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 "

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 2a : Séchoir semi industriel Photo 2b : Enceinte du séchoir

Photo 2c : Dispositif d'acquisition Photo 2d : Bois de chêne pour test

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

Photos 2 : Equipement du séchoir pour test

Photo 3a : Boîte de contrôle Photo 3b : Cabine de Contrôle

Photos 3 : Instruments de contrôle du séchoir

Figure 2 : Séchoir à air chaud utilisé [1]

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.

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

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.

Photo 5a : Sonde de température Photo 5b : Sonde des humidités

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

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 :

(1)

Avec la résistivité électrique, r_e le rayon de la sonde.

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

(2)

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 :

(3)

c1 et d1 sont des constantes définies 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.

Tableau I : Equations de calibration des Thermocouples établies

Thermocouples	Equations
Th105
Th106
Th107
Th108
Th109
Th110

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.

Tableau II : Equations de calibration des capteurs de masse établies

Capteurs de masse	Equations
	T=21°C	T=62,5°C
C1O1	M101=305,36U101-0,5143	M101=305,45U101-0,5094
C102	M102=U102	M102=0,9935U102-0,5335
C103	M103=1,0374U103+0,0591	M103=1,1329U103+0,1165

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.