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).
 
Photo 6a : planches découpées
Photo 6b : échantillons pour isothermes
 
Photo 6c : Sapelli, Lotofa et Fraké.
Photo 6d : Ayous et Fraké
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 1er essai constitué des bois de
Sappeli, de Lotofa et de Fraké) et sur la photo 6d (pour le
2ème 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.
Figure 4a : Débits principaux durant les deux
essais
Figure 4b : Débits secondaires durant les deux
essais
Figure 4 : Les différents débits du
séchoir
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 2ème 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 1er 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 1er 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 1er essai alors que l'ayous 1, l'ayous 2 et
le fraké 2 sont utilisés lors du 2ème essai.
Tableau III : Caractéristiques
des planches utilisées lors des essais sur le séchoir semi
industriel
|
Essences
|
Débit
|
Lxlxep(dm)
|
Mi(g)
|
Mf(g)
|
mf(g)
|
m0(g)
|
Xf(%)
|
M0(g)
|
Xi(%)
|
|
Fraké 1
|
mixte
|
4,3x1,2x0,25
|
1098
|
549,8
|
14,1
|
13,096
|
7,67
|
510,651
|
115,02
|
|
Sapelli
|
Quartier
|
4,3x1,2x0,24
|
1061,5
|
737
|
14,8
|
13,795
|
7,285
|
687
|
54,52
|
|
Lotofa
|
Mixte+aubier
|
4,3x1,2x0,25
|
918,9
|
793,5
|
18,9
|
17,634
|
7,18
|
740,348
|
24
|
|
Ayous 1
|
quartier
|
4,5x1,2x0,25
|
801,1
|
664,5
|
23,25
|
22,002
|
5,67
|
628,85
|
27,4
|
|
Ayous 2
|
mixte
|
4,5x1,2x0,25
|
720,4
|
573,8
|
19,683
|
18,619
|
5,71
|
542,806
|
32,72
|
|
Fraké 2
|
Mixte+petites fentes et moisissures
|
4,5x1,185x0,25
|
950,4
|
531,8
|
17,203
|
16,288
|
5,78
|
502,741
|
89,044
|
Mi : Masse initiale (dès le
début du séchage) de la planche
Mf : Masse finale de la planche à la
fin de l'opération de séchage
mf : 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.
m0 : Masse anhydre du petit
échantillon
xf : Teneur en eau de la planche (égale
à celle du petit échantillon) en fin de séchage
M0 : Masse anhydre de la planche
Xi : Teneur en eau initiale (dès le
début du séchage) de la planche
Figure 6 : Evolutions des températures à
coeur et à surface durant le 1er essai, Sapelli, Lotofa et
Fraké
La figure 6 ci-dessus montre les évolutions des
températures de surface et de coeur des bois lors du 1er
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 12ème heure. Ce constat est
observé jusqu'à la 150ème 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
2ème 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.
Figure 7 : Evolutions des masses des échantillons,
1er essai
La figure 7 présente les évolutions des masses
de nos échantillons durant le 1er 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 1er
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
1er 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 2ème
essai, les caractéristiques du séchoir sont presque les
mêmes que celles observées durant le 1er 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 1er essai.
Figure 8b : Evolutions des teneurs en eau à coeur
de nos bois durant le 1er essai
Figure 8 : Evolutions des teneurs en eau de nos bois
durant le 1er essai.
Figure 9 : Evolutions des températures et de l'HR
de l'air durant le 2eme essai, Ayous 1, Ayous 2 et Fraké
2.
Figure 10 : Evolutions des températures à
coeur et à surface durant le 2ème essai, Ayous
La figure 10 montre l'évolution des
températures de coeur et de surface du bois d'ayous durant le
2ème 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.
Figure 11 : Evolutions des masses des
échantillons, 2ème essai
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 2ème 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 12 : Evolutions des teneurs en eau de nos bois
durant le 2ème essai.
Figure 13 : Evolutions des teneurs en eau à coeur
de nos bois durant le 2ème 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.
Tableau IV : estimation des gradients
d'humidité en fin de séchage
|
essences
|
positions
|
mf(g)
|
mo(g)
|
xf(%)
|
|
Sapelli
|
Proche surface
|
4,2
|
4,079
|
2,97
|
|
coeur
|
4
|
3,822
|
4,66
|
|
Proche surface
|
4
|
3,846
|
4,004
|
|
Lotofa
|
Proche surface
|
3,9
|
3, 805
|
2,5
|
|
coeur
|
5,8
|
5,481
|
5,82
|
|
Proche surface
|
3,9
|
3, 738
|
4,33
|
|
Fraké 1
|
Proche surface
|
2,8
|
2,674
|
4,712
|
|
coeur
|
2,9
|
2,771
|
4,66
|
|
Proche surface
|
4,6
|
4,413
|
4,24
|
|
Fraké 2
|
Proche surface
|
3,123
|
2,971
|
5,12
|
|
coeur
|
3,176
|
3,017
|
5,27
|
|
Proche surface
|
1,830
|
1,744
|
4,93
|
|
Ayous 1
|
Proche surface
|
3,683
|
3,493
|
5,44
|
|
coeur
|
2,147
|
2,037
|
5,4
|
|
Proche surface
|
3,737
|
3,548
|
5,33
|
|
Ayous 2
|
Proche surface
|
3,133
|
2,977
|
5,24
|
|
coeur
|
1,842
|
1,748
|
5,38
|
|
Proche surface
|
3,006
|
2,860
|
5,105
|
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.
|
|
