiel chimique (Skaar, 1933). Le potentiel chimique de l’air insaturé ou du bois en dessous du point de saturation des fibres influence le séchage du bois. L’équilibre se produira à la teneur en humidité d’équilibre (telle que définie précédemment) du bois lorsque le potentiel chimique du bois devient égal à celui de l’air environnant. Le potentiel chimique de l’eau sorbée est fonction de la teneur en humidité du bois. Par conséquent, un gradient de teneur en humidité du bois (entre la surface et le centre), ou plus spécifiquement d’activité, s’accompagne d’un gradient de potentiel chimique en conditions isothermes. L’humidité se redistribue dans tout le bois jusqu’à ce que le potentiel chimique soit uniforme partout, ce qui entraîne un gradient de potentiel nul à l’équilibre (Skaar, 1988). On suppose que le flux d’humidité tentant d’atteindre l’état d’équilibre est proportionnel à la différence de potentiel chimique et inversement proportionnel à la longueur du trajet sur lequel agit la différence de potentiel (Keey et al., 2000).

Le gradient de potentiel chimique est lié au gradient de teneur en humidité comme expliqué dans les équations ci-dessus (Keey et al., 2000). Le modèle de diffusion utilisant le gradient de teneur en humidité comme force motrice a été appliqué avec succès par Wu (1989) et Doe et al. (1994). Bien que l’accord entre les profils de teneur en humidité prédits par le modèle de diffusion basé sur les gradients de teneur en humidité soit meilleur à des teneurs en humidité plus faibles qu’à des teneurs plus élevées, rien n’indique qu’il existe des mécanismes de transport de l’humidité significativement différents fonctionnant à des teneurs en humidité plus élevées pour ce bois. Leurs observations sont cohérentes avec un processus de transport qui est entraîné par la concentration totale d’eau. Le modèle de diffusion est utilisé pour cette thèse sur la base de cette preuve empirique que le gradient de teneur en humidité est une force motrice pour le séchage de ce type de bois imperméable.

Les différences de teneur en humidité entre la surface et le centre (gradient, différence de potentiel chimique entre l’interface et le volume) déplacent l’eau liée à travers les petits passages de la paroi cellulaire par diffusion. Par rapport au mouvement capillaire, la diffusion est un processus lent. La diffusion est le mécanisme généralement suggéré pour le séchage des feuillus imperméables (Keey et al., 2000). De plus, l’humidité migre lentement en raison du fait que les extraits bouchent les petites ouvertures de la paroi cellulaire dans le bois de cœur. C’est pourquoi l’aubier sèche généralement plus rapidement que le bois de cœur dans les mêmes conditions de séchage.

Directions de mouvement de l’humidité pour la diffusionmodifier

Il est rapporté que le rapport des taux de diffusion longitudinaux aux taux de diffusion transversaux (radiaux et tangentiels) pour le bois varie d’environ 100 à une teneur en humidité de 5%, à 2-4 à une teneur en humidité de 25% (Langrish et Walker, 1993). La diffusion radiale est un peu plus rapide que la diffusion tangentielle. Bien que la diffusion longitudinale soit la plus rapide, elle n’a d’importance pratique que lorsque des morceaux courts sont séchés. Généralement, les planches de bois sont beaucoup plus longues que la largeur ou l’épaisseur. Par exemple, une taille typique d’un panneau vert utilisé pour cette recherche était de 6 m de long, 250 mm de largeur et 43 mm d’épaisseur. Si les planches sont sciées en quart, alors la largeur sera dans le sens radial alors que l’épaisseur sera dans le sens tangentiel, et vice versa pour les planches sciées à plat. La majeure partie de l’humidité est éliminée du bois par un mouvement latéral pendant le séchage.

Raisons des fissures et des fissures pendant le séchage du bois et de leur contrôlemodifier

La principale difficulté rencontrée lors du séchage du bois est la tendance de ses couches extérieures à se dessécher plus rapidement que celles intérieures. Si l’on laisse sécher ces couches bien en dessous du point de saturation des fibres alors que l’intérieur est encore saturé, des contraintes (appelées contraintes de séchage) sont mises en place car le retrait des couches externes est limité par l’intérieur humide (Keey et al., 2000). Des ruptures dans les tissus du bois se produisent et, par conséquent, des fissures et des fissures se produisent si ces contraintes à travers le grain dépassent la résistance à travers le grain (liaison fibre à fibre).

Le contrôle réussi des défauts de séchage dans un processus de séchage consiste à maintenir un équilibre entre le taux d’évaporation de l’humidité de la surface et le taux de mouvement vers l’extérieur de l’humidité de l’intérieur du bois. La manière dont le séchage peut être contrôlé va maintenant être expliquée. L’un des moyens les plus efficaces de séchage ou d’assaisonnement du bois serait le séchage au four, où le bois est placé dans un compartiment de four en piles et séché à la vapeur, et libérant la vapeur lentement.

Influence de la température, de l’humidité relative et du taux de circulation de l’airmodifier

Les conditions de séchage externes (température, humidité relative et vitesse de l’air) contrôlent les conditions aux limites externes du séchage, et donc la vitesse de séchage, ainsi que le taux de mouvement de l’humidité interne. La vitesse de séchage est affectée par les conditions de séchage externes (Walker et al., 1993; Keey et coll., 2000), comme on va maintenant le décrire.

Température Si l’humidité relative est maintenue constante, plus la température est élevée, plus le taux de séchage est élevé. La température influence la vitesse de séchage en augmentant la capacité de rétention d’humidité de l’air, ainsi qu’en accélérant la vitesse de diffusion de l’humidité à travers le bois.

La température réelle dans un four de séchage est la température de l’ampoule sèche (généralement désignée par Tg), qui est la température d’un mélange vapeur-gaz déterminée en insérant un thermomètre avec une ampoule sèche. D’autre part, la température du bulbe humide (TW) est définie comme la température atteinte par une faible quantité de liquide s’évaporant dans une grande quantité d’un mélange air-vapeur insaturé. L’élément de détection de température de ce thermomètre est maintenu humide avec un manchon en tissu poreux (tissu) généralement placé dans un réservoir d’eau propre. Un débit d’air minimum de 2 m/s est nécessaire pour éviter la formation d’une zone d’air humide stagnant autour du manchon (Walker et al., 1993). Puisque l’air passe au-dessus du manchon humide, l’eau s’évapore et refroidit le thermomètre à bulbe humide. La différence entre les températures du bulbe sec et du bulbe humide, la dépression du bulbe humide, est utilisée pour déterminer l’humidité relative à partir d’un tableau hygrométrique standard (Walker et al., 1993). Une différence plus élevée entre les températures du bulbe sec et du bulbe humide indique une humidité relative plus faible. Par exemple, si la température du bulbe sec est de 100 °C et la température du bulbe humide de 60 °C, l’humidité relative est lue à 17% sur un tableau hygrométrique. Humidité relative L’humidité relative de l’air est définie comme la pression partielle de vapeur d’eau divisée par la pression de vapeur saturée à la même température et la pression totale (Siau, 1984). Si la température est maintenue constante, des humidités relatives plus faibles entraînent des taux de séchage plus élevés en raison du gradient d’humidité accru du bois, résultant de la réduction de la teneur en humidité dans les couches superficielles lorsque l’humidité relative de l’air est réduite. L’humidité relative est généralement exprimée en pourcentage. Pour le séchage, l’autre paramètre essentiel lié à l’humidité relative est l’humidité absolue, qui est la masse de vapeur d’eau par unité de masse d’air sec (kg d’eau par kg d’air sec). Cependant, il est influencé par la quantité d’eau dans l’air chauffé. Vitesse de circulation de l’air Le temps de séchage et la qualité du bois dépendent de la vitesse de l’air et de sa circulation uniforme. À température et humidité relative constantes, le taux de séchage le plus élevé possible est obtenu par une circulation rapide de l’air sur la surface du bois, ce qui permet d’éliminer rapidement l’humidité qui s’évapore du bois. Cependant, un taux de séchage plus élevé n’est pas toujours souhaitable, en particulier pour les bois durs imperméables, car des taux de séchage plus élevés développent des contraintes plus importantes qui peuvent provoquer des fissures ou des déformations du bois. À des vitesses de ventilation très faibles, inférieures à 1 m / s, le flux d’air à travers la cheminée est souvent un flux laminaire et le transfert de chaleur entre la surface du bois et le flux d’air en mouvement n’est pas particulièrement efficace (Walker et al., 1993). La faible efficacité (externe) du transfert de chaleur n’est pas nécessairement un problème si le mouvement interne de l’humidité est la principale limitation du mouvement de l’humidité, comme c’est le cas pour la plupart des feuillus (Pordage et Langrish, 1999).

Classification des bois pour le séchagEdit

Les bois sont classés comme suit en fonction de leur facilité de séchage et de leur propension à se dégrader :

Bois hautement réfractaires Ces bois sont lents et difficiles à sécher si l’on veut que le produit final soit exempt de défauts, notamment de fissures et de fentes. Des exemples sont les bois structuraux lourds à haute densité tels que l’écorce de fer (Eucalyptus paniculata), le bouton noir (E. pilularis), la gomme bleue du sud (E. globulus) et la boîte à broussailles (Lophostemon cofertus). Ils nécessitent une protection et des soins considérables contre les conditions de séchage rapide pour obtenir les meilleurs résultats (Bootle, 1994). Bois modérément réfractaires Ces bois présentent une tendance modérée à se fissurer et à se fendre pendant l’assaisonnement. Ils peuvent être assaisonnés sans défauts avec des conditions de séchage modérément rapides (c.-à-d. une température maximale du bulbe sec de 85 ° C peut être utilisée). Des exemples sont la gomme bleue de Sydney (E. saligna) et d’autres bois de densité moyenne (Bootle, 1994), qui sont potentiellement appropriés pour les meubles. Bois non réfractaires Ces bois peuvent être rapidement assaisonnés pour être exempts de défauts, même en appliquant des températures élevées (températures de bulbe sec supérieures à 100 ° C) dans des fours industriels. S’ils ne sont pas séchés rapidement, ils peuvent développer une décoloration (tache bleue) et des moisissures à la surface. Des exemples sont les résineux et les bois de faible densité tels que Pinus radiata.

ModelEdit

La vitesse à laquelle le bois sèche dépend d’un certain nombre de facteurs, dont les plus importants sont la température, les dimensions du bois et l’humidité relative. Simpson et Tschernitz ont développé un modèle simple de séchage du bois en fonction de ces trois variables. Bien que l’analyse ait été faite pour le chêne rouge, la procédure peut être appliquée à n’importe quelle espèce de bois en ajustant les paramètres constants du modèle.

En termes simples, le modèle suppose que le taux de variation de la teneur en humidité M par rapport au temps t est proportionnel à la distance de l’échantillon de bois par rapport à sa teneur en humidité d’équilibre M e{\displaystyle M_{e}}

, qui est fonction de la température T et de l’humidité relative h: d M d t = −M−M e τ {\displaystyle {\frac{dM}{dt}} = -{\frac{M-M_{e}}{\tau}}}

où τ {\displaystyle\tau}

est une fonction de la température T et d’une dimension typique du bois L et a des unités de temps. La dimension typique du bois est à peu près la plus petite valeur de (L r, L t, L L/10 {\displaystyle L_{r}, \, L_{t}, \, L_{L}/10}

) qui sont respectivement les dimensions radiale, tangentielle et longitudinale, dans pouces, avec la dimension longitudinale divisée par dix car l’eau diffuse environ 10 fois plus rapidement dans la direction longitudinale (le long du grain) que dans les dimensions latérales. La solution à l’équation ci-dessus est: M−M e M 0 − M e = e−t τ {\displaystyle {\frac{M-M_{e}} {M_{0} – M_{e}}} = e ^ {-{\frac{t}{\tau}}}}

Où M 0 {\displaystyle M_{0}}

est la teneur initiale en humidité. Il a été constaté que pour le bois de chêne rouge, la « constante de temps » τ{\displaystyle\tau}

était bien exprimée par: τ = L n a +b p sat(T) {\displaystyle\tau = {\frac {L ^{n}} {a +bp_ {\text{sat}}(T)}}}

où a, b et n sont des constantes et p sat(T) {\displaystyle p_{\text{sat}}(T)}

est la pression de vapeur saturante de l’eau à la température T. Pour le temps mesuré en jours, la longueur en pouces et p sat{\displaystyle p_{\text{sat}}}

mesuré en mmHg, les valeurs suivantes des constantes ont été trouvées pour le bois de chêne rouge. a = 0,0575 b = 0,00142 n = 1,52

La résolution des rendements du temps de séchage:

t = − τ ln ⁡ (M−M e M 0 − M e) = − L n a + b p sat(T) ln ⁡(M−M e M 0−M e) {\displaystyle t = -\tau\, \ln \ gauche ({\frac {M-M_{e}} {M_{0}-M_ {e}}} \ droite) = {\frac {-L ^{n}} {a +bp_ {\text {sat}}(T)} }\, \ln\left({\frac{M-M_{e}}{M_{0} -M_{e}}}\right)}

Par exemple, à 150 °F, en utilisant l’équation d’Arden Buck, la pression de vapeur de saturation de l’eau est d’environ 192 mmHg (25,6 kPa). La constante de temps pour sécher une planche de chêne rouge de 1 pouce d’épaisseur (25 mm) à 150 ° F est alors τ= 3,03 {\displaystyle\tau=3,03}

jours, qui est le temps nécessaire pour réduire la teneur en humidité à 1 / e = 37% de son écart initial par rapport à l’équilibre. Si l’humidité relative est de 0,50, en utilisant l’équation Hailwood-Horrobin, la teneur en humidité du bois à l’équilibre est d’environ 7,4%. Le temps nécessaire pour réduire la teneur en humidité du bois de 85% à 25% est alors d’environ 4,5 jours. Des températures plus élevées produiront des temps de séchage plus rapides, mais elles créeront également des contraintes plus importantes dans le bois car le gradient d’humidité sera plus important. Pour le bois de chauffage, ce n’est pas un problème, mais pour le travail du bois, des contraintes élevées feront craquer le bois et le rendre inutilisable. Les temps de séchage normaux pour obtenir un minimum de contrôles d’assaisonnement (fissures) dans le chêne rouge de 25 mm (1 pouce ou 4/4) vont de 22 à 30 jours, et dans 8/4, (50 mm ou 2 pouces), ils vont de 65 à 90 jours.