Soutenance mémoire
Séchage du sapin baumier
Le programme de séchage
Le séchage du bois massif est un processus complexe qui consiste à amener le bois à une teneur en humidité précise, tout en respectant les contraintes de coût et de temps et en altérant le moins possible les propriétés du bois ainsi que la forme des produits à sécher. Pour arriver à cette fin, il faut adopter un programme qui maximise le taux de séchage et qui minimise les contraintes mécaniques et les variations d’humidité dans le bois. Un programme de séchage consiste en une série de températures sèche et humide permettant de soumettre le bois à des conditions variables de température et d’humidité relative adaptées aux différentes phases de séchage, à l’épaisseur des pièces et à l’espèce considérée.
De façon générale, l’opération de séchage peut se décomposer en six phases, soit la montée en température, l’étuvage, le réchauffage, le séchage proprement dit, l’équilibrage, le conditionnement et le refroidissement (Aléon et al. 1990). La montée en température consiste à réchauffer l’air de la cellule alors que le réchauffage constitue la montée en température progressive du bois. Cette étape doit être assez longue pour que le bois soit réchauffé dans toute sa masse. Aléon et al. (1990) rapportent que les espèces feuillues denses doivent subir un réchauffage plus long que les espèces résineuses. À l’état vert, un feuillu nécessite environ deux heures de réchauffage par centimètre d’épaisseur. Par contre, un résineux ne nécessite qu’environ une heure et demie.
L’étuvage consiste à traiter des sciages humides à la vapeur. En pratique, les bois sont exposés à de l’air saturé d’humidité à des températures variant entre 70 et 95°C. Ce traitement permet entre autres de relâcher les contraintes de croissance présentes dans la planche, d’accélérer le séchage et de rendre le bois plus apte à accepter les champs de contraintes sans se déformer extérieurement (Fortin 2000). Cette opération permet aussi de stériliser le bois destiné à l’exportation à l’état vert et de détruire les insectes ou les champignons pouvant se trouver dans celui-ci. La première phase de séchage après étuvage tend à être plus rapide due à la présence d’un gradient de température favorable dans la masse du bois (Aléon et al. 1990).
La phase de séchage est la période pendant laquelle le bois perd son humidité. Cette phase peut être divisée en deux grandes périodes, soit celle au-dessus du point de saturation des fibres (PSF) avec l’extraction de l’eau libre où l’on évite des températures trop élevées et des teneurs en humidité d’équilibre trop faibles, soit celle en-dessous du PSF où l’extraction de l’eau liée requiert des températures plus élevées et un air de plus en plus sec (Joly et More Chevalier 1980).
Les pièces de bois destinées à être refendues doivent nécessairement passer par les étapes d’équilibrage et de conditionnement. Dans le premier cas, on cherche à minimiser les variations de teneur en humidité à l’intérieur des pièces et entre les pièces. Dans le deuxième, on cherche à libérer les contraintes mécaniques induites au cours du séchage. Ces deux étapes sont évidemment cruciales pour le bois séché à haute température à cause des fortes dispersions d’humidité en fin de cycle et des niveaux élevés de contraintes résiduelles (Boone 1984, Culpepper 1990). Notons que pour le bois de construction séché à une humidité moyenne de 15%, les étapes équilibrage et conditionnement sont souvent confondues dans une seule et même étape.
Durisova (1984) a testé les effets de l’équilibrage et du conditionnement sur la qualité de l’épinette de Norvège. Elle a trouvé que la période de 12 heures pour une épaisseur de 24 mm et que la celle de 26 heures pour une épaisseur de 50 mm (Règle Czech) peuvent être réduites et donner encore de bons résultats.
Consommation énergétique
On estime que le séchage du bois, jusqu’à une teneur en humidité moyenne de 15% utilise environ 70% de l’énergie totale requise pour la production du bois de sciage (Villière 1966). Cependant, la diminution des temps de séchage obtenue avec le procédé à haute température permet une réduction de la consommation énergétique de 25% à 60% (Schafer 1973, Boone 1984). Selon McCollum (1986), plus la durée du séchage est courte, moins il y aura de possibilités d’occasionner des pertes d’énergie au cours du procédé. Koch (1972) a effectué des expériences portant sur le séchage des pins du sud à haute température et rapporta une consommation en énergie deux fois moindre que celle requise pour le séchage à moyenne température (70-80°C). Par contre, Rosen (1979), Kininmonth et al. (1980) et Taylor (1982) ont tous conclu que l’économie d’énergie réalisée en utilisant le séchage à haute température n’est que de l’ordre de 12 à 15%.
À cause des températures élevées, les séchoirs à haute température doivent d’une part, être isolés efficacement afin de limiter les pertes de chaleur par les parois et d’autre part, être construits avec des matériaux qui sont à la fois résistants à la chaleur et à la corrosion. La détérioration de ces équipements est toujours importante, particulièrement dans le cas du séchage d’espèces qui dégagent des acides organiques telles que le chêne rouge (Fiske 1990).
Temps de séchage
L’utilisation des hautes températures et de vitesses de l’air élevées dans le séchoir permettent de diminuer considérablement les temps de séchage (Boone 1984). Plus la température est élevée, plus l’évaporation est intense puisque l’air peut absorber plus de vapeur d’eau. Une température plus élevée accélère le passage de l’eau libre en phase gazeuze et contribue à augmenter le gradient de pression totale dans le bois et par le fait même le taux de séchage. Kollmann et Côté (1968) mentionnent qu’une pièce de bois résineux à l’état vert, de 25 mm d’épaisseur a pu être séchée jusqu’à une teneur en humidité de 10% en 24 heures. Selon Aléon et al. (1990), la durée du séchage à haute température pour le bois résineux et les feuillus très tendres de 25 mm d’épaisseur varie entre 24 et 48 heures. Pour les feuillus tendres, faciles à sécher, la période de séchage est de 48 à 72 heures.
Selon la figure 1.1, la durée du cycle de séchage peut être réduite de deux à trois fois avec l’utilisation du procédé à haute température comparativement à celui à moyenne température (Cech 1975).Le séchage à haute température du bois d’épinette noire selon Cech et Huffman (1971) requiert moins de 15 heures pour obtenir une teneur en humidité de 19% et environ 23 heures pour atteindre 12% H. Ceci représente une diminution de 70% du temps de séchage requis par le procédé à moyenne température, qui exige 60 et 80 heures respectivement pour atteindre ces mêmes teneurs en humidité. Aléon (1982) a pu sécher à haute température du pin maritime d’une épaisseur de 27 mm de l’état vert jusqu’à une teneur en humidité de 7% I! en 35 heures. Suite à d’autres travaux, Aléon (1988) rapporte que le pin maritime peut être séché à 130°C de l’état vert jusqu’à une teneur en humidité de 10 à 12% en moins de 24 heures, à un coût de 25% inférieur à celui obtenu si une température de 70°C avait été utilisée.
En séchant du sapin, de l’épinette et du pin sylvestre à haute température, Aléon et al. (1988) indiquent que par rapport au séchage à moyenne température, les temps de séchage sont généralement de trois à quatre fois plus courts selon l’espèce pour passer de teneurs en humidité de l’ordre de 80% H à 10-12% H.
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Table des matières
REMERCIEMENTS
RÉSUMÉ
TABLE DES MATIÈRES
LISTE DES TABLEAUX
LISTE DES FIGURES
INTRODUCTION
CHAPITRE 1 REVUE DE LITTERATURE
1.1 Principaux procédés de séchage artificiel
1.2 Le programme de séchage
1.3 Le séchage à haute température
1.3.1 Avantages du séchage à haute température
1.3.2 Problèmes courants avec le séchage à haute température et moyens d’y remédier
1.3.3 Recherche du séchage à haute température dans l’est du Canada
1.4 Caractéristiques de la charge de bois qui affectent la qualité du séchage
CHAPITRE 2 MATÉRIEL ET METHODES
2.1 Matériel d’essai
2.1.1 Préparation du matériel d’essai
2.1.2 Sélection et préparation des planches témoins2.2 Méthodes
2.2.1 Séchoir expérimental
2.2.2 Préparation de la pile de bois pour le séchage
2.2.3 Programmes de séchage
2.2.4 Suivi du séchage
2.2.5 Vérification de l’étalonnage de l’humidimètre à résistance électrique
2.2.6 Évaluation de la qualité du bois après séchage
2.2.7 Évaluation de la qualité du bois après refendage (contraintes résiduelles longitudinales)
2.2.8 Mesure du gradient d’humidité suivant l’épaisseur
2.2.9 Évaluation des changements de la couleur
CHAPITRE 3 RESULTATS ET DISCUSSION
3.1 Séchage du bois d’épinette blanche
3.1.1 Vérification de l’étalonnage de l’humidimètre àrésistance électrique
3.1.2 Courbes de séchage
3.1.3 Distribution des teneurs en humidité initiale et finale
3.1.4 Retraits de rive et de face
3.1.5 Gauchissement après séchage et rabotage
3.1.6 Gauchissement après refendage en largeur
3.1.7 Contraintes résiduelles transversales et gradients d’humidité
3.1.8 Fendillement interne et décollement de noeuds
3.1.9 Évaluation de la couleur
3.2 Séchage du sapin baumier
3.2.1 Vérification de l’étalonnage de l’humidimètre à résistance électrique
3.2.2 Courbes de séchage
3.2.3 Distribution des teneurs en humidité initiales et finales
3.2.4 Retraits de rive et de face
3.2.5 Gauchissement après séchage et rabotage
3.2.6 Gauchissement après refendage en largeur
3.2.7 Contraintes résiduelles transversales et gradients d’humidité
3.2.8 Fendillement interne et décollement de noeuds
3.2.9 Évaluation de la couleur
3.3 Séchage du peuplier faux-tremble
3.3.1 Vérification de l’étalonnage de l’humidimètre à résistance électrique
3.3.2 Courbes de séchage
3.3.3 Distribution des teneurs en humidité initiales et finales
3.3.4 Retraits de rive et de face
3.3.5 Gauchissement après séchage et rabotage
3.3.6 Gauchissement après refendage en largeur
3.3.7 Contraintes résiduelles transversales et gradients d’humidité
3.3.8 Fendillement interne et décollement de noeuds
3.3.9 Évaluation de la couleur
CONCLUSIONS ET RECOMMENDATIONS
BIBLIOGRAPHIE
ANNEXE
Tableau Al Programme de séchage utilisé pour l’essai n°l de l’épinette
blanche
Tableau A2 Programme de séchage utilisé pour l’essai n°2 de l’épinette
blanche
Tableau A3 Programme de séchage utilisé pour l’essai n°3 de l’épinette
blanche
Tableau A4 Programme de séchage utilisé pour l’essai n°l du sapin baumier
Tableau A5 Programme de séchage utilisé pour l’essai n°2 du sapin baumier
Tableau A6 Programme de séchage utilisé pour l’essai n°3 du sapin baumier 106
Tableau A7 Programme de séchage utilisé pour l’essai n°l du peuplier fauxtremble
Tableau A8 Programme de séchage utilisé pour l’essai n°2 du peuplier fauxtremble
Tableau A9 Programme de séchage utilisé pour l’essai n°3 du peuplier fauxtremble
Tableau A10 Valeur des analyses statistiques pour l’épinette blanche „»
Tableau Ail Valeur des analyses statistiques pour le sapin baumier
Tableau Al 2 Valeur des analyses statistiques pour le peuplier faux-tremble
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