Memoire Online - Rapport de stage post- doctoral portant sur " la caractérisation des propriétés thermophysiques et cinétiques des bois tropicaux: étude des influences de la température et de la teneur en eau au vue d'optimiser la qualité du bois "

Spécialité : Analyse des Technologies de l'Energie et de l'Environnement

Sous le Tutorat de : Romain REMOND, Maître de Conférences, Enseignant-Chercheur à l'Université de Lorraine, France

Eric MOUGEL, Maître de Conférences, Enseignant-Chercheur à l'Université de Lorraine, France

Sous la Supervision de : Yann ROGAUME, Professeur, Enseignant-Chercheur à l'Université de Lorraine, Directeur-Adjoint du LERMAB, France

André ZOULALIAN, Professeur-Émérite, Enseignant-Chercheur à l'Université de Lorraine, France

Remerciements

Je remercie en premier DIEU tout puissant dont la présence concourt à la bonne réalisation des ambitions positives personnelles ou/et collectives.

Ma collaboration avec le LERMAB dure depuis 2009. Avant ce stage, cette relation s'est effectuée à distance à travers le Professeur-Emérite André ZOULALIAN. Je remercie très profondément toute l'équipe `'Physique du bois'' du LERMAB en général et surtout les Professeurs ZOULALIAN et ROGAUME, les Docteurs REMOND et MOUGEL pour avoir accepté de suivre ce stage post doctoral et m'avoir bien reçu.

J'adresse mes remerciements particuliers à M. Tristan STEIN, Technicien du LERMAB pour avoir facilité toutes les manipulations relatives aux propriétés de transfert qui sont exposées dans le présent rapport. Sa joie de vivre et son sens humain de très bonne qualité ont particulièrement rendu agréable mon séjour. En plus, toutes les photos où j'apparais dans ce rapport sont de lui. Les autres sont de moi. J'ai ainsi eu l'honneur de partager le même bureau que lui.

Le Professeur Marie-Christine TRIBOULOT de l'ENSTIB nous a permis d'identifier nos essences à travers une étude anatomique. Je lui adresse toute ma reconnaissance.

Les interventions de Linda BOSSER et de Ginette BORA de l'administration de l'Université de Lorraine ont été très déterminantes dans le suivi du traitement de mon dossier afin d'établir mon certificat d'accueil dans la ville d'Epinal. Je leur témoigne ici toute ma reconnaissance.

En réalité, j'ai retrouvé au sein de l'ENSTIB (du personnel d'appui aux enseignants-chercheurs sans oublier les doctorants et post doctorants), une ambiance de famille où chacun de son côté marquait ou faisait l'effort de marquer d'un acte positif son appui à l'avancée vers le haut de l'institution. Sans doute, c'est ce qui explique la renommée internationale de l'école. Une continuité dans ce sens vous permettra de monter d'autres défis afin que sortent toujours de vos murs des ingénieurs de qualité.

J'adresse mes vifs remerciements à HAGUE Pierre, Responsable des séchoirs de l'entreprise SEEF.SA située à la zone industrielle de Douala Bassa. Celui-ci m'a permis sans hésiter d'avoir les échantillons de bois qui sont utilisés dans le cadre de ce stage.

Ce stage Post Doctoral de perfectionnement expérimental qui va dans la continuité de mon travail de thèse de Doctorat/Ph.D se traduit en présentiel grâce à la bourse de l'Organisation Internationale des Bois Tropicaux (OIBT). Je remercie à cet effet et du fond de mon coeur l'OIBT à travers le Dr Chisato AOKI. Les actes de cette nature permettent de donner une chance aux personnes démunies financièrement et braves, afin qu'elles participent aussi à l'avancée de la science.

Je remercie chaleureusement le Professeur BEGUIDE BONOMA et le Docteur MONKAM Louis pour la collaboration sans failles que nous entretenons depuis mon entrée dans le monde de la recherche.

Je remercie mon épouse, mes enfants, mes parents, mes frères, mes soeurs, mes beaux-parents, mes oncles, mes tantes, mes cousins et cousines pour toute l'assistance durant ma préparation et le déroulement de ce stage. Vous avez ainsi mis en moi tout le courage nécessaire pour que je surmonte tous les problèmes que j'ai dû rencontrer.

Mes remerciements sont aussi adressés à mes parents spirituels qui m'ont bercés durant mon enfance : Papa Gabriel, Papa Frédéric, Papa `'Délongueur'' et Maman Collette.

Je remercie enfin mes amis et voisins du Cameroun pour leur soutien moral que j'ai bénéficié durant la longue attente de mon visa. Je veux citer Rodrigue, Nestor et Fabrice.

Résumé

Dans cette étude, nous caractérisons quatre essences du Cameroun afin de ressortir leurs spécificités. Il s'agit des bois d'ayous, de lotofa, de fraké et de sapelli. Nous déterminons à cet effet leurs cinétiques de séchage, leurs isothermes de sorption (adsorption et désorption), leurs masses volumiques, leurs retraits, leurs coefficients de diffusion en adsorption et en désorption et leurs perméabilités gazeuses. Enfin, nous appliquons la méthode `'Flying wood'' sur le bois de fraké afin de maîtriser la manipulation qui peut être utilisée pour définir les tables de séchage des bois camerounais peu connus.

*l'origine des bois doit influencer les propriétés de ceux-ci et il n'est pas judicieux d'utiliser des corrélations pour définir des relations entre des grandeurs et les appliquer à tous les bois ;

*une relation exponentielle peut lier les coefficients de diffusion (en adsorption et en désorption) des bois camerounais et leurs infra densités pour des teneurs en eau moyenne de 10% et une température sèche de 33°C. Plus le bois est dense, plus se rapprochent les coefficients de diffusion en adsorption et en désorption;

*les perméabilités gazeuses des bois camerounais sont très faibles que celles des résineux ;

*l'utilisation des fibres de bois ne semble pas être indiquée pour déterminer les isothermes de sorption du bois.

Mots clés : Caractérisation, expérience, bois camerounais, propriétés thermophysiques, séchage.

Abstract

In this study, we characterize four woods species come from Cameroon in order to belong theirs specificities. These woods are ayous, lotofa, frake and sapelle. We determined in this effect theirs drying kinetic, theirs isotherms of sorption (adsorption and desorption), theirs densities, theirs shrinkages, theirs diffusion coefficients in adsorption and desorption and theirs gases permeability. Finally, we applied `'flying wood'' method on the frake wood, because, we want to control the manipulation and to use to establish the drying tables of unknown Cameroonian woods. Finally, we obtain the following results:

*origins of woods must influence the proprieties of these woods and is not good to use relationships between the thermophysical parameters on specific woods and to generalize relationship on all woods;

*a exponential relationship between diffusion coefficients in absorption and desorption of woods coming from Cameroon and theirs densities, water content are estimated at 10% and dry temperature at 33°C. Absorption and desorption diffusion coefficients to drawn nearer when densities of woods increase;

*gases permeability of woods coming from Cameroon are too weak than these of temperate regions (resinous);

*it is possible that a method which uses wood fibers is not indicated to determine sorption isotherms of wood.

Keywords: Characterization, experiment, Cameroonian woods, thermophysical proprieties, drying.

Table de Matières

Dédicaces.....................................................................................................................................................................................2

Remerciements...........................................................................................................................................................................3

Résumé, Abstract.......................................................................................................................................................................4

Table de matières.......................................................................................................................................................................5

Liste des figures..........................................................................................................................................................................6

Liste des photos..........................................................................................................................................................................7

Liste des tableaux.......................................................................................................................................................................7

Introduction générale................................................................................................................................................................9

Chapitre 1 : Description de l'Ecole Nationale Supérieure des Technologies et Industries Bois (ENSTIB) et problématique du stage..........................................................................................................................................................10

1.1/Description de l'ENSTIB....................................................................................................................................................10

1.2/La problématique du stage..............................................................................................................................................11

Chapitre 2 : Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus : Cas de la cinétique de séchage......................................................................................................................................................................................12

2.1/ Le bois................................................................................................................................................................................12

2.2/Cinétique de séchage........................................................................................................................................................12

a)Séchoir semi industriel.........................................................................................................................................................12

a1)Préparation du séchoir.......................................................................................................................................................12

a2) Préparation des planches.................................................................................................................................................17

a3) Résultats et discussions....................................................................................................................................................18

b) Cinétique de séchage. Bois placés dans l'étuve avec des conditions d'air très stables.........................................25

Chapitre 3 : Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus : Cas des isothermes de sorption......................................................................................................................................................................................30

3.1/Matériel utilisé...................................................................................................................................................................30

3.2/Résultats et discussion......................................................................................................................................................32

Chapitre 4 : Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus : Cas de la Densité et des Retraits des échantillons...............................................................................................................................................................................36

4.1/Matériel expérimental et méthodes.............................................................................................................................36

4.2/Résultats.............................................................................................................................................................................38

Chapitre 5 : Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus : Cas des Perméabilités gazeuses (air) de nos essences........................................................................................................................................................................55

5.1/Matériel expérimental et méthode...............................................................................................................................55

5.2/Resultats et discussion......................................................................................................................................................57

Chapitre 6 : Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus : Cas des Coefficients de diffusion de la vapeur en régime permanent.............................................................................................................................................62

6.1/Matériel expérimental et méthode.................................................................................... ...........................................62

6.2/Résultats et discussion......................................................................................................................................................65

Chapitre 7 : Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus : Méthode ENGREF-FCAP `'Flying wood'' pour la mise en place d'une table de séchage........................................................................................................70

7.1/Matériel expérimental et méthode................................................................................................................................70

7.2/Résultats et discussions....................................................................................................................................................72

7.2.1/ Calibration des capteurs de masse.............................................................................................................................72

7.2.2/ Calibration des potentiomètres (jauges)...................................................................................................................72

7.2.3/Conditions de l'air lors des essais................................................................................................................................72

Chapitre 8 : Autres activités ayant suivi durant le stage.....................................................................................................77

8.1/ Activités relatives à l'enseignement..............................................................................................................................77

8.2/ Activité relative au Projet TRANSBATIBOIS..................................................................................................................77

8.3/ Activité relative à la soutenance de thèse de la très désormais Dr RAFIDIARISON Helisoa..................................78

8.4/Exposés relatifs à mes travaux........................................................................................................................................78

Conclusion générale et perspectives.....................................................................................................................................79

Références bibliographiques.................................................................................................................................................81

Résumé étendu.........................................................................................................................................................................82

Liste des Figures

Figure 1 : Organigramme du LERMAB...................................................................................................................................11

Figure 2 : Séchoir à air chaud utilisé [1]................................................................................................................................14

Figure 3 : Distributions des équipotentielles et des lignes de courant crées par les électrodes[2]...........................16

Figure 4 : Les différents débits du séchoir............................................................................................................................18

Figure 5 : Evolutions des températures et de l'HR de l'air durant le 1^er essai, Sapelli, Lotofa et Fraké......................19

Figure 6 : Evolutions des températures à coeur et à surface durant le 1^er essai, Sapelli, Lotofa et Fraké..................20

Figure 7 : Evolutions des masses des échantillons, 1^er essai..............................................................................................20

Figure 8 : Evolutions des teneurs en eau de nos bois durant le 1^er essai.........................................................................22

Figure 9 : Evolutions des températures et de l'HR de l'air durant le 2^eme essai, Ayous 1, Ayous 2 et Fraké 2...........22

Figure 10 : Evolutions des températures à coeur et à surface durant le 2^ème essai, Ayous...........................................23

Figure 11 : Evolutions des masses des échantillons, 2^ème essai.........................................................................................23

Figure 12 : Evolutions des teneurs en eau de nos bois durant le 2^ème essai....................................................................24

Figure 13 : Evolutions des teneurs en eau à coeur de nos bois durant le 2^ème essai.......................................................24

Figure 14 : Evolutions des températures de sèche et humide lors du séchage à atmosphère constante.................26

Figure 15 : Evolutions des masses de nos échantillons.......................................................................................................27

Figure 16 : Cinétiques de séchage dans les conditions constantes (Th=25°C; Ts=33,5°C)............................................29

Figure 17 : variations temporelles de la masse du Fraké et de l'HR de l'air à 40°C........................................................31

Figure 18 : variations temporelles de la masse de l'ayous et de l'HR de l'air à 20°C.....................................................31

Figure 19 : Isothermes de d'adsorption/désorption des bois à 20°C...............................................................................32

Figure 20 : Isothermes de sorption/désorption du Lotofa à 20°C et à 40°C....................................................................33

Figure 21 : Isothermes de sorption/désorption du Fraké à 20°C et à 40°C.....................................................................33

Figure 22 : Isothermes de sorption/désorption du Sapelli à 20°C et à 40°C....................................................................33

Figure 23 : Isothermes de sorption/désorption de l'Ayous à 20°C et à 40°C..................................................................34

Figure 24 : Hystérésis de sorption du fraké à 20°C et à 40°C.............................................................................................34

Figure 25 : Hystérésis de sorption comparées de nos bois à 20°C et à 40°C...................................................................35

Figure 26 : Retraits en fonction de l'humidité, sapelli.........................................................................................................48

Figure 27 : Détermination du psf du sapelli..........................................................................................................................49

Figure 28 : masse volumique du sapelli en fonction de l'humidité...................................................................................49

Figure 29 : Retraits en fonction de l'humidité, fraké..........................................................................................................50

Figure 30 : masse volumique du fraké en fonction de l'humidité.....................................................................................50

Figure 31 : Retraits en fonction de l'humidité, lotofa-aubier............................................................................................51

Figure 32 : masse volumique de l'aubier du lotofa en fonction de l'humidité................................................................51

Figure 33 : Retraits en fonction de l'humidité, lotofa-duramen........................................................................................52

Figure 34 : masse volumique du duramen du lotofa en fonction de l'humidité............................................................52

Figure 35 : Retraits en fonction de l'humidité, ayous.........................................................................................................53

Figure 36 : masse volumique du duramen de l'ayous en fonction de l'humidité..........................................................53

Figure 37 : Corrélations entre Retraits totaux et densités des bois tropicaux utilisés..................................................54

Figure 38 : Circuit de mise en pression [13].........................................................................................................................56

Figure 39 : Support annoté de l'échantillon [13].................................................................................................................57

Figure 40 : Relation différence de pression et débits volumiques. Fraké, F2, 1^er essai.................................................59

Figure 41 : Relation différence de pression et débits volumiques. Lotofa, Si2, 1^er essai...............................................59

Figure 42 : Relation différence de pression et débits volumiques. Ayous, Ay 22, 1^er essai..........................................59

Figure 43 : Relation différence de pression et débits volumiques. Sapelli, Sa4, 1^er essai.............................................60

Figure 44 : Dessin annoté du vaporimètre [12,15]..............................................................................................................63

Figure 45 : variation de masse en fonction du temps, bois d'ayous, désorption...........................................................67

Figure 46 : variation de masse en fonction du temps, bois de fraké, désorption..........................................................67

Figure 47 : variation de masse en fonction du temps, bois de Lotofa, désorption........................................................67

Figure 48 : variation de masse en fonction du temps, bois de Sapelli, désorption........................................................68

Figure 49 : variation de masse en fonction du temps de nos bois lors de l'adsorption................................................68

Figure 50 : Evolution des coefficients de diffusion avec la densité basale......................................................................69

Figure 51: Principe du test «Flying Wood»[16] ....................................................................................................................71

Figure 52 : Equations de calibration des capteurs de masse.............................................................................................72

Figure 53 : Equations de calibration des jauges...................................................................................................................72

Figure 54 : Evolutions temporelles des températures lors du 1^er essai............................................................................73

Figure 55 : Evolutions temporelles........................................................................................................................................73

Figure 56 : Rayon de courbure et humidité lors des deux essais pour e=5mm..............................................................74

Figure 57 : Rayon de courbure et humidité lors du 2^ème essai pour e=5mm et e=7mm................................................74

Figure 58: Evolutions de la vitesse et de la déformation de quelques bois tropicaux [16]...............................75

Figure 59 : Etat des bois tropicaux à la fin du séchage dissymétrique de quelques bois tropicaux [16]...............76

Liste des Photos

Photo 1 : planches de bois emballées avec du plastique dès Douala afin d'être acheminées au LERMAB en France (4 essences sont représentées : Ayous, Lotofa, Sapelli et Fraké)......................................................................................12

Photos 2 : Equipement du séchoir pour test........................................................................................................................13

Photos 3 : Instruments de contrôle du séchoir....................................................................................................................14

Photo 4 : Boîte de masses utilisées pour le calibrage des capteurs de masse...............................................................15

Photo 5 : Sondes d'acquisition des humidités et des températures...............................................................................15

Photos 6 : Coloration, débit et isolation des faces des planches pour un séchage unidimensionnel........................17

Photo 7: Etuve à atmosphère très contrôlée........................................................................................................................26

Photos 8 : Disposition des planches lors de l'étude de la cinétique de séchage avec atmosphère constante.........26

Photos 9 : DVS utilisé pour déterminer les isothermes de sorption.................................................................................30

Photos 10 : baguettes et échantillons des bois de lotofa, sapelli et Fraké......................................................................36

Photo 11 : Aubier (blanchâtre) et duramen (rougeâtre) du bois de lotofa....................................................................37

Photos 12 : Matériel utilisé pour déterminer la masse volumique et les retraits..........................................................37

Photos 13 : Materiel et appareil de mesure de la perméabilité gazeuse.........................................................................56

Photos 14 : Equipement de mesure du coefficient de diffusion en régime permanent............................................62

Photos 15 : Solutions salines utilisées lors de la désorption et l'adsorption..................................................................63

Photo 16 : Echantillon inséré et coincé dans le PVC-CHA...................................................................................................63

Photo 17: Dispositif expérimental partiel[2]........................................................................................................................70

Photo 18 : Capteurs et jauges.................................................................................................................................................70

Photo 19 : Echantillon fixé......................................................................................................................................................71

Liste des Tableaux

Tableau I : Equations de calibration des Thermocouples établies....................................................................................16

Tableau II : Equations de calibration des capteurs de masse établies.............................................................................17

Tableau III : Caractéristiques des planches utilisées lors des essais sur le séchoir semi industriel............................19

Tableau IV : estimation des gradients d'humidité en fin de séchage..............................................................................25

Tableau V : Caractéristiques des planches utilisées............................................................................................................25

Tableau VI : Caractéristiques des échantillons en fin de séchage et masses anhydres................................... .............27

Tableau VII : Relevés des dates, des masses et déduction des humidités des échantillons.........................................28

Tableau VIII : Sapelli (Mesures prises à la fin du séchage).................................................................................................39

Tableau IX : Sapelli (Mesures prises après immersion et saturation à de l'eau déminéralisée)................................39

Tableau X : Sapelli (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons précédemment saturés à de l'eau déminéralisée)..........................................................................................................................................39

Tableau XI : Sapelli (Mesures prises dès le débitage de la baguette des planches non séchées)............................40

Tableau XII : Sapelli (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons issus directement du débitage de la baguette des planches non séchées)............................................................................40

Tableau XIII : Lotofa (Mesures prises à la fin du séchage, duramen)..............................................................................41

Tableau XIV : Lotofa (Mesures prises après immersion et saturation à de l'eau déminéralisée, duramen)..........41

Tableau XV : Lotofa (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons précédemment saturés à de l'eau déminéralisée, duramen)........................................................................................................................41

Tableau XVI : Lotofa (Mesures prises dès le débitage de la baguette des planches non séchées, Duramen).......42

Tableau XVII : Lotofa (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons issus directement du débitage de la baguette des planches, Duramen).................................................................................42

Tableau XVIII : Lotofa (Mesures prises dès le débitage de la baguette des planches non séchées, Aubier)..............43

Tableau XIX : Lotofa (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons issus directement du débitage de la baguette des planches non séchées, Aubier)..............................................................43

Tableau XX : Lotofa (Mesures prises après saturation par de l'eau déminéralisée des échantillons précédemment anhydres, Aubier).....................................................................................................................................................................44

Tableau XXI : Fraké (Mesures prises à la fin du séchage)...................................................................................................44

Tableau XXII : Fraké (Mesures prises après immersion et saturation à de l'eau déminéralisée).................................44

Tableau XXIII : Fraké (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons précédemment saturés à de l'eau déminéralisée)..........................................................................................................................................45

Tableau XXIV : Fraké (Mesures prises dès le débitage de la baguette des planches non séchées).............................45

Tableau XXV : Fraké (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons issus directement du débitage de la baguette des planches non séchées)..............................................................................46

Tableau XXVI : Ayous (Mesures prises dès le débitage de la baguette des planches séchées à l'air libre)................46

Tableau XXVII : Ayous (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons issus directement du débitage de la baguette des planches séchées à l'air libre)...................................................................47

Tableau XXVIII : Ayous (Mesures prises après le débitage de la baguette des planches séchées à l'air libre)..........47

Tableau XXIX : Ayous (Mesures prises après la saturation à de l'eau déminéralisée des échantillons issus de la baguette des planches séchées à l'air libre).........................................................................................................................47

Tableau XXX : Ayous (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons précédemment saturés à de l'eau déminéralisée)..........................................................................................................................................48

Tableau XXXI: Récapitulatif des retraits totaux, des densités et de l'humidité au psf de nos bois..............................53

Tableau XXXII : Retraits totaux moyens de quelques bois tropicaux [9] ........................................................................54

Tableau XXXIII : Points expérimentaux obtenus.................................................................................................................58

Tableau XXXIV : Perméabilités gazeuses des échantillons obtenues...............................................................................60

Tableau XXXV : Reprise des mesures sur quelques échantillons......................................................................................61

Tableau XXXVI : deuxième reprise sur l'échantillon Ayous24...........................................................................................61

Tableau XXXVII : Masses et durées lors des deux premiers essais de désorption.........................................................65

Tableau XXXVIII : Masses et durées lors du dernier essai de désorption et de l'essai d'adsorption ..........................66

Tableau XXXIX: Coefficients de diffusion massique (SS : Solution saturée de NaCl ; Sili : Silicagel)....... ....................69

Tableau XL: Echantillonnage des éprouvettes utilisées......................................................................................................71

Tableau XLI : Masses initiales et anhydres des échantillons..............................................................................................73

Introduction générale

Le séchage du bois est une étape incontournable dans l'industrie bois. Il permet de stabiliser spatialement le bois et conserver les qualités des objets en bois. Ainsi, le séchage favorise la pérennisation des oeuvres en bois et contribue à la gestion optimale des forêts naturelles ou pas (plantations de bois). D'autres avantages peuvent être signalés dans le domaine industriel. Une entreprise qui traite bien son bois, en plus d'être encouragée par les institutions qui militent pour le management des forêts (certaines banques, ONG entre autres), est sollicitée par les clients avisés, ceux-ci devenant de plus en plus nombreux aujourd'hui. N'oublions pas les avantages liés au transport du bois. En effet la facturation du transport du bois est fonction du volume et de la masse. Après l'opération de séchage, la masse importante d'eau qui est évacuée du bois et le phénomène de retrait favorisent la diminution du prix du transport.

Malheureusement, le séchage est un processus très énergétivore et les étapes et conditions de séchage de plusieurs bois tropicaux ne sont pas encore maîtrisées. Pour estimer la durée de séchage des piles de bois tout en assurant leur qualité après le séchage, il faut bien estimer les propriétés thermophysiques de chaque type de bois, car il est démontré que les propriétés anatomiques du bois diffèrent d'une espèce à l'autre et qu'elles influencent les propriétés thermophysiques et mécaniques du bois. Il est aussi démontré que les propriétés thermophysiques et mécaniques du bois sont fonction de la teneur en eau et de la température du bois, en plus, les conditions de croissance de l'arbre ont une influence non négligeable sur les propriétés de son bois. Force est de constater que dans plusieurs modélisations numériques des processus de séchage, des grandeurs thermophysiques et mécaniques du bois sont prises constantes (non dépendantes de la teneur en eau, de la température, de la partie du bois et de son origine géographique) entachant ainsi les estimations numériques d'erreurs qui se manifestent par un écart entre l'expérience et la théorie. La durée de séchage est alors mal estimée et la qualité finale du bois recherchée n'est pas assurée.

Ce stage d'une durée de quatre mois nous a permis d'étudier les influences de la température et de la teneur en eau sur les grandeurs thermophysiques (densité, retrait, cinétique de séchage, coefficient de diffusion, perméabilité gazeuse, isothermes de désorption) des bois tropicaux venus du Cameroun, donc issus des forêts naturelles. Les espèces de bois choisies sont : Ayous (Triplochiton Scleroxylon), Sapelli (Entandrophragma Cylindricum), Lotofa (Sterculia Rhinopetala) et Fraké(Terminalia Superba). Ces bois sont fort demandés sur le marché et leur durée de séchage sont importantes (Sapelli, Lotofa), surtout lorsqu'on veut réduire les pertes induites par l'opération. Pour maîtriser le comportement du bois afin d'améliorer la durée de séchage sans toutefois avoir une influence négative sur sa qualité, la connaissance des propriétés thermophysiques de chaque type de bois est incontournable. Les échantillons utilisés dans ce rapport sont issus des arbres arrivés à maturité.

Nous commencerons ce rapport par présenter brièvement l'ENSTIB, école qui abrite le laboratoire de recherche où nous avons effectué toutes nos manipulations. Ensuite, nous présenterons le matériel expérimental utilisé et les résultats suivis de leurs discussions. Enfin, les activités autres que celles qui sont à l'origine de mon déplacement et dont j'ai assisté attireront notre attention.

Chapitre 1 :

Description de l'Ecole Nationale Supérieure des Technologies et Industries Bois

(ENSTIB) et problématique du stage

1.1/Description de l'ENSTIB

L'ENSTIB est une grande école publique Française affiliée à l'Université de Lorraine. Elle est située dans la ville d'Epinal en France à l'adresse 27, rue Philippe Séguin. Elle a pour ambition d'assurer la formation des élèves afin que ceux-ci soient directement compétitifs dans le monde de l'emploi. On y retrouve les formations professionnelles suivantes :

*Ingénieurs : Pour accéder à cette formation, les prés requis sont : Classes préparatoires, BTS, DUT et Anglais. Les ingénieurs formés sont à la fois spécialisés, généralistes et adaptables.

*Licence professionnelle : deux options sont offertes. On a : Bois et ameublement et construction bois. Cette dernière option est subdivisée en deux :

*Master en Architecture bois construction avec comme pré requis les diplômes d'ingénieurs et architectes.

L'ENSTIB forme aussi en deux ans les Professeurs de Lycées Techniques et Professionnels « Génie industriel Bois » en exercice afin que ceux-ci aient le Master MEF EEE, Métiers de l'Éducation et de la Formation (MEF) spécialité Enfance, Enseignement, Education (EEE).

*Mastère en Construction et hautes études des structures bois. Le pré requis est le diplôme d'ingénieur.

*Doctorat : Une formation doctorale par la recherche avec comme pré requis un diplôme de Master recherche.

Pour mieux assurer les enseignements et la formation doctorale, on retrouve au sein de l'Université de Lorraine plusieurs Laboratoires parmi lequel le LERMAB qui est situé à l'ENSTIB et qui m'a accueilli. Son organigramme est celui de la figure 1 ci-dessous.

L'ENSTIB entretien aussi des relations à l'international. Pour mieux présenter cette institution à ce niveau, nous avons préféré paraphraser leur ligne prise dans le site de l'école (http://www.enstib.uhp-nancy.fr/fr/etudiants/formations). L'ENSTIB est la `' seule Ecole publique d'ingénieurs en France à assurer la formation des cadres, la recherche et le transfert de technologies pour les industries du bois et des fibres naturelles. L'ENSTIB est le passage obligé pour les institutions étrangères désirant avoir des échanges avec la France dans ces domaines.''

1.2/La problématique du stage

La modélisation des structures en bois nécessite absolument la connaissance des propriétés thermophysiques et mécaniques des types de bois utilisés. Il est démontré que ces propriétés sont influencées par l'histoire des planches, le type de planche, leur teneur en eau et leur température. Ces influences jouent un rôle non négligeable dans l'estimation du comportement du bois lorsqu'il est élément d'une oeuvre. La durée de celle-ci n'est pas assurée lorsque lors du traitement du bois, les influences ci-dessus citées n'ont pas été prises en compte. En plus, le confort des bâtiments faits en bois est incertain, les propriétés des transferts de la chaleur et de la masse entre l'air extérieur et celui intérieur au bâtiment n'étant pas maîtrisées. Plusieurs estimations des grandeurs thermophysiques et mécaniques sur les bois tropicaux présentes dans la littérature sont souvent obtenues avec des appareils et méthodes non appropriées.

Ce manque de rigueur étant, on est souvent tenté de détruire les oeuvres en bois qui avec le temps deviennent inconfortables, par ricochet, on est amené à reprendre ou à modifier les mêmes constructions et ne pas optimiser l'utilisation du bois. La forêt tropicale se trouve ainsi détruite ou très utilisée. Il est alors important de trouver un juste milieu entre l'exploitation du bois et la conservation des espaces boisés.

Ce stage post doctoral vise la caractérisation des bois tropicaux du Cameroun. Les propriétés thermophysiques et mécaniques sont recherchées afin de mieux les classer en fonction de leurs aptitudes à transférer la chaleur, l'humidité ou à se stabiliser une fois modifiées les propriétés thermohydriques du milieu ambiant. Ensuite, la cinétique de séchage des bois est étudiée afin de proposer des solutions aux conducteurs de séchoirs par rapport à la difficulté de séchage généralement présentée par certaines essences tropicales.

Chapitre 2 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Cas de la cinétique de séchage

2.1/ Le bois

Les échantillons de planches proviennent du Cameroun et sont issus des arbres arrivés en maturité. Quatre essences sont représentées : l'Ayous, le Sapelli, le Lotofa et le Fraké.

Photo 1 : planches de bois emballées avec du plastique dès Douala afin d'être acheminées au LERMAB en France (4 essences sont représentées : Ayous, Lotofa, Sapelli et Fraké)

2.2/Cinétique de séchage

Nous avons utilisé un séchoir semi industriel et une étuve régulée en ambiance constante.

a)Séchoir semi industriel

a1)Préparation du séchoir

Le séchoir semi industriel utilisé est celui de l'ENSTIB utilisé par le Dr Romain REMOND dans le cadre de sa thèse. Ce séchoir est présenté sur la photo 2a ci-dessous. Il est utilisé par les étudiants lors de leurs séances de TP afin de juger la qualité des bois séchés. Pour notre étude, nous avons équipé le séchoir des capteurs de masse (photos 2b, 2c et 2e), des dispositifs d'acquisition en continu des masses et températures (photo 2c). Les entrées et le suivi des grandeurs thermophysiques peuvent se faire suivant deux voies. Une boîte de commande située près du séchoir (photo 3a) et une cabine de commande constituée d'un PC où est greffé un programme informatique doté d'une interface qui facilite le pilotage du séchoir (photo 3b).

Photo 2e: Disposition des planches pour test Photo 2f : Fermeture de l'enceinte pour test

La figure 2 est celle du séchoir annoté utilisé. Le volume de l'enceinte S est de 0,4m³. La résistance R permet de chauffer l'air, lequel est humidifié par un générateur de vapeur G (Electro-vap EL5). A souhait, l'air est déshumidifié grâce à une batterie froide C se trouvant dans un circuit secondaire. La vanne Vp permet d'ajuster le débit d'air généré par le ventilateur V, un débit variant entre 600 et 2000m³/h et mesuré par le débitmètre D.

Afin d'être sûr de la valeur des grandeurs imposées et de la valeur des grandeurs enregistrées, nous avons calibré nos capteurs de masse et nos sondes de température. Le processus est le suivant :

Pour les capteurs de masse, nous avons utilisé une combinaison des masses marquées (photo 4) et nous avons fait une correspondance entre les valeurs des masses combinées et les valeurs des tensions correspondantes enregistrées dans un fichier contenu dans l'ordinateur de commande.

Pour les sondes de température, nous avons utilisé de l'eau à différentes températures. Trois températures ont été utilisées : la température ambiante, une température proche de 0°C imposée par des morceaux de glace et une température proche de 100°C obtenue en chauffant de l'eau jusqu'à ébullition. Les sondes de températures sont introduites dans les différents bains et les valeurs des tensions respectives sont notées afin de faire une correspondance avec les valeurs des températures supposées réelles et données par une sonde en platine Pt100. Cet exercice nous a permis d'obtenir les équations de calibration. La photo 5a présente une sonde de température où nous avons recouvert l'extrémité par un tissu imbibé d'eau déminéralisée afin d'obtenir la température humide. La photo 5b présente quelques sondes de masse utilisées pour évaluer les humidités de surface et à coeur de nos bois. Pour tester le fonctionnement des éléments ajoutés sur le séchoir, nous avons utilisé le bois de chêne (Photos 2d et 2e) et le séchage a mis 5jours. Nous avons constaté que la température affecte plus les acquisitions. Pour cette raison, nous sommes passés à un séchage à température constate.

La figure 3 présente la distribution des équipotentielles et des lignes de courant crées par les électrodes servant de mesure de l'humidité de la planche. Dans notre étude, les électrodes sont introduites jusqu'au coeur de la planche afin de déterminer l'humidité à ce niveau.

Figure 3 : Distributions des équipotentielles et des lignes de courant crées par les électrodes[2]

Le mégohmmètre symbolisé ici par la lettre U permet d'imposer une tension constante et de mesurer l'intensité du courant qui parcourt la distance d de la planche et de déduire la resistance R. Le travail de Kouchadé[2] donne la relation suivante :

Stamm(1927) a montré que la résistivité du bois varie avec sa teneur en eau X à température constante suivant la relation :

a1 et b1 sont des constantes définies à des températures connues. Ainsi, connaissant la résistivité électrique, la teneur en eau du bois peut être déduite. Une exploitation de la valeur de la résistivité peut être faite pour déduire la température T du bois. Clark et al. (1933) proposent la relation suivante valable à une teneur en eau donnée :

D'après ce qui précède, il faut alors respecter une certaine distance d afin de ne pas troubler les distributions des équipotentielles et des lignes de courant, ce qui provoque généralement des bruits expérimentaux.

Afin de s'assurer du bon fonctionnement du séchoir, il faut toujours calibrer les appareils de mesure [3,4]. Ce bon fonctionnement est assuré lorsque les conditions de l'air inscrites dans le programme de séchage sont effectivement celles qui sont appliquées.

Les tableaux I et II présentent les équations de calibration respectivement des températures et des masses obtenues.

U_i est la tension en millivolt lue sur l'écran de l'ordinateur donnée par le thermocouple i et T_i est la valeur de la température correspondante en °C.

U_i est la tension en millivolt lue sur l'écran de l'ordinateur donnée par le capteur i et M_i est la valeur de la masse correspondante en kg.

a2)Préparation des planches

Ayant trois capteurs de masse dans notre séchoir, trois essences sont utilisées à chaque essai. Au premier essai nous avons utilisé le bois de Lotofa (représenté ici par les deux planches de gauche de la photo 6a et le morceau de gauche de la photo 6b), le bois de Fraké (représenté ici par les deux planches au centre de la photo 6a et le morceau central de la photo 6b) et le bois de Sapelli (représenté ici par les deux planches de droite de la photo 6a et le morceau de droite de la photo 6b).

Photos 6 : Coloration, débit et isolation des faces des planches pour un séchage unidimensionnel

Nous avons souhaité avoir un séchage unidimensionnel afin que cela soit utilisé pour valider plus tard la modelisation que j'ai effectué durant une partie de mon travail de Doctorat [5]. Pour cette raison, nous avons collé une feuille d'aluminium sur les extrémités des planches comme illustré sur la photo 6c (pour le 1^er essai constitué des bois de Sappeli, de Lotofa et de Fraké) et sur la photo 6d (pour le 2^ème essai constitué de deux planches de bois d'Ayous et d'une planche de bois de Fraké).

a3)Résultats et discussions

La figure 4a ci-dessous montre les évolutions des débits volumiques principaux du séchoir. Rappelons que le débit principal est le volume d'air traité par unité de temps injecté dans l'enceinte du séchoir afin de maintenir ou presque les conditions de température et d'humidité imposées. On constate une variation des valeurs durant le deuxième essai. Ceci montre la non stabilité des conditions atmosphériques extérieures, le séchoir est alors obligé de diminuer ou d'augmenter le volume d'air traité afin de respecter les consignés que nous avons imposées en entrées. Cet essai s'est effectué vers la fin de l'hiver, les conditions climatiques de la ville d'Epinal n'étant pas stables. Le premier essai s'est déroulé en mi mai, le climat était presque stable.

La figure 4b présente les débits secondaires des deux essais, volume temporel d'air utilisé pour refroidir l'air en circulation dans la boucle de séchage. On constate des valeurs importantes au 2^ème essai, les raisons sont données ci-dessus.

La figure 5 ci-dessous présente les évolutions des températures et de l'humidité de l'air du séchoir durant le 1^er essai. Nous constatons que la température de l'air à l'entrée de l'enceinte du séchoir est supérieure à celle à la sortie, car l'air a communiqué de l'énergie aux éléments du séchoir (bois, parois entre autres). La température à la sortie du condenseur est plus faible, car l'air a été refroidi. La température humide est proche de 45°C, valeur non faible qui impose un séchage rapide. Notons que cette température est plus importante que la température à la sortie du condenseur. Les températures des cordons chauffants sont les plus importantes, car ces cordons servent à élever les températures du fluide. La température du cordon chauffant de la cellule est plus faible que celle du condenseur. L'Humidité relative de l'air est proche de 60%.

Figure 5 : Evolutions des températures et de l'HR de l'air durant le 1^er essai, Sapelli, Lotofa et Fraké

Le tableau III ci-dessous donne les types de débit, les dimensions des planches et les différentes masses et teneurs en eau aux instants initial et final. Le fraké, le lotofa et le sapelli sont utilisés lors du 1^er essai alors que l'ayous 1, l'ayous 2 et le fraké 2 sont utilisés lors du 2^ème essai.

Tableau III : Caractéristiques des planches utilisées lors des essais sur le séchoir semi industriel

m_f: Masse du petit échantillon extrait de la planche en fin de séchage afin de déterminer la teneur en eau finale de la planche et remonter pour estimer la teneur en eau initiale.

x_f: Teneur en eau de la planche (égale à celle du petit échantillon) en fin de séchage

Figure 6 : Evolutions des températures à coeur et à surface durant le 1^er essai, Sapelli, Lotofa et Fraké

La figure 6 ci-dessus montre les évolutions des températures de surface et de coeur des bois lors du 1^er essai. Nous constatons une montée progressive des températures dès le début du séchage. Ensuite une évolution presque sinusoïdale est observée avec une période de 24h avec un maximum à la 12^ème heure. Ce constat est observé jusqu'à la 150^ème heure. Ceci est sans doute dû aux variations de l'ambiance extérieure du séchoir. Nous constatons ensuite que les températures de surface et de coeur sont très proches, car les épaisseurs des planches ne sont pas importantes. En général, la température de surface est plus importante que celle à coeur en début de séchage, une égalité est obtenue à la fin de la 2^ème journée de séchage. C'est donc à cette date que le gradient de température dans le bois devient faible. Nous constatons aussi que les températures à coeur et à surface des bois de sapelli et de lotofa sont presque confondues.

La figure 7 présente les évolutions des masses de nos échantillons durant le 1^er essai. Il est clair que les masses diminuent durant le séchage, mais le capteur qui supporte le Fraké est plus sensible aux variations de la température. Le bois de Fraké, plus humide, sèche rapidement car sa masse devient rapidement constante. En début de séchage, la figure 6 montre une forte augmentation de la température induisant ainsi des estimations erronées de la masse. Cette variation de température est aussi effective durant le reste du séchage, mais les variations sont un peu plus faibles, figure 6. Durant le test de calibration des masses, nous avons constaté que les variations de températures n'avaient pas un effet significatif sur les taux de variation de masse entre deux instants consécutifs de mesure. Ainsi, à partir de la masse finale des planches mesurées par une balance fiable, nous avons retrouvé de proche en proche les masses des échantillons à chaque instant. Apres pesée de la dernière masse et après utilisation de la formule de calibration, l'avant dernière masse est obtenue en augmentant à la dernière masse obtenue par pesée, la différence entre l'avant dernière masse et la dernière obtenue par le capteur, qui représente la masse d'eau évaporée entre les deux mesures. La répétition de ce calcul permet de remonter jusqu'à la masse à l'instant t=1,5h. De l'instant initial à 1,5h, nous avons annulé les évolutions données par les enregistrements à cause de la forte variation de la température des capteurs qui a fourni des évolutions de masse non physiques.

La figure 8a ci-dessous présente les évolutions des humidités de nos bois utilisés durant le 1^er essai. Nous constatons que tout le lotofa est dans le domaine hygroscopique, le fraké est très humide et le sapelli atteint le domaine hygroscopique après presque deux jours de séchage, tout comme le bois de fraké. En plus, à l'équilibre, le fraké est plus humide que le lotofa, le lotofa étant plus humide que le sapelli. La figure 8b ci-dessous présente les évolutions des teneurs en eau à coeur obtenues à partir des sondes de masse durant le 1^er essai. Nous constatons qu'initialement, les bois de Fraké et de sapelli ont plus d'eau dans le coeur, ce qui est conforme à la littérature. Ce constat n'est pas observé dans le cas du bois de lotofa. Ceci peut juste être une conséquence de l'évolution de la température en début du séchage qui affecte le capteur concerné. C'est avec satisfaction que nous constatons que la teneur en eau moyenne est toujours inferieure à la teneur en eau à coeur (figure 8), et les positions des courbes en fin de séchage conservées.

On observe entre les 25 et 50h de séchage, un bruit expérimental sur les courbes de fraké et de Sapelli que nous n'arrivons pas à expliquer. Mais, il est dit dans la littérature que les méthodes électriques de mesure de l'humidité du bois ne sont fiables que dans le domaine hygroscopique [5].

La figure 9 ci-dessous montre qu'au 2^ème essai, les caractéristiques du séchoir sont presque les mêmes que celles observées durant le 1^er essai, sauf la température humide qui rejoint la température sèche montrant que l'eau déminéralisée qui imbibait le thermomètre humide a séché après 100h de séchage. Apres cet instant, il devient alors difficile d'estimer les autres caractéristiques de l'air humide.

Figure 8a : Evolutions des teneurs en eau moyennes de nos bois durant le 1^er essai.

Figure 8b : Evolutions des teneurs en eau à coeur de nos bois durant le 1^er essai

Figure 9 : Evolutions des températures et de l'HR de l'air durant le 2^eme essai, Ayous 1, Ayous 2 et Fraké 2.

Figure 10 : Evolutions des températures à coeur et à surface durant le 2^ème essai, Ayous

La figure 10 montre l'évolution des températures de coeur et de surface du bois d'ayous durant le 2^ème essai. Nous constatons qu'en début de séchage, une distinction nette est observée. Dans la suite, tout devient confondu montrant que le gradient de température devient faible.

La figure 11 présente les évolutions des masses des échantillons utilisés durant le second essai. Nous constatons que le bois de fraké est toujours le plus humide et que les capteurs sont toujours sensibles à la fluctuation de la température. En plus, les masses deviennent rapidement constantes, montrant la facilité de séchage des bois d'ayous et de fraké.

La figure 12 montre les évolutions des teneurs en eau des bois d'ayous et de fraké durant le 2^ème essai. Nous constatons que les teneurs en eau des bois d'ayous se rejoignent rapidement, malgré les teneurs en eau initiales différentes. Ceci montre qu'il est aisé de suivre le séchage d'une pile de bois d'ayous. La période de montée de température pourra alors être suffisante pour rapprocher suffisamment les teneurs en eau des différents éléments de la pile de bois. En plus, nous constatons que les teneurs en eau des bois d'ayous et de fraké sont très proches à la fin de séchage montrant qu'il est possible de sécher ensemble les deux espèces de bois.

Figure 13 : Evolutions des teneurs en eau à coeur de nos bois durant le 2^ème essai

La figure 13 montre les évolutions des teneurs en eau à coeur des bois d'ayous durant le second essai. C'est avec satisfaction que nous constatons une évolution similaire pourtant les échantillons de planches d'ayous ne sont pas issus d'une même planche. Ce qui montre la facilité de sécher les piles de bois d'ayous de provenance diverse. En plus les teneurs en eau à coeur sont proches de celles moyennes, montrant une répartition presque uniforme de la teneur en eau dans l'épaisseur du bois.

Le tableau IV ci-dessus présente une estimation des gradients de séchage dans l'épaisseur du bois. A la fin de séchage, nous avons découpé des échantillons d'environ 1cm dans le sens de l'épaisseur et nous avons estimé leurs teneurs en eau. Il vient que la surface est en général moins humide que le coeur. Mais les teneurs en eau proche de surface ne sont pas les mêmes sur une même planche. Ceci peut s'expliquer par le fait que l'effet de la pesanteur n'est pas négligeable, en plus, la répartition de l'humidité de l'air dans l'enceinte du séchage n'est pas uniforme. Lors de l'extraction des échantillons, les échantillons n'ont pas toujours la même épaisseur. Mais néanmoins, on observe une répartition d'humidité relativement bonne dans les épaisseurs des bois d'ayous et de fraké. Par contre, on observe une face tres sèche sur les planches de bois de lotofa et de sapelli. Malheureusement, cette face n'a pas été identifiée. Il est possible que ce soit la face inferieure qui n'est pas exposée à la réception des eaux de condensation venues des parois de l'enceinte de séchage. Ainsi, toutes les teneurs en eau de surface très faibles seraient celles des surfaces identifiées ci-dessus.

b) Cinétique de séchage. Bois placés dans l'étuve avec des conditions d'air très stables

Afin d'avoir une idée nette sur la cinétique de séchage de nos bois, nous avons utilisé une enceinte bien contrôlée où nous avons introduit des échantillons de planches dont les dimensions et les débits sont donnés dans le tableau V ci-dessous. La vitesse de l'air au voisinage de notre pile est en moyenne égale à 0,25m/s. Les températures sont données par la figure 14 ci-dessous.

Photos 8 : Disposition des planches lors de l'étude de la cinétique de séchage avec atmosphère constante

Figure 14 : Evolutions des températures de sèche et humide lors du séchage à atmosphère constante

Aussitôt à la fin du séchage, on a extrait deux échantillons de 2cm d'épaisseur par essence dans le sens de la longueur, chaque échantillon étant situé à 10cm de chaque extrémité. Ensuite chaque échantillon a été identifié, pesé et introduit dans l'étuve à 103°C afin de déterminer, après 24h de séchage, la masse anhydre de chaque échantillon. Les moyennes de chaque teneur en eau (par essence) permettent d'obtenir la teneur en eau finale par essence et de déduire la masse anhydre de chaque planchette utilisée. Pour chaque espèce, le calcul suivant est utilisé pour déterminer la masse anhydre de la planche :

Avec M_f la dernière masse mesurée de la planche aussitôt avant le retrait de l'étuve.

Le tableau VI ci-dessous donne les masses en fin de séchage de chaque échantillon extrait par essence, leurs masses anhydres correspondantes et leurs teneurs en eau en fin de séchage qui permettent d'obtenir les masses anhydres M_o des planches de bois.

Tableau VI : Caractéristiques des échantillons en fin de séchage et masses anhydres

Le Tableau VII ci-dessous donne les différentes pesées, les dates et les teneurs en eau correspondantes de chaque type de bois. La figure 15 ci-dessous présente les évolutions des différentes masses des échantillons dans le temps.

Tableau VII : Relevés des dates, des masses et déduction des humidités des échantillons

La figure 16a ci-dessous présente les évolutions de la teneur en eau de nos bois. Il vient que le bois de fraké est toujours le plus humide. Au fil du temps, les teneurs en eau se rapprochent et donnent l'impression que les bois tendent vers une même teneur en eau d'équilibre. Le tracé du rapport entre la teneur en eau instantanée sur la teneur en eau initiale dans le temps (figure 16b) montre que les bois de sapelli et de lotofa continuent de sécher, alors que les bois d'ayous et de fraké ont atteint l'équilibre.

Figure 16 : Cinétiques de séchage dans les conditions constantes (Th=25°C; Ts=33,5°C)

Chapitre 3 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Cas des isothermes de sorption

Les isothermes de sorption sont largement abordées dans la littérature. Plusieurs études s'intéressent sur les isothermes de sorption des produits agro alimentaires, mais moins d'études sont faites sur le bois, encore moins sur les bois tropicaux. Quelques chercheurs estiment que les isothermes de sorption du bois sont identiques, alors que d'autres montrent que l'origine et l'histoire des échantillons de bois influencent cette grandeur. Dans sa thèse de Doctorat, Simo Tagne Merlin [5] montre que les isothermes de désorption des bois d'ayous et d'ébène sont très différentes. Une modélisation est faite en utilisant les modèles de Chung Pfost et de Henderson respectivement sur les bois d'ayous et les bois d'ébène. Plus tard, M.Simo Tagne et al. [6] montrent que les modèles de Dent et de GAB sont adaptés pour mieux décrire les isothermes de désorption sur toute la plage des humidités relatives. Les valeurs expérimentales étaient obtenues par la méthode dynamique, faisant intervenir les solutions salines saturées. La détermination des isothermes de désorption est très importante dans le cadre du séchage. Mais, pour avoir une idée nette de la stabilité du bois lors de son usage, il est très important de déterminer les isothermes d'adsorption et de désorption, car lors de son usage, le bois est souvent exposé aux variations des conditions de son environnement, surtout lorsqu'il se trouve à l'extérieur. Ainsi, une essence de bois qui présente une forte hystérésis de sorption (différence entre les isothermes de sorption et de désorption) sera plus conseillé d'être utilisé dans la menuiserie intérieure, car à l'intérieur, les variations de saisons sont souvent moins marquées, surtout lorsque le local est bien isolé.

Dans ce chapitre, il est question d'obtenir les isothermes de sorption (désorption et adsorption) et de déduire leurs hystérésis en utilisant un matériel issu des nouvelles technologies appelé DVS (dynamic vapor sorption), photos 9 ci-dessous. Le fonctionnement de l'appareil est proche du dispositif de la balance à suspension magnétique, appareil utilisé dans la thèse de Bhouri Naoufel [7]. Les lecteurs y sont d'ailleurs invités pour mieux comprendre.

3.1/Matériel utilisé

Cet appareil utilise les fibres de bois qui sont placées sur une micro balance. Les conditions expérimentales sont imposées à partir d'un programme informatique dont l'interface est facilement compréhensible. Nous n'avons pas imposé une masse initiale de fibre de chaque type de bois. Pour le bois de fraké, nous avons utilisé une masse initiale de 10mg, pour le bois d'ayous 21,5mg a été utilisée. Les masses initiales de 18,5mg et de 21,5mg ont été utilisées respectivement pour le bois de lotofa et le bois de sapelli. Les températures de 20°C et de 40°C sont utilisées ici afin d'étudier les influences de la température avec une incertitude absolue de 0,02°C. La capacité totale des microbalances est de 1g avec une précision de 1

. L'incertitude absolue sur l'humidité relative est de 0,5%. Les figures 17 et 18 ci-dessous présentent les évolutions temporelles de la masse et de l'humidité relative respectivement du bois de fraké à 40°C et du bois d'ayous à 20°C. Cet appareil est utilisé dans la thèse de Bhouri Naoufel [7] pour déterminer les isothermes de sorption des matériaux textiles.

Figure 17 : variations temporelles de la masse du Fraké et de l'HR de l'air à 40°C

Figure 18 : variations temporelles de la masse de l'ayous et de l'HR de l'air à 20°C

Les figures 17 et 18 montrent que le processus commence par l'adsorption, la masse augmentant avec le temps, l'humidité relative aussi jusqu'à la valeur de 90%, ensuite suit la désorption.

3.2/Résultats et discussion

La figure 19 présente les isothermes de désorption des nos bois à 20°C, la figure 20 présente les isothermes adsorptions des bois à la même température. Nous constatons qu'à cette température, les isothermes des bois d'ayous et de sapelli sont presque confondues. Le même constat est observé entre les bois de lotofa et fraké.

Nous constatons aussi que les isothermes ont la forme des sigmoïdes, allure aussi obtenue dans la littérature. La figure 21 montre que la température n'influence pas les isothermes de désorption du bois de lotofa, ce qui est curieux. Les figures 20 à 23 présentent les isothermes de sorption de nos bois où on observe une légère influence de la température sur les isothermes de désorption. L'augmentation de la température rapproche les isothermes de désorption et d'adsorption, c'est-à-dire, l'hystérésis de sorption diminue lorsque la température augmente comme on le voit sur la figure 24. Il est alors clair que l'augmentation de la température entraîne l'augmentation des isothermes de sorption.

*l'hystérésis de sorption du bois de fraké est plus faible que celles du bois d'ayous, du bois de lotofa et du bois de sapelli;

*l'hystérésis de sorption du bois de lotofa est plus faible que celles du bois d'ayous et du bois de sapelli;

*l'hystérésis de sorption du bois d'ayous est plus faible que celle du bois de sapelli.

Figure 25 : Hystérésis de sorption comparées de nos bois à 20°C et à 40°C

Ainsi, lors du changement de saisons (pluvieuse et sèche), le bois de sapelli gagne ou perd plus d'eau que tous les autres bois d'étude pour passer d'un état d'équilibre lors d'une saison à l'autre état d'équilibre relatif à l'autre saison. Le bois de fraké est celui qui gagne ou perd moins d'eau lors des mêmes changements. Le bois d'ayous gagne ou perd plus d'eau que le bois de lotofa.

Chapitre 4 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Cas de la Densité et des Retraits des échantillons

La connaissance des caractéristiques mécaniques est importante pour situer la stabilité dimensionnelle du bois. Les oeuvres en bois sont en général utilisées après traitement. Durant ce traitement, le bois est séché jusqu'à une teneur en eau qui est fonction de l'utilisation ultérieure de l'oeuvre. Cette teneur en eau d'utilisation est toujours inferieure à l'humidité au point de saturation des fibres : une variation de l'humidité et/ou de la température du milieu ambiant peut alors induire des variations dimensionnelles de l'oeuvre d'art entrainant sa destruction lorsque cette variation est importante. Dans ce chapitre, nous déterminons la densité et les retraits de nos bois.

4.1/Matériel expérimental et méthodes

La préparation des échantillons est une étape importante pour que les résultats soient vraiment caractéristiques du bois. Nous nous sommes alors assuré que les échantillons utilisés pour déterminer les retraits et la densité étaient tous dépourvus des noeuds et des fentes. Deux séries d'échantillons ont été utilisés. La première est issue des planches obtenues après l'opération de séchage. Les teneurs en eau de cette série d'échantillons sont alors proches de 10%. La seconde série vient directement des planches conservées. Les dimensions et les débits des échantillons sont précisés dans les tableaux ci-dessous. La photo 10a présente les baguettes de bois de sapelli, de lotofa et de fraké extraites des planches séchées. La photo 10b présente les échantillons des bois ci-dessus cités pour déterminer les densités et les retraits. Le même procédé expérimental est utilisé dans le cas du bois d'ayous. Par essence, une quinzaine d'échantillons sont utilisés. Dans le cas du bois de lotofa, nous avons déterminé distinctement les caractéristiques du bois d'aubier et du bois de duramen, les échantillons de ces parties sont présentés à la photo 11, les échantillons blanchâtres représentent l'aubier et ceux rougeâtres le duramen.

Photos 12 : Matériel utilisé pour déterminer la masse volumique et les retraits

Chaque échantillon est utilisé pour déterminer une valeur de retrait et de densité. L'étuve à dessiccation (photo 12a) permet de déterminer les masses anhydres. La balance électronique de précision 0,001g (photo 12b) permet de mesurer la masse de chaque échantillon. La pompe à vide (photo 12c) permet de saturer en eau déminéralisée nos échantillons afin de déterminer les volumes saturés, volumes nécessaires pour estimer les retraits totaux. Nous avons supposé que les échantillons sont saturés lorsqu'ils coulent dans l'eau, ce qui est obtenu après environ 3 jours. Un pied à coulisse (photo 12d) permet de mesurer les différentes variations des dimensions des humidités à chaque teneur en eau. Une erreur de mesure peut provenir de la position des butées du pied à coulisse sur les échantillons. Pour la minimiser, nous avons marqué les positions des premières mesures afin de repositionner ces butées aux mêmes endroits lors des autres mesures.

L.Andalfato [8] a également déterminé le retrait des bois. Les dimensions des échantillons sont mesurées à l'aide d'un micromètre, tout comme nous. Mais, la détermination du volume saturé est différente. L.Andalfato [8] a obtenu le volume saturé en effectuant des cycles de 48h entre 40mbar et 1bar afin d'extraire toute l'eau qui se trouve dans le bois. Le volume saturé est mesuré après une durée d'une semaine environ le saturateur.

Avec : m : masse ; l : longueur ; v : volume ; R : retrait. i : direction i ; h : humidité ; o : anhydre ; s : saturé.

4.2/Résultats

Nos mesures ont été effectuées à trois niveaux de degré d'humidité : dès le retrait de la planche conservée, après le séchage, après saturation et après déshydratation jusqu'à l'état anhydre. Les tableaux ci-dessous présentent les valeurs des mesures effectuées avec les indices de chaque échantillon et leurs masses volumiques déduites.

Tableau VIII : Sapelli (Mesures prises à la fin du séchage)
Numéro			L(mm)													T(mm)													R(mm)																						V(mm³)															m(g)																(kg/m³)
Sa1			19,89													19,94													18,72																						7424,47555															6,426																865,51568
Sa2			19,84													19,98													18,57																						7361,20742															6,004																815,62706
Sa3			19,86													19,99													18,32																						7273,06565															6,007																825,92407
Sa4			19,87													19,92													18,44																						7298,74378															6,217																851,79042
Sa5			19,80													19,96													18,41																						7275,77928															5,936																815,85762
Sa6			19,81													19,97													18,22																						7207,93585															5,935																823,398
Sa7			19,82													19,91													18,90																						7458,24618															6,632																889,21709
Sa8			19,85													19,97													18,30																						7254,20235															6,028																830,96662
Sa9			19,82													19,91													18,51																						7304,34586															6,272																858,6669
Sa10			19,84													19,98													18,39																						7289,85485															5,957																817,16305
Sa11			19,87													19,96													18,70																						7416,51724															6,095																821,81431
Sa12			19,85													19,71													18,58																						7269,30423															5,901																811,76957
Sa13			19,85													19,95													18,36																						7270,6977															5,916																813,67707
Sa14			19,87													19,96													18,27																						7245,977															6,185																853,57709
Sa15			19,88													19,89													18,66																						7378,41031															5,961																807,8976
Tableau IX : Sapelli (Mesures prises après immersion et saturation à de l'eau déminéralisée)
Numéro								L(mm)													T(mm)																R(mm)																		V(mm³)																			m(g)													(kg/m³)
Sa1								19,94													21,80																20,01																		8698,18692																			8,877													1020,5575
Sa2								19,93													22,01																19,69																		8637,20162																			8,703													1007,618
Sa3								20,01													22,04																19,51																		8604,308																			8,656													1006,0077
Sa4								19,96													22,01																19,54																		8584,30498																			8,73													1016,9723
Sa5								19,98													21,95																19,49																		8547,55389																			8,55													1000,2862
Sa6								19,95													22,02																19,46																		8548,75854																			8,56													1001,315
Sa7								19,97													22,04																20,23																		8904,00792																			9,131													1025,4932
Sa8								19,95													22,03																19,69																		8653,72547																			8,92													1030,7699
Sa9								20,01													22,18																19,75																		8765,48055																			8,836													1008,0451
Sa10								19,97													22,05																19,69																		8670,26507																			8,699													1003,3142
Sa11								19,93													22,09																19,92																		8769,8537																			8,789													1002,1832
Sa12								19,92													21,69																19,48																		8416,6223																			8,536													1014,1836
Sa13								19,98													22,10																19,40																		8566,2252																			8,413													982,11287
Sa14								20													22,04																19,40																		8551,52																			8,800													1029,0568
Sa15								20,06													21,78																19,58																		8554,63514																			8,556													1000,1595
Tableau X : Sapelli (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons précédemment saturés à de l'eau déminéralisée)
Numéro	L(mm)											T(mm)													R(mm)																				V(mm³)																							m(g)																		(kg/m³)
Sa1	19,95											20,37													18,82																				7648,09983																							5,928																		775,09449
Sa2	20,03											20,73													18,88																				7839,38947																							5,544																		707,19793
Sa3	19,95											20,46													18,29																				7465,55733																							5,555																		744,08376
Sa4	19,93											20,37													18,45																				7490,22215																							5,742																		766,59943
Sa5	19,88											20,38													18,33																				7426,48015																							5,492																		739,51588
Sa6	19,90											20,41													18,14																				7367,72426																							5,483																		783,56703
Sa7	19,87											20,29													18,79																				7575,41962																							6,121																		808,00805
Sa8	19,91											20,34													18,41																				7455,48665																							5,575																		747,77144
Sa9	19,94											20,44													18,45																				7519,73292																							5,795																		770,63907
Sa10	19,88											20,36													18,38																				7439,42998																							5,507																		740,24489
Sa11	19,90											20,53													18,75																				7660,25625																							5,653																		737,96487
Sa12	19,93											20,05													18,35																				7332,59578																							5,453																		743,6657
Sa13	19,90											20,41													18,30																				7432,7097																							5,497																		739,56877
Sa14	19,93											20,37													18,31																				7433,38577																							5,707																		767,75243
Sa15	19,90											20,32													18,54																				7496,98275																							5,505																		734,29541
Tableau XI : Sapelli (Mesures prises dès le débitage de la baguette des planches non séchées)
Numéro		L(mm)															T+R(mm)																							R+T(mm)																			V(mm³)												m(g)														(kg/m³)
Sad1		14,88															22,81																							14,34																			4867,17955												3,626														744,9899806
Sad2		14,81															23,29																							14,63																			5046,25129												3,951														782,9574421
Sad3		14,84															23,38																							14,63																			5076,0131												4,192														825,8449931
Sad4		14,88															23,13																							14,78																			5086,89763												4,061														798,3254812
Sad5		14,97															23,43																							14,76																			5177,0272												4,369														843,9206198
Sad6		14,80															23,30																							14,75																			5086,39												4,104														806,8590887
Sad7		14,86															22,77																							14,48																			4899,48466												3,761														767,631754
Sad8		14,82															23,51																							14,47																			5041,61135												4,139														820,9676846
Sad9		14,77															22,82																							14,30																			4819,83502												3,538														734,0500215
Sad10		14,87															23,24																							14,82																			5121,47782												4,415														862,0558672
Sad11		14,89															22,95																							14,66																			5009,69583												3,867														771,9031517
Sad12		14,84															23,44																							14,76																			5134,2601												4,343														845,8862463
Sad13		14,81															23,40																							14,44																			5004,23976												3,708														740,9716916
Sad14		14,82															23,14																							14,40																			4938,26112												3,617														732,4440551
Sad15		14,88															23,09																							14,60																			5016,25632												3,822														761,9227879
Sad16		14,86															23,21																							14,87																			5128,67192												4,269														832,3792329
Sad17		14,86															23,25																							14,83																			5123,69085												4,233														826,1622576
Sad18		14,87															23,42																							14,87																			5178,5578												4,522														873,2160915
Sad19		14,84															23,47																							14,53																			5060,72344												4,098														809,7656482
Sad20		14,90															23,36																							14,85																			5168,7504												4,202														812,9624522
Tableau XII : Sapelli (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons issus directement du débitage de la baguette des planches non séchées)
Numéro	L(mm)										T+R(mm)													R+T(mm)																						V(mm³)																				m(g)															(kg/m³)
Sad1	14,87										21,66													13,76																						4431,87859																				2,923															659,5397278
Sad2	14,79										22,10													14,12																						4615,24908																				3,297															714,3709782
Sad3	14,81										21,86													13,97																						4522,74																				3,208															709,3045363
Sad4	14,86										21,93													14,12																						4601,42278																				3,338															725,4277997
Sad5	14,89										21,93													14																						4571,5278																				3,267															714,6407378
Sad6	14,77										22,04													14,14																						4603,00551																				3,341															725,8301106
Sad7	14,82										22,01													14																						4566,6348																				3,248															711,2458391
Sad8	14,83										22,15													13,76																						4519,94672																				3,046															673,901749
Sad9	14,74										21,52													13,74																						4358,39395																				2,871															658,7288877
Sad10	14,83										21,81													14,22																						4599,34951																				3,476															755,7590471
Sad11	14,86										22,12													14,04																						4614,99293																				3,304															715,9274243
Sad12	14,79										21,90													14,02																						4541,09202																				3,299															726,4772406
Sad13	14,79										22,30													13,80																						4551,4746																				3															659,1270442
Sad14	14,79										22,06													13,84																						4515,54082																				3,073															680,5386387
Sad15	14,84										22,12													13,94																						4575,95555																				3,178															694,4997529
Sad16	14,82										21,86													13,94																						4516,07489																				3,288															728,0658717
Sad17	14,79										22,04													14,15																						4612,49814																				3,459															749,9190016
Sad18	14,85										21,99													14,27																						4659,88991																				3,443															738,8586576
Sad19	14,80										22,11													13,86																						4535,38008																				3,133															690,7910571
Sad20	14,86										21,98													13,97																						4562,92052																				3,248															711,8248036
Tableau XIII : Lotofa (Mesures prises à la fin du séchage, duramen)
Numéro	L(mm)										T+R(mm)															R+T(mm)																		V(mm³)																		m(g)																(kg/m³)
Si1	19,70										19,96															18,24																		7172,18688																		5,741																800,45321
Si2	19,83										19,96															18,22																		7211,5999																		5,728																794,2759
Si3	19,85										18,52															19,91																		7319,35402																		5,797																792,00978
Si4	19,88										19,90															18,53																		7330,69036																		5,817																793,51326
Si5	19,83										18,26															19,96																		7227,43217																		5,745																794,88812
Si6	19,84										18,66															19,90																		7367,26656																		5,806																788,08062
Si7	19,83										19,98															18,33																		7262,40832																		5,753																792,16146
Si8	19,85										18,57															19,87																		7324,37012																		5,805																792,55962
Si9	19,89										18,37															19,90																		7271,04807																		5,747																790,39499
Si10	19,80										18 ,29															19,89																		7203,00438																		5,756																799,111
Si11	19,85										18,36															19,98																		7281,63108																		5,750																789,65824
Si12	19,86										19,93															18,45																		7302,69081																		5,772																790,39359
Si13	19,92										18,41															19,88																		7290,53674																		5,751																788,83081
Si14	19,96										20,03															18,48																		7388,28182																		5,867																794,09532
Si15	19,86										18,28															19,93																		7235,40314																		5,744																793,87422
Tableau XIV : Lotofa (Mesures prises après immersion et saturation à de l'eau déminéralisée, duramen)
Numéro	L(mm)										R(mm)															T(mm)																				V(mm³)																m(g)																(kg/m³)
Si1	19,78										21,93															19,32																				8380,54073																8,456																1009,0041
Si2	20,01										22,01															19,13																				8425,23651																8,566																1016,7074
Si3	19,98										19,50															21,91																				8536,3551																8,699																1019,0532
Si4	19,95										21,95															19,35																				8473,41338																8,742																1031,6976
Si5	20,03										19,23															22,10																				8512,40949																8,653																1016,5159
Si6	19,95										19,49															22,01																				8558,04926																8,733																1020,4428
Si7	19,91										22,06															19,25																				8454,88105																8,630																1020,7122
Si8	19,98										19,48															21,90																				8523,70776																8,739																1025,2581
Si9	19,97										19,31															21,91																				8448,94954																8,636																1022,1389
Si10	19,95										19,24															21,87																				8394,53706																8,582																1022,3315
Si11	20,06										19,24															21,92																				8460,12045																8,626																1019,6072
Si12	20,03										21,93															19,41																				8525,99584																8,691																1019,3531
Si13	19,95										19,28															21,93																				8435,06748																8,495																1007,1052
Si14	20,05										21,92															19,49																				8565,77704																8,827																1030,4961
Si15	19,93										19,19															22,09																				8448,4685																8,561																1013,3198
Tableau XV : Lotofa (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons précédemment saturés à de l'eau déminéralisée, duramen)
Numéro						L(mm)									R(mm)																T(mm)																					V(mm³)													m(g)															(kg/m³)
Si1						19,76									20,18																18,15																					7237,43592													5,386															744,18621
Si2						19,92									20,01																18,07																					7202,68754													5,356															743,61132
Si3						19,96									18,38																20,01																					7340,96465													5,423															738,73125
Si4						19,90									20,02																18,46																					7354,42708													5,441															739,82649
Si5						19,95									18,11																20,25																					7316,21363													5,383															735,7631
Si6						19,95									18,40																20,01																					7345,2708													5,429															739,11502
Si7						19,91									20,17																18,21																					7312,85739													5,382															735,96403
Si8						19,95									18,37																20,09																					7362,61334													5,437															738,46062
Si9						20									18,27																20,01																					7311,654													5,370															734,44394
Si10						19,89									18,14																19,99																					7212,48395													5,380															745,92887
Si11						19,97									18,17																20																					7257,098													5,377															740,92978
Si12						20,17									20,09																18,31																					7419,49214													5,400															727,81262
Si13						19,99									18,30																20																					7316,34													5,380															735,34035
Si14						20,12									19,99																18,39																					7396,43593													5,493															742,65498
Si15						20,01									18,26																20,08																					7336,88261													5,364															731,1007
Tableau XVI : Lotofa (Mesures prises dès le débitage de la baguette des planches non séchées, Duramen)
Numéro	L(mm)												T+R(mm)															R+T(mm)																			V(mm³)																						m(g)															(kg/m³)
Sid1	14,94												24,88															14,32																			5322,8471																						4,331															813,6623
Sid2	14,93												24,83															15,13																			5608,87105																						4,541															809,61034
Sid3	14,86												24,93															15,05																			5575,41999																						4,514															809,62511
Sid4	14,42												24,76															14,32																			5112,80134																						4,119															805,62489
Sid5	14,99												25,11															14,52																			5465,31203																						4,410															806,90727
Sid6	14,92												24,77															14,86																			5491,78642																						4,398															800,83231
Sid7	14,88												25,20															15																			5624,64																						4,568															812,14087
Sid8	14,91												24,57															14,41																			5278,94067																						4,282															811,14759
Sid9	14,93												25,12															14,72																			5520,61235																						4,476															810,77962
Sid10	14,87												25,09															14,86																			5544,09214																						4,518															814,92152
Sid11	14,84												24,75															15,09																			5542,4061																						4,518															815,16943
Sid12	14,88												24,99															14,75																			5484,8052																						4,499															820,26614
Sid13	14,93												25,07															14,67																			5490,90912																						4,523															823,72516
Sid14	14,91												25,05															14,85																			5546,40818																						4,491															809,71322
Sid15	14,91												25,08															14,69																			5493,21973																						4,409															802,62582
Sid16	14,89												25															14,84																			5524,19																						4,443															804,28081
Sid17	14,91												25,07															14,92																			5577,002																						4,554															816,56775
Sid18	14,81												24,99															14,38																			5322,06532																						4,376															822,23718
Sid19	14,93												24,97															14,98																			5584,57546																						4,497															805,25369
Sid20	14,89												25,05															15,32																			5714,27574																						4,608															806,40141
Tableau XVII : Lotofa (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons issus directement du débitage de la baguette des planches, Duramen)
Numéro	L(mm)												T+R(mm)																			R+T(mm)																		V(mm³)														m(g)																			(kg/m³)
Sid1	14,93												23,23																			13,80																		4786,16982														3,698																			772,64287
Sid2	14,85												23,30																			14,54																		5030,9127														3,879																			771,03306
Sid3	14,84												23,33																			14,46																		5006,30071														3,819																			762,83871
Sid4	14,35												23,25																			13,81																		4607,53388														3,555																			771,56242
Sid5	14,90												23,34																			13,96																		4854,81336														3,716																			765,42592
Sid6	14,84												23,26																			14,34																		4949,85826														3,767																			761,03189
Sid7	14,82												23,37																			14,31																		4956,17405														3,806																			767,93106
Sid8	14,89												23,19																			13,94																		4813,46945														3,731																			775,11658
Sid9	14,88												23,33																			14,01																		4863,5771														3,742																			769,39255
Sid10	14,85												23,33																			14,19																		4916,1326														3,762																			765,23567
Sid11	14,83												23,24																			14,59																		5028,43183														3,907																			776,9818
Sid12	14,85												23,30																			14,09																		4875,21045														3,779																			775,14602
Sid13	14,85												23,33																			14,02																		4857,23601														3,769																			775,95571
Sid14	14,86												23,35																			14,13																		4902,84153														3,750																			764,86258
Sid15	14,87												23,26																			14,05																		4859,56061														3,749																			771,46893
Sid16	14,86												23,25																			14,21																		4909,48395														3,755																			764,84617
Sid17	14,87												23,39																			14,26																		4959,76062														3,792																			764,55303
Sid18	14,75												23,29																			13,80																		4740,6795														3,676																			775,41627
Sid19	14,85												23,33																			14,37																		4978,49369														3,804																			764,08654
Sid20	14,82												23,33																			14,58																		5041,04375														3,853																			764,32584
Tableau XVIII : Lotofa (Mesures prises dès le débitage de la baguette des planches non séchées, Aubier)
Numéro	L(mm)								T(mm)																R(mm)																						V(mm³)															m(g)															(kg/m³)
Sia1	14,90								24,74																14,55																						5363,5083															3,102															578,35279
Sia2	14,80								24,80																14,72																						5402,8288															3,426															634,11226
Sia3	14,91								24,47																14,65																						5345,0188															3,354															627,50013
Sia4	14,90								24,54																14,92																						5455,43832															3,364															616,6324
Sia5	14,92								24,20																14,28																						5155,99392															3,050															591,54453
Sia6	14,92								24,65																14,34																						5273,93652															3,223															611,11847
Sia7	14,85								24,41																14,55																						5274,20768															3,284															622,65277
Sia8	14,85								24,21																14,55																						5230,99418															3,249															621,10564
Sia9	14,84								24,28																14,28																						5145,30106															3,038															590,44164
Sia10	14,79								24,45																14,15																						5116,85933															3,135															612,68051
Sia11	14,78								24,63																15,09																						5493,23383															3,465															630,77599
Sia12	14,92								24,68																15,02																						5530,74851															3,481															629,3904
Sia13	14,83								24,74																15,01																						5507,08194															3,397															616,8421
Sia14	14,82								24,83																14,84																						5460,8321															3,427															627,56004
Sia15	14,98								24,36																14,20																						5181,76176															3,082															594,77841
Sia16	14,91								24,50																14,40																						5260,248															3,007															571,64605
Sia17	14,90								24,59																14,14																						5180,76874															3,130															604,15744
Sia18	14,89								24,75																14,72																						5424,7248															3,433															632,84316
Sia19	14,83								24,47																14,57																						5287,30876															3,121															590,2814
Sia20	15,06								24,30																14,39																						5266,13562															2,946															559,4235
Tableau XIX : Lotofa (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons issus directement du débitage de la baguette des planches non séchées, Aubier)
Numéro					L(mm)								T(mm)															R(mm)																			V(mm³)															m(g)															(kg/m³)
Sia1					14,88								22,87															14,08																			4791,50285															2,522															526,3484297
Sia2					14,79								23,07															14,23																			4855,35142															2,848															586,5692829
Sia3					14,86								22,94															14,22																			4847,43305															2,848															587,5274546
Sia4					14,85								23,07															14,46																			4953,84417															2,846															574,5033357
Sia5					14,85								22,74															13,90																			4693,8771															2,641															562,6478802
Sia6					14,91								22,96															13,83																			4734,47369															2,662															562,2589068
Sia7					14,83								22,78															14,08																			4756,60979															2,726															573,0972519
Sia8					14,81								22,76															14,17																			4776,36125															2,805															587,2671375
Sia9					14,79								22,71															13,96																			4688,89736															2,600															554,5013674
Sia10					14,76								22,88															13,72																			4633,36474															2,653															572,5860473
Sia11					14,76								23,09															14,59																			4972,39456															2,927															588,6499889
Sia12					14,89								23,07															14,50																			4980,92835															2,915															585,232269
Sia13					14,83								23,10															14,45																			4950,17985															2,844															574,5245802
Sia14					14,78								23,09															14,34																			4893,81467															2,846															581,550425
Sia15					15								22,75															13,78																			4702,425															2,660															565,6655874
Sia16					14,90								22,71															14,03																			4747,45737															2,501															526,8083113
Sia17					14,75								22,93															13,74																			4647,10845															2,631															566,1585109
Sia18					14,88								23,16															14,12																			4866,0457															2,863															588,3627444
Sia19					14,84								22,73															14,11																			4759,48925															2,595															545,22657
Sia20					14,86								22,67															14,11																			4753,32318															2,529															532,0488221
Tableau XX : Lotofa (Mesures prises après saturation par de l'eau déminéralisée des échantillons précédemment anhydres, Aubier)
Numéro	L(mm)								T(mm)														R(mm)																				V(mm³)																		m(g)															(kg/m³)
Sia1	14,95								25,03														14,52																				5433,36222																		6,165															1134,656544
Sia2	14,89								25,39														14,86																				5617,92851																		6,505															1157,900104
Sia3	14,95								25,31														14,78																				5592,52291																		6,452															1153,683249
Sia4	14,89								25,35														15,02																				5669,47173																		6,549															1155,134078
Sia5	14,92								25,06														14,40																				5384,09088																		6,216															1154,512459
Sia6	15								25,18														14,46																				5461,542																		6,212															1137,407714
Sia7	14,96								25,15														14,71																				5534,54924																		6,305															1139,207499
Sia8	14,93								25,24														14,73																				5550,75304																		6,360															1145,790483
Sia9	14,87								25,02														14,56																				5417,01014																		6,186															1141,958356
Sia10	14,85								25,20														14,31																				5355,0882																		6,127															1144,145488
Sia11	14,82								25,36														15,28																				5742,76186																		6,582															1146,13842
Sia12	14,97								25,38														15,12																				5744,67163																		6,657															1158,812971
Sia13	14,91								25,47														15,09																				5730,54369																		6,572															1146,837081
Sia14	14,88								25,41														15,02																				5679,07402																		6,523															1148,602744
Sia15	15,28								25,18														14,36																				5525,01574																		6,220															1125,788647
Sia16	14,99								25,01														14,50																				5436,04855																		6,189															1138,510803
Sia17	14,88								25,20														14,27																				5350,90752																		6,156															1150,459053
Sia18	14,95								25,37														14,79																				5609,57339																		6,502															1159,089926
Sia19	14,89								25,04														14,68																				5473,37341																		6,253															1142,439869
Sia20	14,96								25,03														14,53																				5440,74106																		6,185															1136,79367
Tableau XXI : Fraké (Mesures prises à la fin du séchage)
Numéro			L(mm)												T+R(mm)																		R+T(mm)																			V(mm³)																	m(g)															(kg/m³)
F1			19,80												19,85																		19,75																			7762,3425																	4,147															534,24594
F2			19,81												19,85																		19,62																			7715,14317																	3,736															484,24247
F3			19,85												19,78																		19,81																			7778,05973																	4,093															526,22378
F4			19,83												19,89																		19,68																			7762,16002																	3,802															489,81211
F5			19,84												19,86																		19,63																			7734,65971																	3,634															469,83321
F6			19,71												19,88																		18,01																			7056,94475																	3,680															521,47213
F7			19,85												19,80																		19,77																			7770,2031																	3,857															496,38342
F8			19,81												19,65																		19,88																			7738,61802																	4,107															530,71491
F9			19,88												19,76																		19,87																			7805,50826																	4,139															530,26656
F10			19,88												19,70																		19,87																			7781,80732																	4,043															519,54512
F11			19,82												19,90																		19,73																			7781,86714																	3,980															511,44538
F12			19,83												19,67																		19,91																			7766,01695																	4,089															526,52473
F13			19,88												19,78																		19,99																			7860,59574																	3,815															485,33217
F14			19,82												19,93																		19,03																			7517,08978																	3,573															475,31693
Tableau XXII : Fraké (Mesures prises après immersion et saturation à de l'eau déminéralisée)
Numéro			L(mm)															T+R(mm)																R+T(mm)																		V(mm³)																	m(g)																			(kg/m³)
F1			20,21															20,55																20,79																		8634,40925																	9,405																			1089,2465
F2			20,09															20,54																20,32																		8385,01955																	8,835																			1053,6648
F3			19,97															20,34																20,53																		8339,07659																	9,054																			1085,7317
F4			19,94															20,55																20,22																		8285,48874																	8,911																			1075,4948
F5			20,06															20,64																19,99																		8276,62762																	8,885																			1073,5049
F6			19,91															20,49																18,73																		7641,01401																	8,280																			1083,6258
F7			20,05															20,50																20,53																		8438,34325																	8,841																			1047,7175
F8			20,09															20,30																20,53																		8372,68831																	9,327																			1113,9791
F9			20,02															20,34																20,59																		8384,38801																	9,439																			1125,7828
F10			20,27															20,30																20,67																		8505,31227																	9,372																			1101,8996
F11			20															20,59																20,29																		8355,422																	9,150																			1095,0973
F12			20,03															20,65																20,39																		8433,70161																	9,337																			1107,1058
F13			20,07															20,24																20,58																		8359,94174																	8,973																			1073,3328
F14			20,05															20,64																19,71																		8156,62872																	8,637																			1058,8934
Tableau XXIII : Fraké (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons précédemment saturés à de l'eau déminéralisée)
Numéro	L(mm)																T+R(mm)																						R+T(mm)																		V(mm³)															m(g)																	(kg/m³)
F1	19,87																19,73																						19,58																		7676,04726															3,868																	503,90518
F2	19,89																19,71																						19,50																		7644,62205															3,471																	454,04468
F3	19,89																19,60																						19,63																		7652,63772															3,804																	497,08351
F4	19,85																19,74																						19,52																		7648,69728															3,539																	462,69317
F5	19,83																19,71																						19,33																		7555,11697															3,362																	444,99642
F6	19,76																19,59																						18,17																		7033,57793															3,408																	484,53291
F7	19,88																19,59																						19,48																		7586,47042															3,589																	473,07902
F8	19,82																19,43																						19,68																		7578,81917															3,830																	505,35577
F9	19,93																19,46																						19,67																		7628,76953															3,865																	506,63478
F10	19,95																19,48																						19,66																		7640,38716															3,774																	493,95403
F11	19,89																19,72																						19,52																		7656,34522															3,707																	484,17357
F12	19,82																19,45																						19,63																		7567,34537															3,827																	505,72556
F13	19,88																19,59																						19,67																		7660,46576															3,549																	463,28776
F14	19,84																19,66																						18,86																		7356,42598															3,318																	451,03424
Tableau XXIV : Fraké (Mesures prises dès le débitage de la baguette des planches non séchées)
Numéro							L(mm)									T+R(mm)																				R+T(mm)																				V(mm³)																	m(g)													(kg/m³)
Fd1							14,89									24,87																				15,06																				5576,93336																	2,653													475,7094679
Fd2							14,92									24,94																				14,91																				5548,08257																	2,667													480,7066166
Fd3							14,89									25,07																				14,93																				5573,25404																	2,862													513,5240526
Fd4							14,90									24,94																				14,85																				5518,3491																	2,718													492,5386109
Fd5							14,95									24,93																				14,86																				5538,37401																	2,720													491,1188726
Fd6							14,93									24,85																				14,67																				5442,72404																	2,625													482,2952593
Fd7							14,85									24,62																				14,43																				5275,70901																	2,346													444,6795673
Fd8							14,90									25,02																				15,17																				5655,34566																	2,862													506,0698624
Fd9							14,87									24,86																				14,58																				5389,76236																	2,483													460,6882152
Fd10							14,90									25,28																				14,78																				5567,21216																	2,944													528,8104558
Fd11							14,92									24,78																				14,51																				5364,60238																	2,586													482,0487743
Fd12							14,91									24,96																				14,58																				5425,99949																	2,475													456,1371606
Fd13							14,95									24,71																				14,52																				5363,89854																	2,597													484,1627746
Fd14							14,92									24,75																				14,54																				5369,1858																	2,529													471,0211369
Fd15							14,89									25,10																				14,69																				5490,22591																	2,770													504,5329729
Fd16							14,89									24,97																				14,59																				5424,61015																	2,416													445,377628
Fd17							14,87									25,16																				14,87																				5563,3012																	2,714													487,8398455
Fd18							14,84									24,98																				14,63																				5423,38782																	2,573													474,4267029
Fd19							14,91									24,80																				14,70																				5435,5896																	2,644													486,4237727
Fd20							14,81									24,83																				15																				5515,9845																	2,749													498,3697833
Tableau XXV : Fraké (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons issus directement du débitage de la baguette des planches non séchées)
Numéro						L(mm)																T+R(mm)																				R+T(mm)																		V(mm³)														m(g)										(kg/m³)
Fd1						14,85																23,97																				14,65																		5214,73343														2,256										432,6203885
Fd2						14,87																24,14																				14,52																		5212,12534														2,280										437,4415144
Fd3						14,85																24,08																				14,51																		5188,60188														2,236										430,9446074
Fd4						14,87																23,95																				14,43																		5139,0497														2,253										438,407903
Fd5						14,88																24,03																				14,46																		5170,41014														2,283										441,5510446
Fd6						14,82																24,02																				14,35																		5108,26134														2,272										444,7697267
Fd7						14,83																24,01																				14,18																		5049,04849														2,074										410,7704655
Fd8						14,87																24,07																				14,76																		5282,91248														2,282										431,9586983
Fd9						14,86																24,07																				14,25																		5096,94285														2,109										413,777447
Fd10						14,89																24,04																				14,38																		5147,40153														2,271										441,1934813
Fd11						14,89																24,01																				14,24																		5090,92674														2,257										443,3377491
Fd12						14,89																24,08																				14,23																		5102,18358														2,070										405,7086479
Fd13						14,92																24,03																				14,28																		5119,77413														2,267										442,7929716
Fd14						14,82																23,98																				14,20																		5046,44712														2,197										435,3557954
Fd15						14,87																24,18																				14,26																		5127,27712														2,246										438,0492704
Fd16						14,86																24,16																				14,26																		5119,59098														2,035										397,4926922
Fd17						14,85																24,02																				14,51																		5175,67347														2,257										436,0785148
Fd18						14,83																24,12																				14,29																		5111,52728														2,169										424,3350137
Fd19						14,86																24,02																				14,32																		5111,3407														2,271										444,3061286
Fd20						14,80																23,96																				14,61																		5180,82288														2,350										453,5958967
Tableau XXVI : Ayous (Mesures prises dès le débitage de la baguette des planches séchées à l'air libre)
Numéro	L(mm)																			T+R(mm)																					R+T(mm)																	V(mm³)																	m(g)										(kg/m³)
Ayr1	14,90																			24,35																					14,14																	5130,2041																	2,467										480,8775542
Ayr2	14,82																			24,61																					14,29																	5211,85166																	2,436										467,3962653
Ayr3	14,86																			24,31																					14,18																	5122,47679																	2,463										480,8220909
AYr4	14,91																			24,45																					14,44																	5264,09478																	2,510										476,815123
AYr5	14,98																			24,50																					14,35																	5266,5935																	2,511										476,7787755
Ayr6	14,86																			24,36																					14,20																	5140,25232																	2,440										474,6848692
Ayr7	14,86																			24,03																					14,06																	5020,62635																	2,430										484,0033557
Ayr8	14,84																			24,01																					14,14																	5038,20078																	2,462										488,666512
Ayr9	14,98																			24,40																					14,34																	5241,44208																	2,482										473,5338027
Ayr10	14,87																			24,45																					14,35																	5217,25103																	2,518										482,6296431
Ayr11	14,93																			24,36																					14,43																	5248,11596																	2,443										465,5003847
Ayr12	14,84																			24,37																					14,20																	5135,44136																	2,455										478,0504397
Ayr13	14,94																			24,51																					14,24																	5214,39466																	2,459										471,5791884
Ayr14	14,93																			24,48																					14,50																	5299,5528																	2,456										463,4353299
Ayr15	14,93																			24,41																					14,31																	5215,155																	2,455										470,7434388
Ayr16	14,98																			24,37																					14,35																	5238,64831																	2,459										469,3958927
Ayr17	14,88																			24,35																					14,30																	5181,2904																	2,456										474,0131918
Ayr18	14,86																			24,37																					14,17																	5131,49829																	2,447										476,8587769
Ayr19	14,87																			24,11																					14,12																	5062,24168																	2,466										487,1359674
Ayr20	14,87																			24,36																					14,23																	5154,57844																	2,500										485,005715
Ayr21	14,92																			24,22																					14,32																	5174,70957																	2,449										473,2632755
Tableau XXVII : Ayous (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons issus directement du débitage de la baguette des planches séchées à l'air libre)
Numéro	L(mm)																			T+R(mm)																		R+T(mm)																V(mm³)													m(g)																		(kg/m³)
Ayr1	14,88																			23,73																		13,78																4865,75107													2,206																		453,372967
Ayr2	14,82																			23,98																		14,02																4982,47807													2,210																		443,5543856
Ayr3	14,84																			23,83																		13,86																4901,41159													2,233																		455,5830414
AYr4	14,88																			23,95																		13,99																4985,70024													2,252																		451,6918169
AYr5	14,98																			24,01																		13,98																5028,1838													2,256																		448,6709492
Ayr6	14,83																			23,91																		13,89																4925,18982													2,219																		450,5410111
Ayr7	14,86																			23,67																		13,87																4878,58109													2,209																		452,795589
Ayr8	14,83																			23,52																		13,86																4834,39018													2,197																		454,4523549
Ayr9	14,92																			23,93																		14,03																5009,20947													2,237																		446,5774518
Ayr10	14,85																			23,98																		13,88																4942,70964													2,239																		452,9903966
Ayr11	14,92																			23,98																		14,06																5030,4093													2,218																		440,9183964
Ayr12	14,80																			23,90																		13,85																4899,022													2,217																		452,5393027
Ayr13	14,89																			23,93																		13,94																4967,06874													2,265																		456,0033532
Ayr14	14,90																			23,93																		14,13																5038,15041													2,238																		444,2106364
Ayr15	14,89																			23,98																		14,03																5009,58267													2,223																		443,7495393
Ayr16	14,88																			23,84																		13,92																4937,96966													2,219																		449,3749762
Ayr17	14,87																			23,96																		13,97																4977,30424													2,228																		447,6318687
Ayr18	14,86																			23,94																		13,93																4955,57521													2,227																		449,3928363
Ayr19	14,86																			23,58																		13,81																4839,00743													2,226																		460,0116931
Ayr20	14,90																			24,06																		13,90																4983,0666													2,274																		456,3454962
Ayr21	14,87																			23,77																		13,98																4941,3694													2,222																		449,6729184
Tableau XXVIII : Ayous (Mesures prises après le débitage de la baguette des planches séchées à l'air libre)
Numéro	L(mm)									R+T(mm)																	T+R(mm)																					V(mm³)																						m(g)															(kg/m³)
Ayg1	28,93									24,87																	18,98																					13655,9031																						7,526															551,1169737
Ayg2	29,92									24,86																	19,56																					14548,9471																						7,692															528,6980537
Ayg3	29,96									24,88																	19,17																					14289,41																						7,672															536,9011031
AYg4	29,98									24,94																	19,13																					14303,524																						7,678															536,7907953
AYg5	23,52									24,93																	19,96																					11703,6179																						6,049															516,8487278
Ayg6	29,88									24,98																	19,94																					14883,2639																						7,582															509,4312695
Ayg7	30,01									24,96																	19,65																					14718,8246																						7,644															519,334946
Ayg8	30,01									24,90																	19,67																					14698,3878																						7,639															519,716862
Ayg9	29,86									24,88																	20,08																					14917,7693																						7,507															503,2253702
Ayg10	29,91									24,90																	19,89																					14813,2565																						7,610															513,7290369
Ayg11	29,89									24,89																	19,29																					14351,0289																						7,625															531,3207888
Ayg12	29,95									24,88																	19,40																					14456,0264																						7,677															531,0587977
Ayg13	29,97									24,92																	19,64																					14668,1811																						7,651															521,6052303
Tableau XXIX : Ayous (Mesures prises après la saturation à de l'eau déminéralisée des échantillons issus de la baguette des planches séchées à l'air libre)
Numéro					L(mm)														R+T(mm)																T+R(mm)																		V(mm³)												m(g)													(kg/m³)
Ayg1					29,04														24,93																19,05																		13791,5752												14,273													1034,90717
Ayg2					29,96														24,89																19,54																		14571,064												15,686													1076,51713
Ayg3					30,04														24,89																19,23																		14378,1864												14,874													1034,48374
AYg4					30,04														25,12																19,14																		14443,1359												14,853													1028,37778
AYg5					23,55														25,00																20,01																		11780,8875												13,164													1117,40308
Ayg6					30,00														24,92																19,92																		14892,192												16,524													1109,57474
Ayg7					30,03														24,92																19,64																		14697,5469												16,057													1092,49524
Ayg8					30,00														24,92																19,75																		14765,1												16,377													1109,1696
Ayg9					30,05														24,98																20,03																		15035,4995												16,615													1105,05142
Ayg10					29,98														24,91																19,87																		14838,9518												16,517													1113,08401
Ayg11					29,98														24,89																19,37																		14453,9366												15,287													1057,63574
Ayg12					30,11														24,89																19,46																		14584,0615												15,550													1066,23247
Ayg13					29,98														24,90																19,63																		14653,8343												16,237													1108,03764
Tableau XXX : Ayous (Mesures prises après déshydratation jusqu'à l'état anhydre des échantillons précédemment saturés à de l'eau déminéralisée)
Numéro				L(mm)										R+T(mm)																T+R(mm)																			V(mm³)														m(g)																(kg/m³)
Ayg1				29,98										23,97																18,03																			12956,7294														5,499																424,41266
Ayg2				29,93										24,04																18,57																			13361,4344														5,774																432,139232
Ayg3				30,05										24,01																18,15																			13095,2341														5,717																436,571043
AYg4				29,84										23,88																18,02																			12840,6772														5,672																441,721252
AYg5				23,57										23,76																19,04																			10662,8417														4,737																444,253054
Ayg6				29,75										23,89																18,96																			13475,3934														5,844																433,679361
Ayg7				30,01										24,00																18,65																			13432,476														5,829																433,948291
Ayg8				29,93										24,03																18,77																			13499,72														5,896																436,7498
Ayg9				29,85										24,07																19,05																			13687,225														5,821																425,287084
Ayg10				29,94										24,02																18,88																			13577,7181														5,884																433,357059
Ayg11				29,88										24,00																18,39																			13187,8368														5,739																435,17372
Ayg12				29,98										23,98																18,46																			13271,2706														5,765																434,39699
Ayg13				29,93										24,07																18,68																			13457,3541														5,865																435,821185

La figure 26 ci-dessous présente les différents retraits obtenus sur le bois de sapelli. Nous constatons que le retrait volumique est presque égal de la somme des autres retraits. Les évolutions et les ordres de grandeurs obtenus sont bien ceux annoncés dans la littérature et qui sont en rapports avec les formules (7) à (10) ci-dessus.

La figure 27 ci-dessous montre que le retrait volumique peut bien être utilisé pour estimer l'humidité au PSF. Il suffit alors de déduire l'humidité qui correspond au point où le retrait change d'évolution. Le psf obtenu est relatif à la température expérimentale. Pour que cette méthode soit précise, il faut que la température expérimentale soit maîtrisée et qu'il y ait une bonne concentration de points expérimentaux entre 15 et 35% d'humidité, car le psf de la plupart des bois tropicaux se trouve dans cette zone. Les relations (11), (12) et (13) donnent respectivement les droites des retraits volumiques dans le domaine hygroscopique, dans le domaine non hygroscopique et le psf obtenu.

Partie non hygroscopique

La figure 28 donne l'évolution de la masse volumique du sapelli en fonction de l'humidité. Le carré de corrélation montre qu'une relation linéaire est conforme. La relation (14) donne l'écriture de la droite obtenue.

La figure 29 ci-dessous donne les évolutions des retraits du bois de Fraké. Le nombre insuffisant des points expérimentaux au-delà de 20% d'humidité donne moins précise la détermination du psf. Mais celui-ci ne se trouverait pas loin de 20%. La figure 30 donne l'évolution de sa masse volumique, l'équation étant traduite par la relation (15).

Nous avons ensuite déterminé la densité et les retraits du bois de lotofa. Les échantillons récupérés nous ont permis de distinguer l'aubier du duramen, comme présenter ci haut, photo 11. Seulement, le bois se trouve dans le domaine hygroscopique. Les figures 31 et 32 présentent les retraits et la densité de l'aubier de ce bois respectivement. Les relations (16) à (19) représentent les modélisations des différents retraits avec des carrés de corrélation supérieurs à 0,8.

La figure 33 présente les retraits du duramen du lotofa et la modélisation est faite aux équations 21 à 24. Les carrés de corrélation sont supérieurs à 0,9, excepté dans la direction longitudinale. La masse volumique de cette partie du lotofa est donnée à la figure 34 et l'équation 25 donne la relation déduite.

Il ressort que le duramen est plus dense que l'aubier, par conséquent, les retraits du duramen sont plus importants, comme annoncé dans la littérature.

Les figures 35 et 36 donnent respectivement les retraits et la densité du bois d'ayous. La plage de variation de l'humidité nous permet d'estimer le psf qui est de 30%. L'équation (26) modélise l'influence de l'humidité sur la masse volumique de l'ayous.

Tableau XXXI: Récapitulatif des retraits totaux, des densités et de l'humidité au psf de nos bois

Les figures de ce chapitre montrent que les masses volumiques augmentent linéairement en fonction de l'humidité. Les retraits augmentent linéairement en fonction de l'humidité dans le domaine hygroscopique et deviennent constants dans le domaine non hygroscopique. Cette étude permet de donner des valeurs spécifiques aux bois camerounais afin de prédire les étanchéités des oeuvres en bois. Le tableau XXXI permet de faire un récapitulatif sur les densités et les retraits totaux de nos bois. Compte tenu du fait que la saturation n'est pas assurée lors de nos expériences, les valeurs numériques de ce tableau sont moins précises que les variations données dans les différentes figures. On constate en général que plus le bois est dense, plus est important le retrait. Le tableau XXXII ci-dessous présente les retraits totaux de quelques bois tropicaux. Nous constatons un même ordre de grandeur, mais des légères différences qui ne permettent pas de prédire ces grandeurs en fonction de leur densité et de tenir compte de l'origine du bois. On peut d'ailleurs comparer les valeurs obtenues sur le bois de sapelli et celles données sur le tableau XXXII pour validation.

Figure 37 : Corrélations entre Retraits totaux et densités des bois tropicaux utilisés

La figure 37 ci-dessus montre clairement que les retraits augmentent en général avec la densité. Pour une densité donnée, le retrait volumique est presque égal à la somme des autres retraits. Les coefficients de corrélation étant faibles, il n'est pas recommandé d'utiliser les corrélations obtenues lorsqu'on peut passer à une caractérisation expérimentale propre à l'espèce tropicale d'étude. La littérature montre d'ailleurs que, pour des densités proches de 500kg/m³, le retrait tangentiel total peut varier de 4 à 13% [10]. Au regard de nos carrés de corrélation, les relations qui estiment les retraits totaux sont bonnes.

Chapitre 5 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Cas des Perméabilités gazeuses (air) de nos essences

La perméabilité gazeuse est une propriété intéressante et permet de classer les matériaux vis-à-vis de leur aptitude à se faire traverser par un gaz. Cette perméabilité est influencée par la porosité, la tortuosité et le degré de saturation. Elle est aussi influencée par la composition du matériau. Ainsi, une planche de bois constituée uniquement de duramen aura une perméabilité gazeuse différente (plus faible) que celle d'une planche de la même essence constituée en partie du duramen et de l'aubier ou constituée uniquement de l'aubier. Cette grandeur est permet de mieux dimensionner les bâtiments à ossature bois en génie civil. En effet, plus une planche de bois est moins perméable à l'air, plus les déperditions des particules du gaz de climatisation à travers les parois en bois sont faibles. Dans ce chapitre, nous nous intéressons à la détermination de la perméabilité gazeuse de nos bois, mesures qui n'ont jamais été effectuées.

5.1/Matériel expérimental et méthode

On peut définir la perméabilité gazeuse d'un matériau comme l'aptitude du matériau à se laisser traverser par un fluide gazeux sous l'effet d'un gradient de pression. La formule de Darcy est généralement utilisée pour l'exprimer. Dans le cas d'un écoulement laminaire, on a [11,12] :

K est la perméabilité gazeuse du matériau (m²), Q est le débit volumique du gaz (m³/s), A est la section de l'échantillon (m²),

est la viscosité dynamique (Pa.s) et

est le gradient de pression (Pa/m).

P₂ est la pression à l'entrée de l'échantillon qui est supérieure à la pression de sortie du gaz de l'échantillon P₁.

est la différence de pression de part et d'autre de l'échantillon d'épaisseur L.

Les échantillons sont des cylindres d'épaisseurs situées entre 12 et 14 mm et de diamètres situés entre 68 et 70mm (Photos 13a et 13b). Le tableau XXXIII ci-dessous permet de voir entre autres les dimensions des échantillons utilisés. Pour annuler les fuites de gaz à travers les bords des échantillons, nous avons recouvert les bords de l'adhésif Epoxy de marque Koctite 3430 A et B Hysol (photo 13d). Quatre échantillons sont extraits par planchette (Photo 13a) afin d'étudier l'effet de la position sur la perméabilité gazeuse. Sur la figure 13a, nous avons du bas vers le haut le lotofa, le fraké, la sapelli et l'ayous. La photo 13b me présente lors de la préparation des échantillons. La photo 13c présente l'appareil ayant servi de mesurer la perméabilité gazeuse. Les différents circuits de l'appareil sont présentés dans la figure 38.

Photo 13a : Extraction des échantillons Photo 13b : Outillage des échantillons

Une alimentation électrique permet de faire fonctionner les appareils électriques du circuit (appareils de fixation de

et de lecture de la tension qui permettra de déduire le débit volumique). La figure 39 présente le support de l'échantillon lors des essais. Les annotations de la figure permettent de mieux comprendre le processus.

5.2/Resultats et discussion

Le tableau XXXIII présente les valeurs imposées (difference de pression, dimensions et masses des échantillons) et obtenues (tensions) lors des manipulations. A partir des masses et des volumes de chaque échantillon, on peut estimer la teneur en eau de chaque échantillon en utilisant les relations respectives entre la masse volumique et la teneur en eau modelisées au chapitre précedent. A partir des valeurs des tensions, un programme excel permet de déduire les débits volumiques (flux). Les figures 40 à 43 donnent les relations entre les différences de pression de part et d'autre des échantillons et les débits volumiques obtenues des échantillons identifiés. Nous constatons que la relation théorique (27) est satisfaisante, les points expérimentaux obtenus sur tous les échantillons étant alignés. La pente permet alors de déduire les valeurs des perméabilités gazeuses des échantillons.

Le tableau XXXIV montre que les perméabilités par échantillons sont dispersées, montrant une influence de la position des échantillons sur la planche. Cette dispersion est aussi influencée par la non uniformité des humidités des échantillons qui, bien qu'étant proche ne sont pas identiques. En tenant compte du type de débit et de la direction anatomique signalée à la première colonne du tableau XXXIV, nous constatons que le fraké est plus perméable que le lotofa, le lotofa plus perméable que le sapelli, le sapelli plus perméable que l'ayous. Resultat qui ne permet pas de trouver une relation linéaire entre la perméabilité gazeuse et la densité du bois. Il est vrai qu'un nombre important d'échantillons nous aurait permis de mieux éclaircir notre raisonnement. Signalons que la perméabilité gazeuse du bois varit énormement, même entre les échantillons d'une même espèce de bois. La littérature montre une variation de la perméabilité gazeuse du bois de chêne entre les valeurs de 2,5x10^-19m² (avec une frequence de 5%) et 2,5x10^-16m² (avec une presence de resultats de 43%) [14]. Cette même étude donne une valeur de 7,5x10^-17 m²avec une frequence de 25% et 2,5x10^-17m² avec une fréquence de 15%.

Figure 40 : Relation différence de pression et débits volumiques. Fraké, F2, 1^er essai

Figure 41 : Relation différence de pression et débits volumiques. Lotofa, Si2, 1^er essai

Figure 42 : Relation différence de pression et débits volumiques. Ayous, Ay 22, 1^er essai

Figure 43 : Relation différence de pression et débits volumiques. Sapelli, Sa4, 1^er essai

Afin de juger nos résultats et nos manipulations, nous avons repris les mesures de perméabilité gazeuse sur les échantillons dont les résultats s'écartent des autres échantillons de même espèce. On a le tableau XXXV suivant :

Nous constatons avec satisfaction une répétition (presque) des résultats, sauf la valeur de l'échantillon d'ayous 24 qui a presque doublé. Par curiosité, nous sommes passés à un troisième essai sur cet échantillon, les résultats obtenus sont les suivants :

Il est alors clair que la valeur de la perméabilité à retenir pour cet échantillon est de l'ordre de 2x10^-16 m².

En se référant des résultats ci-dessus, à des teneurs en eau base sèche proches de 10%, la perméabilité gazeuse à l'air des bois tropicaux du Cameroun est en moyenne égale à 4,902x10^-17 m², celle du fraké étant presque égale au double de celles des bois de sapelli, de lotofa et d'ayous.

Chapitre 6 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Cas des Coefficients de diffusion de la vapeur en régime permanent

Le coefficient de diffusion massique encore appelé diffusivité massique est une grandeur qui caractérise l'aptitude du bois à laisser migrer l'eau liée ou la vapeur d'eau. C'est un paramètre très intéressant pour mieux simuler le séchage du bois, aussi pour mieux dimensionner les parois des bâtiments à ossature bois tout intégrant les critères de confort thermique et hydrique. Dans cette étude, nous nous intéressons au régime permanent, c'est-à-dire l'étude est faite dans des conditions thermiques et massiques de l'air ambiant constantes.

6.1/Matériel expérimental et méthode

Le matériel et protocole expérimental utilisé dans la présente étude a déjà fait l'objet de plusieurs thèses [12,15], mais les applications n'ont jamais été faites sur les bois tropicaux du Cameroun. Cet équipement permet de moins perturber les conditions thermohydriques de l'enceinte expérimentale et est constitué d'un vaporimètre `'PVC-CHA'', d'une balance électronique, d'un cryothermostat, d'un thermohygromètre, d'un régulateur de tension, d'un système d'acquisition et d'une résistance chauffante (Photos 14). Pour plus de détails, le lecteur pourra se référer aux documents []. Les mesures sont effectuées en régime permanent, l'enceinte étant maintenue à des températures humide et sèche (presque) constantes. Elles sont en moyennes de 25°C et 33,5°C respectivement pour la température humide et pour la température sèche. D'après le diagramme de Mollier, on obtient une Humidité relative de l'air de 59% dans l'enceinte.

Photo 14a : Appareils de la manipulation Photo 14b : Etuve avec les vaporimètres

Photos 14 : Equipement de mesure du coefficient de diffusion en régime permanent

Dans les verres (vaporimètres), nous avons placé de l'eau distillée saturée avec le NaCl (pour la désorption, photo 15a) lors des premiers essais, ensuite le sel de sillicagel (pour l'adsorption, photo 15b). Le verre est bouché avec les échantillons de bois en forme de disque, mêmes échantillons utilisés lors de l'étude de la perméabilité gazeuse (Photo 16). Le verre et l'échantillon sont maintenus en contact grâce au système PVC-CHA qui assure l'étanchéité. La figure 44 décrit les vaporimètres utilisés.

Photo 15a : Vaporimètres pour désorption. Photo 15b : Vaporimètres pour adsorption

D'après la littérature [12], il règne alors une HR de 75% dans le verre lorsque la solution saline utilisée est le NaCl. L'ensemble est placé dans l'enceinte climatique et une pesée régulière permet de mesurer les différentes masses de l'ensemble constitué du verre, du NaCl, de l'échantillon de bois et du PVC-CHA. L'humidité relative de l'air dans le verre étant supérieure à celle de l'enceinte, nous aurons une perte de masse de l'ensemble défini ci-dessus, c'est-à-dire, l'eau va diffuser de l'intérieur du verre vers l'enceinte climatique.

Lorsque la solution saline est le silicagel, l'HR dans les verres est de 0%, celle de l'enceinte reste inchangée. La diffusion massique ira alors de l'enceinte vers le verre (adsorption). Les variations de masse donnent alors les gains (adsorption) ou les pertes (désorption) d'humidité par diffusion à travers l'échantillon.

Avec : f_exp la diffusivité réduite qui traduit le rapport entre la diffusivité massique du bois d'épaisseur E(m) sur la diffusivité de la vapeur d'eau dans l'air D_v, A est la section du bois (m²), R est la constante des gaz parfaits, P_vs est la pression de vapeur saturante à la température T(K), M_v est la masse molaire de l'eau (kg/mol), Q est le flux massique (kg/s) et HR₁ et HR₂ sont respectivement l'humidité relative de l'air du milieu moins humide et du milieu le plus humide en valeur décimale.

Entre le niveau supérieure de l'eau du verre et le niveau inférieur de l'échantillon, une diffusivité f_ade l'air doit être considérée afin d'estimer la diffusivité réelle du bois f_r. Sylvain Zohoun [15] dans sa thèse aboutit à la relation suivante :

Avec E_a(m) la distance entre le niveau inférieur de l'échantillon de bois et le niveau supérieur de l'eau ou du sel contenu dans le verre.

Pour retrouver le coefficient de diffusion du bois, on procède de la manière suivante :

Avec

_H la masse volumique du bois à l'humidité d'équilibre de l'expérience, D le coefficient de diffusion du bois et X la teneur en eau d'équilibre du bois.

La teneur en eau d'équilibre du bois est fonction de l'essence [5,6]. Les bois d'étude pouvant être classé en deux groupes (faibles densités et densités moyennes), nous avons, pour les bois d'ayous et de fraké, pris

égale à celle du bois d'ayous obtenue dans les travaux [5,6] (soit la valeur de 0,046753071) et pour les bois de Sapelli et de Lotofa, pris

égale à celle du bois d'ébène obtenue dans les mêmes travaux ci-dessus cités (soit une valeur de 0,0294), avec X₂=X_eq(33,5°C, 75%) et X₁=X_eq(33,5°C, 59%).

Les masses volumiques de chaque bois sont obtenues en utilisant les corrélations obtenues précédemment à l'humidité d'équilibre de nos bois qui est prise égale à 0,09 (d'après l'isotherme de désorption de l'ayous à HR=59%). Les tableaux XXXVII et XXXVIII présentent les différentes masses du système {PVC-CHA, échantillon, verre, solution saline} obtenues lors des essais.

6.2/Résultats et discussion

Tableau XXXVII : Masses et durées lors des deux premiers essais de désorption

Tableau XXXVIII : Masses et durées lors du dernier essai de désorption et de l'essai d'adsorption

Les figures 45, 46, 47 et 48 donnent les graphes des pertes de masse en fonction du temps. Nous nous sommes intéressés aux parties où le régime permanent était assuré. Nous constatons que ce régime s'installe rapidement dans le cas du fraké. Notons que, lorsque le régime permanent n'est pas assuré, les points ont la forme d'une courbure. Nous avons éliminé ces zones. Le sapelli et le lotofa, bois les plus denses ont des pentes qui se répètent à l'ordre 10^-3. Pour les bois de fraké et d'ayous, les pentes sont très différentes entre les essais, ce qui aura un effet sur les valeurs des coefficients de diffusion. Ces dernières seront dispersées. Les différentes pentes donnent les flux massiques Q qui, augmentés des autres grandeurs permettent de déduire f_exp à partir de la relation (29) ci-dessus. La figure 49 montre les graphes de gain de masse en fonction du temps lors de nos essais. Nous constatons que lors de l'adsorption, la mise en régime permanent est presque immédiate. Un fort rapprochement entre les pentes relatives des bois de sapelli et de lotofa tire l'attention, bien que la pente relative du bois de lotofa soit plus forte que celle du bois de sapelli. La pente relative au bois d'ayous est plus importante que celle relative au bois de fraké.

Que ce soit en adsorption qu'en désorption, le protocole expérimental donne des résultats qui satisfont les attentes de la théorie.

Figure 46 : variation de masse en fonction du temps, bois de fraké, désorption

Figure 47 : variation de masse en fonction du temps, bois de Lotofa, désorption

Figure 48 : variation de masse en fonction du temps, bois de Sapelli, désorption

Figure 49 : variation de masse en fonction du temps de nos bois lors de l'adsorption

Le tableau XXXIX ci-dessous présente les résultats obtenus. Nous constatons que plus le bois est dense, plus la diffusivité massique est faible. Les valeurs obtenues sont de l'ordre de 10^-11 m²/s. Mais notons que les conditions de l'air et la direction anatomique du bois influencent le coefficient de diffusion [2]. De fortes variations de cette grandeur peuvent être observées au cours du séchage, surtout que ce dernier à l'échelle industrielle ne s'opère pas en régime permanent. Les valeurs obtenues permettent alors de faciliter le choix du bois lors de la conception des bâtiments à ossature bois lorsque les parois internes de ces bâtiments sont exposées à une ambiance régulée en température et en humidité relative. Ainsi, pour limiter la diffusion massique à travers les parois, il est recommandé de choisir le bois dense.

Tableau XXXIX: Coefficients de diffusion massique (SS : Solution saturée de NaCl ; Sili : Silicagel).

Les coefficients de diffusion de la vapeur lors de la désorption sont plus élevés que ceux obtenus lors de l'adsorption. La figure 50 montre que les coefficients de diffusion décroisent exponentiellement lorsque la masse volumique basale croit. Plus le bois est dense, plus sont proches les coefficients de diffusion de désorption et d'adsorption.

Nous avons déterminé expérimentalement les coefficients de diffusion massiques (adsoption et désorption) en régime permanent de nos bois secs. Nous avons aussi corrélé cette grandeur et la densité basale. Une décroissance exponentielle est obtenue avec un fort carré de corrélation. Cette relation peut nous permettre de prédire les coefficients de diffusion des autres bois tropicaux dans les mêmes conditions de l'air.

Chapitre 7 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Méthode ENGREF-FCAP `'Flying wood'' pour la mise en place d'une table de séchage

La méthode `'Flying Wood'' est un outil développé à l'Ecole Nationale de Génie Rural, des Eaux et des Forêts (ENGREF) de Nancy qui permet une mesure en continu rapide de la cinétique de séchage du bois tout en quantifiant les fentes et les déformations induites par le processus de séchage. Dans ce chapitre, il est question de m'approprier de la méthode au vue d'être capable, aussitôt que le besoin et les conditions seront réunis, de mettre sur pied le dispositif expérimental en Afrique afin de définir des tables de séchage des essences pas encore caractérisées et commercialisées. Faute de matière végétale, les expériences ont porté seulement sur le bois de Fraké.

7.1/Matériel expérimental et méthode

En plus du matériel utilisé au chapitre précédent et présenté à la photo 17, des capteurs de masse et des jauges de déformation sont introduites dans l'étuve afin de mesurer en continu les déformations et les pertes de masse des échantillons. La photo 18 montre les capteurs (3 et 4) utilisés avec au dessus les jauges de déformation.

La méthode utilise un séchage dissymétrique et unidimensionnel, la migration de l'eau sur l'échantillon s'effectue alors par la face de dessus uniquement, les cinq autres faces étant isolées par une feuille d'aluminium soigneusement découpée. Le choix de la dissymétrie est dû à la volonté de limiter les fentes au cours de l'essai. La figure 51 ci-dessous compare le séchage dissymétrique utilisé dans cette méthode et du séchage classique dit conventionnel.

Le tableau XL ci-dessous présente le type de débits, les dimensions et la direction anatomique des échantillons utilisés, car ceux-ci influencent la déformation et la cinétique de séchage.

La photo 19 ci-dessous présente le montage de l'échantillon fixé sur le capteur 3 lors du premier essai. Les masses des pinces ont été soustraites des masses enregistrées los du calibrage et des différentes mesures.

Tout comme au premier chapitre, les capteurs et les jauges (potentiomètres) permettent d'avoir en entrée les tensions en millivolts qui, à la suite d'un calibrage permet de transformer ces données d'entrées en masse pour les capteurs de masse et en millimètre pour les jauges.

7.2/Résultats et discussions

7.2.1/ Calibration des capteurs de masse

La figure 52 présente les résultats des évolutions des masses marquées en fonction des tensions lues sur l'écran de sortie. Nous constatons une forte linéarité des points expérimentaux.

7.2.2/ Calibration des potentiomètres (jauges)

La figure 53 présente les résultats des évolutions des déplacements des jauges en fonction des tensions lues sur l'écran de sortie. Nous constatons une forte linéarité des points expérimentaux.

Figure 53.a : Jauge au dessus du capteur 4 Figure 53.b : Jauge au dessus du capteur 3

7.2.3/Conditions de l'air lors des essais et rayon de courbure

Les figures 54 et 55 donnent les différentes températures (sèche Ts, rosée Tr et humide Th) lors des essais respectivement des essais 1 et 2. Au premier essai, les conditions de séchage sont constantes (sauf Tr) alors qu'au second, nous avons baissé la température humide après 20 heures de séchage. Notre choix est fait pour se rapprocher des conditions du séchage solaire.

Le tableau XLI ci-dessous les masses initiales, finales et anhydres des échantillons et les teneurs en eau finales différents extraits afin de déduire les masses anhydres des échantillons.

Nous prenons comme paramètre de déformation, le rayon de courbure central. Ce choix est imposé par le matériel expérimental. Ce rayon de courbure permet de mieux la courbure maximale, au regard de la figure 51. La figure 56 ci-dessous présente les évolutions temporelles du rayon de courbure central et de l'humidité de notre échantillon de 5mm d'épaisseur lors des deux essais. Nous constatons que la baisse de la température humide n'a pas une influence importante sur l'évolution de la teneur en eau des éprouvettes. Mais seulement, cette influence peut être importante lorsque la variation de la température humide est importante. Lors du début du séchage de l'essai 2 (20 premières heures de séchage), la température humide est plus importante. L'intensité de retrait d'eau est donc plus faible qu'au premier essai (vitesse de séchage faible au 2^ème essai en début de séchage). L'état mécanique du bois est donc influencé, en début de séchage, le rayon de courbure est faible au 2^ème essai.

Figure 57 : Rayon de courbure et humidité lors du 2^ème essai pour e=5mm et e=7mm

Lorsque la température humide baisse, le séchage devient sévère et le rayon de courbure centrale devient important et la déformation de la planche est de plus en plus importante. Ainsi, la valeur de la température humide semble avoir une influence importante sur la mécanique du bois que sur sa cinétique de séchage. La figure 57 montre que plus le bois est épais, plus il retient l'eau (distance de parcours moyenne étant importante lorsque croît l'épaisseur du bois). Aussi, plus le bois est épais, plus sa torsion est faible (son rayon de courbure devient faible). En plus, plus le bois est épais, plus sa vitesse de torsion est faible. Sur les figures 56 et 57, nous constatons que la torsion du bois a lieu dès le début du séchage (la première phase du séchage est donc inexistante [15]) et l'inversion du sens de torsion est obtenu entre 25 et 30% d'humidité, donc proche de l'humidité au point de saturation des fibres. C'est un constat qui est particulier au présent bois car en général, la torsion du bois a lieu dans le domaine (ou proche du domaine) hygroscopique.

Figure 58: Evolutions de la vitesse et de la déformation de quelques bois tropicaux [16].

La figure 58 ci-dessus qui concerne les bois tropicaux du Brésil montre effectivement que les déformations ont lieu dès le domaine non hygroscopique. On constate que pour les bois tropicaux du Brésil, les déformations peuvent atteindre 10cm. Le bois de Fraké est très stable, les déformations n'atteignant que le millimètre. Ceci serait dû au faible retrait de ce bois [16].

Figure 59 : Etat des bois tropicaux à la fin du séchage dissymétrique de quelques bois tropicaux [16]

La figure 59 ci-dessus montre l'état de quelques bois tropicaux du Brésil à la fin du séchage asymétrique. Cette figure montre que pour certains bois, la stabilité est assurée (état presque plat des planches). Pour établir les tables de séchage ou pour rendre plus spécifique les tables de séchage à quelques types de bois, il faut trouver un juste milieu entre vitesse de séchage et état des contraintes des planches de bois à la fin de séchage.

Dans ce chapitre, nous nous sommes appropriés de la méthode `'Flying wood'', méthode qui peut être adaptée pour redéfinir quelques tables de séchage des bois tropicaux spécifiques au Cameroun. Cette méthode peut même être recommandée pour définir les tables de séchage des bois camerounais pas encore étudiés et commercialisés. Le bois de Fraké est très stable et les déformations observées lors de nos essais sont presque nulles.

Chapitre 8 :

Autres activités ayant suivi durant le stage

Durant le déroulement de ce stage, j'ai suivi certaines activités relatives à l'enseignement, à la recherche et à la restitution des résultats de recherche d'une équipe de recherche financée par le CRITT Bois. Nous présentons brièvement ces activités dans la suite.

8.1/ Activités relatives à l'enseignement

Suite à l'événement malheureux lié au transport de mes bagages par la compagnie aérienne dont j'ai emprunté que je ne citerai pas ici, j'ai utilisé les deux premières semaines de mon stage dans la lecture et à suivre quelques enseignements dispensés par les Professeurs Romain REMOND et Eric MOUGEL, cotuteurs de mon stage. Durant les enseignements dispensés par le premier, j'ai apprécié l'aisance et son plaisir à exercer son métier. L'approche pédagogique qu'il utilise permet aux élèves-ingénieurs de participer activement aux enseignements. Ils apportent ainsi leurs contributions et assimilent aussitôt les cours. Les séances de travaux pratiques portaient sur les propriétés du bois et le séchage du bois. Ces séances sont facilitées par la présence des appareils, appareils que j'ai dans la grande majorité utilisés dans un volet de mon stage post doctoral. Je cite ainsi entre autres, l'étuve à dessiccation, le séchoir semi industriel et la balance numérique de précision. Ces cours sont plaisants grâce aux fortes connaissances du Professeur REMOND, de l'intéressement des apprenants, de l'effectif des élèves à gérer durant les enseignements et la présence des appareils fiables qui permettent de confirmer les résultats théoriques.

Le cours dispensé par le Professeur Eric MOUGEL relatif à la restitution du travail pratique des élèves-ingénieurs intitulé `'Diagnostic des performances énergétiques''. Ce cours de TP sous forme d'exposés des élèves ingénieurs de l'ENSTIB relatifs à l'état de consommation énergétique et du bilan de déperdition énergétique à travers les parois de quelques maisons de la ville d'Epinal au vue d'améliorer les isolations thermiques a eu lieu le 12 juin 2012 à l'amphi théâtre Philippe SEGUIN de l'ENSTIB. La présence de quelques habitants de la ville (en général ceux dont les maisons ont été diagnostiquées) a fait de ce cours une particularité. En plus, cette attitude a pour bénéfice de rapprocher les futurs ingénieurs du terrain et donnent la nécessité à la population de mieux contrôler leurs consommations d'énergie.

8.2/ Activité relative au Projet TRANSBATIBOIS

Le 13 juillet 2012, j'ai assisté à la réunion de clôture du projet TRANSBATIBOIS qui avait eu lieu au CRITT Bois. L'ingénieur Alexis NICOLAS, modérateur de cette réunion a passé la parole en premier au Pr REMOND, qui a présenté les recherches liées à la caractérisation thermophysique du bois et l'analyse des résultats pour assurer un confort thermique des maisons à ossature bois. Le deuxième exposé est une communication des chercheurs ISIAKA TRAORE, David LACROIX et Gérard JEANDEL intitulée Modélisation des parois à ossature bois des bâtiments. Le troisième exposé a été animé par Helisoa Mamy RAFIDIARISON et portait sur son travail de Thèse de Doctorat de l'Université de Lorraine et financé par le CRITT Bois. Ma présence à la soutenance de cette thèse de Doctorat est la troisième activité que j'ai assistée et qui est décrite ci-dessous.

8.3/ Activité relative à la soutenance de thèse de la très désormais Dr RAFIDIARISON Helisoa

Le 17 juillet 2012, j'ai assisté à la soutenance de la thèse de Doctorat de Hélisoa, thèse intitulée `'Etudes expérimentales des transferts de masse et de chaleur dans les parois des constructions en bois, en vue de leur modélisation. Application aux économies d'énergie et au confort dans l'habitat''. J'ai été ravi de suivre le grand travail d'expérimentation de cette thèse et de l'échange que j'ai eu, bien entendu après la cérémonie, avec le Professeur Patrick PERRE, Directeur de laboratoire à l'Ecole Centrale de Paris. C'est un enseignant-chercheur très connu dans le domaine du séchage du bois.

8.4/Exposés relatifs à mes travaux

Durant mon stage post doctoral, deux exposés ont été organisés par le LERMAB. Le premier exposé effectué la troisième semaine de mon stage m'a permis de présenter mon travail de thèse de Doctorat effectué au Cameroun et de mieux expliquer les différentes manipulations que je devais effectuer durant mon stage post doctoral. En plus de moi, étaient présents le Professeur Yann ROGAUME et les Maîtres de conférences Eric MOUGEL et Romain REMOND. Le deuxième exposé a eu lieu dès l'entame de mon troisième mois de stage et a permis de présenter les résultats déjà obtenus et de les faire apprécier par les tuteurs et les superviseurs académiques du stage. Etaient présents les Professeurs Yann ROGAUME et André ZOULALIAN, le Maître de Conférence Romain Rémond, le Doctorant Jérôme LEMONON et moi.

Ce stage post doctoral, en plus des activités de recherche inscrites au programme et qui étaient l'objet de mon stage, m'a permis de voir comment se déroule le travail d'enseignement et de recherche en France.

Conclusion générale et perspectives

Dans ce stage post doctoral, l'objectif était de caractériser les bois tropicaux du Cameroun afin de se situer par rapport à leur spécificité. Nous nous sommes intéressés aux bois d'ayous, de sapelli, de lotofa et de fraké. Le choix des essences est effectué afin d'avoir une plage acceptable des densités. Dans cette étude, nous avons déterminé expérimentalement la cinétique de séchage, la masse volumique, les retraits, les isothermes de sorption et désorption, les coefficients de diffusion massiques en régime permanent et la perméabilité gazeuse de nos bois qui sont tous arrivés à maturité. Les appareils utilisés sont tous de qualité, ayant servi dans plusieurs études sérieuses.

Les bois sont obtenus d'une scierie du Cameroun et transportés au LERMAB de l'ENSTIB, Université de Lorraine, après être soigneusement emballés afin de limiter le séchage lors du transport.

Nous avons utilisé une vingtaine d'échantillons pour corréler la masse volumique en fonction de l'humidité de nos bois. Nous avons obtenu une relation linéaire avec des forts carrés de corrélation. Les mêmes échantillons ont été utilisés pour obtenir les retraits. Les valeurs obtenues sont différentes de celles annoncées dans la littérature, preuve que l'origine du bois doit influencer sa caractérisation. La détermination des retraits peut nous permettre de déduire l'humidité au point de saturation des fibres relative aux conditions expérimentales, il faut alors que la plage de variation d'humidité soit importante afin de mieux distinguer les domaines hygroscopiques et non hygroscopiques. La répétition de la détermination de l'humidité au point de saturation des fibres dans des conditions de température différentes permet de trouver une relation entre l'Humidité au PSF et la température, relation très importante pour mieux simuler numériquement le séchage du bois spécifique à l'essence d'étude. Il ressort néanmoins que plus le bois est dense, plus son retrait est important et la masse volumique varie linéairement avec la teneur en eau.

Les cinétiques de séchage sont établies afin de mieux se situer sur la vitesse de retrait de l'eau du bois. La sensibilité plus ou moins importante des capteurs de masse avec la température ne nous a pas permis d'étudier le séchage avec des conditions variantes. Les résultats donnés par le séchoir semi industriel utilisé sont validés (dans la forme et la durée du séchage) par ceux obtenus dans une atmosphère très contrôlée. Il ressort que plus le bois est moins dense, plus sa déformation est faible. Ceci s'explique sans doute par le fait que le retrait augmente avec la densité.

Les isothermes de désorption et adsorption sont obtenues en utilisant des appareils de nouvelles technologies. Il ressort une faible variation entre les isothermes de sorption des bois d'étude et surtout, une influence très faible de la température sur les isothermes de désorption de tous nos bois. Ce qui est très surprenant au regard de toute la littérature disponible. Plus la température augmente, plus l'hystérésis de sorption diminue. Donc les isothermes d'adsorption croient avec la température. La méthode des fibres semble ne pas être appropriée pour déterminer les isothermes de sorption du bois car celle-ci ne tient pas compte des spécificités intrinsèques au bois (porosité, hétérogénéité spatiale,...). En nous référant aux résultats obtenus, il vient que les hystérésis de sorption sont fonction du bois. Ce qui est très important dans le choix du bois à utiliser dans la confection des oeuvres d'art à utiliser dans les milieux dont les caractéristiques de l'air varient énormément car le retrait est fonction de la quantité d'eau absorbée ou rejetée dans le domaine hygroscopique.

La détermination de la perméabilité gazeuse ne nous permet pas de trouver un rapprochement entre cette grandeur et la densité du bois. La perméabilité gazeuse serait fonction de la disposition des fibres de bois dans une direction anatomique donnée. Nous obtenons des perméabilité gazeuses de l'ordre de 10^-17m², donc plus faibles que celles des bois résineux.

Les coefficients de diffusion massiques obtenus en régime permanent permettent de constater que les bois tropicaux diffusent moins de l'humidité que les bois résineux. Ceci serait dû à leurs porosités qui sont très faibles que celles des bois résineux.

La méthode de `'Flying Wood'' a été utilisée afin de maîtriser la manipulation. Son application sur le bois de fraké confirme la stabilité spatiale de ce bois. Cette méthode est appropriée pour établir les tables de séchage des bois camerounais pas encore valorisés.

Il est souhaitable de faire des essais de caractérisation sur plusieurs arbres afin d'étudier l'effet de la diversité des arbres intra espèce sur les propriétés déterminées.

Au-delà des résultats scientifiques obtenus dans ce travail, il est souhaitable d'équiper les laboratoires de nos facultés dont les travaux sont orientés vers le bois, de diversifier la recherche sur le matériau bois et surtout d'appliquer les résultats de cette recherche dans nos industries appropriées. Nous nous sommes rendu compte que le matériel de laboratoire utilisé est à notre portée (en ce qui concerne leur prix). Tout dépend alors d'une volonté politique et de la conscience des personnes qui sont à la charge de la définition de cette politique et qui gèrent l'argent public. Le Cameroun ayant plus de 17,5 millions d'hectares de forêt naturelle (44% de sa superficie et plus de 300 espèces de bois), il est nécessaire de préserver cet espace à travers des actions comme le reboisement et l'optimisation de son exploitation à travers une minimisation de la destruction de ses produits ligneux ou non. Le développement de la technologie locale de traitement du bois camerounais est alors une condition clé non seulement pour réduire le chômage à travers des nombreux postes directs et indirects qui seront crées, mais aussi de la valeur ajoutée induite lors de l'exportation des bois traités.

Références Bibliographiques

[1]Rémond R.''Approche déterministe du séchage des avivés de résineux de fortes épaisseurs pour proposer des conduites industrielles adaptées'' Thèse de Doctorat de l'ENGREF, 10 Décembre 2004

[2]Kouchade A.C.''Détermination en routine de la diffusivité massique dans le bois par méthode inverse à partir de la mesure électrique en régime transitoire'' Thèse de Doctorat de l'ENGREF 23 Septembre 2004

[3]Centre pour le développement de l'entreprise, le séchage du bois, ACP-UE, 25 pages

[4]Leger F., Amazouz M. `'Evaluation des pratiques de contrôle et de commande des séchoirs à bois'' Centre de la technologie de l'énergie de CANMET-Varennes, Avril 2003

[5]Simo Tagne M. ''Contribution à l'étude du séchage des bois tropicaux au Cameroun : Aspects caractérisation, modélisation multi-échelle et simulation. Le cas des bois d'ayous (Triplochiton scleroxylon) et d'ébène (Diospyros crassiflora)'' Thèse de Doctorat/Ph.D de l'Université de Yaoundé I, 22 Juillet 2011

[6]Simo Tagne M., Zoulalian A., Njomo D. et Bonoma B. `'Modelling of desorption isotherms and estimation of the thermophysic and thermodynamic properties of tropical woods in Cameroon: the case of ayous and ebony woods'' Revue des Energies Renouvelables, Vol.14, N°3, 2011, pp487-500

[7]Bhouri N. `'Comportement thermodynamique et dimensionnel des matériaux textiles soumis à des variations des conditions climatiques'' Thèse de Doctorat de l'ENI de Monastir et de l'Université Henri Poincaré, 9 Novembre 2009

[8]Andalfatto L. `'Corrélation entre structure et caractéristiques mécaniques du matériau bois'' T.I.P.E. 2005-06, 8 pages

[9]Guiscafre J., Sales Ch. `'Le retrait longitudinal des bois tropicaux'', Revue Bois et Forêts des Tropiques, N°186, Juillet-Août 1979, pp39-51

[10]Hock R. `'Vitesse de croissance et retrait du bois : Relation entre largeur des cernes d'accroissement et le retrait au séchage dans quelques arbres tropicaux'' Revue Bois et Forêts des Tropiques, N° 203, 1^er trimestre 1984, pp79-90

[11]Chap2.2, Cours de l'Université de Sherbrooke, GCI 714-Durabilité et Réparation du béton, pp60-96

[12]Mouchot N. `'Etude expérimentale et modélisation des transports diffusionnels de l'eau dans le domaine hygroscopique des bois de hêtre et d'épicéa'' Thèse de Doctorat de l'Université Henri Poincaré, 20 Septembre 2002

[13]Adam Redman L., Baillères H., Turner I., Perré P. `'Mass transfer properties (permeability and mass diffusivity) of four Australian hardwood species'' Bioresources 7(3)2012, pp3410-3424

[14]Nadeau J.P., Puiggali J.R. ''Séchage, des processus physiques aux procédés industriels'' Paris, New York, Londres, Tec and Doc, 1995, 307pages

[15]Zohoun S. `'Détermination de la diffusivité massique dans le domaine hygroscopique du bois. Comparaison des mesures en régime permanent et transitoire'' Thèse de Doctorat de l'Institut National Polytechnique de Lorraine, 02 Juin 1998

[16]Brandao Alcir T.D.O. `'Classification des bois tropicaux vis-à-vis du séchage : la méthode ENGREF-FCAP-Flying Wood'' Thèse de Doctorat de l'ENGREF, 02 Octobre 1996

Résumé étendu

Pour une utilisation optimale, le bois doit être séché en suivant des conditions bien définies afin de lui conférer des propriétés mécaniques stables. L'objectif de ce travail est de caractériser expérimentalement les bois camerounais afin de ressortir leur spécificité. Quatre essences venues du Cameroun et ayant des couleurs et des densités différentes ont été utilisées (ayous, fraké, lotofa et sapelli).

Un séchoir semi industriel avec des conditions d'air légèrement fluctuantes et une étuve permettant d'avoir des conditions aérodynamiques et thermophysiques de l'air très stables ont été utilisés pour déterminer les cinétiques de séchage de nos bois.

Les vaporimètres sont utilisés pour déterminer les coefficients de diffusion de la vapeur d'eau en régime permanent de nos bois (en absorption et en désorption) portés à des teneurs en eau moyennes de 10% et des températures sèches de 33°C. Les mêmes échantillons sont utilisés pour estimer les perméabilités gazeuses de nos bois.

Nous avons estimé les différents retraits de nos bois en utilisant en moyenne 20 échantillons par essence. Les fibres de bois sont utilisées pour estimer les isothermes de sorption (adsorption et désorption) de nos bois à 20°C et à 40°C.

Enfin, la méthode `'Flying Wood'' a été testée sur le bois de fraké seulement (à cause de la non disponibilité du matériel végétal) afin de maîtriser la manipulation qui peut être utilisée pour établir les tables de séchage des essences camerounaises qui n'ont pas encore fait l'objet d'une étude sérieuse.

*L'origine des bois doit forcement influencer les propriétés de ceux-ci, ces bois étant de la même espèce ou non ;

*Plus le bois est dense, plus son coefficient de diffusion est faible. Le coefficient de diffusion décroit exponentiellement en fonction de la masse volumique basale du bois. Les bois très denses ont des coefficients de diffusion en désorption très proches de ceux en absorption ;

*L'utilisation des fibres de bois semblent n'être pas appropriées pour estimer les isothermes de sorption du bois car, en plus d'avoir obtenu une légère différence entre les isothermes de nos bois, nous avons constaté que la température n'influence pas ces isothermes ;

*Les perméabilités gazeuses des bois obtenues sont plus faibles que celles des bois résineux. Une corrélation n'a pas pu être dégagée entre cette grandeur, le coefficient de diffusion et la densité de nos bois car, la perméabilité gazeuse peut fortement varier entre deux échantillons issus d'une même planche, surtout si cette dernière est un débit qui n'appartient pas à une même direction anatomique du bois (cas des directions mixtes sur un même débit).

Ce stage m'a permis d'assister à plusieurs activités pédagogiques intéressantes.

Bien que les résultats obtenus soient intéressants pour simuler numériquement le séchage des bois d'étude ou pour simuler les transferts à travers les parois de maisons à ossature bois, ces résultats doivent être confirmés en utilisant des échantillons issus de plusieurs arbres de la même espèce. Il est également souhaitable que les échantillons aient des teneurs en eau importantes au début de l'étude afin d'avoir toutes les phases de séchage sur les cinétiques.

Rapport de stage post- doctoral portant sur " la caractérisation des propriétés thermophysiques et cinétiques des bois tropicaux: étude des influences de la température et de la teneur en eau au vue d'optimiser la qualité du bois "

CARACTERISATION DES PROPRIETES THERMOPHYSIQUES ET CINETIQUES DES BOIS TROPICAUX : ETUDE DES INFLUENCES DE LA TEMPERATURE ET DE LA TENEUR EN EAU AU VUE D'OPTIMISER LA QUALITE DU BOIS

Remerciements

Résumé

Abstract

Table de Matières

Liste des Figures

Liste des Photos

Liste des Tableaux

Introduction générale

Chapitre 1 :

Description de l'Ecole Nationale Supérieure des Technologies et Industries Bois

(ENSTIB) et problématique du stage

1.1/Description de l'ENSTIB

1.2/La problématique du stage

Chapitre 2 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Cas de la cinétique de séchage

2.1/ Le bois

2.2/Cinétique de séchage

a)Séchoir semi industriel

a1)Préparation du séchoir

a2)Préparation des planches

a3)Résultats et discussions

b) Cinétique de séchage. Bois placés dans l'étuve avec des conditions d'air très stables

Chapitre 3 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Cas des isothermes de sorption

3.1/Matériel utilisé

3.2/Résultats et discussion

Chapitre 4 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Cas de la Densité et des Retraits des échantillons

4.1/Matériel expérimental et méthodes

4.2/Résultats

Partie non hygroscopique

Chapitre 5 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Cas des Perméabilités gazeuses (air) de nos essences

5.1/Matériel expérimental et méthode

5.2/Resultats et discussion

Chapitre 6 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Cas des Coefficients de diffusion de la vapeur en régime permanent

6.1/Matériel expérimental et méthode

6.2/Résultats et discussion

Chapitre 7 :

Présentation du matériel expérimental et des résultats obtenus :

Méthode ENGREF-FCAP `'Flying wood'' pour la mise en place d'une table de séchage

7.1/Matériel expérimental et méthode

7.2/Résultats et discussions

7.2.1/ Calibration des capteurs de masse

7.2.2/ Calibration des potentiomètres (jauges)

7.2.3/Conditions de l'air lors des essais et rayon de courbure

Chapitre 8 :

Autres activités ayant suivi durant le stage

8.1/ Activités relatives à l'enseignement

8.2/ Activité relative au Projet TRANSBATIBOIS

8.3/ Activité relative à la soutenance de thèse de la très désormais Dr RAFIDIARISON Helisoa

8.4/Exposés relatifs à mes travaux

Conclusion générale et perspectives

Références Bibliographiques

Résumé étendu