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Pourquoi on sèche le bois ?

Le bois est un matériau hygroscopique qui gagne en humidité sous l’effet des variations du taux d’humidité. L’hygroscopicité est l’une des propriétés les plus distinctives du bois. Tout type de produit en bois absorbe et désorbe l’humidité de l’air ambiant jusqu’à ce qu’il atteigne une teneur en humidité d’équilibre, un point d’équilibre entre la teneur en humidité du bois et celle du milieu ambiant.

Étant donné que les dimensions des produits en bois changent avec la fluctuation de l’humidité relative, le séchage au four devient l’un des processus les plus importants pour l’utilisation efficace des produits en bois. L’usinage, le collage et la finition du bois ne sont possibles que si la teneur en humidité est réduite à un niveau approprié.

Parmi les autres avantages du séchage, citons la réduction du poids, l’augmentation des propriétés de résistance et une meilleure résistance à la détérioration biologique due aux champignons et aux insectes. Par conséquent, le bois doit être séché avant d’être utilisé pour toute application dans la fabrication ultérieure.

Comment fonctionne un séchoir à bois ?

Le séchage au four
Le processus de séchage au four implique le séchage du bois dans une chambre où la circulation de l’air, l’humidité relative et la température peuvent être contrôlées de manière à ce que la teneur en humidité du bois puisse être réduite à un point cible sans présenter de défauts de séchage.

Les séchoirs les plus couramment utilisés sont les séchoirs conventionnels et les séchoirs à déshumidification. Les séchoirs à vide et solaires sont également utilisés pour des applications et des conditions particulières.

Fours conventionnels
Un four conventionnel utilise de la vapeur qui entre dans le four par des tuyaux et rayonne de la chaleur dans l’atmosphère du four. L’eau contenue dans le bois est transformée en vapeur par évaporation et évacuée du four avec l’air chaud. Ce type de four nécessite de grandes quantités d’énergie ; il n’est donc ni économique ni efficace par rapport aux fours de déshumidification.

Fours de déshumidification
Aujourd’hui, les fours à déshumidification sont parmi les fours les plus utilisés dans l’industrie des produits du bois. L’un des avantages des fours à déshumidification est le recyclage continu de la chaleur à l’intérieur du four plutôt que l’évacuation de la chaleur du four comme dans le cas des fours conventionnels. La majorité de l’eau est condensée sur les serpentins du déshumidificateur et évacuée sous forme liquide plutôt que d’être évacuée à l’extérieur du four.

Bien que les fours de déshumidification utilisent l’électricité, qui est plus chère que le gaz, ils restent plus économiques que les fours conventionnels car ils recyclent la chaleur et sont également plus respectueux de l’environnement.

Les fours sous vide
Le four sous vide, moins utilisé, est 3 à 4 fois plus cher que les fours conventionnels ou de déshumidification en raison de la capacité de séchage limitée de la chambre. Cependant, le principal avantage de ce système est une vitesse de séchage très élevée.
 Programmes de séchage
Les programmes de séchage sont utilisés pour déterminer la température et l’humidité relative nécessaires dans le four pour sécher des produits en bois spécifiques à un rythme satisfaisant sans provoquer de défauts de séchage indésirables. Un programme de séchage typique est une série de températures et d’humidités relatives, qui sont appliquées à différentes étapes du séchage.

Le four de déshumidification à air atteint une température de 95 à 100oF, et l’air chaud circule au-dessus du bois. L’air chaud et humide est ensuite refroidi en passant sur des serpentins de réfrigération froids. L’humidité évaporée se condense sous forme liquide et est évacuée sous forme d’eau froide

*En général, le programme doit être élaboré de manière à ce que les contraintes de séchage ne dépassent pas la résistance du bois à une température et une teneur en humidité données. Les programmes varient selon l’essence, l’épaisseur, la qualité et l’utilisation finale prévue du matériau.

Par exemple, un programme typique pour le bois dur commence à une température de 110 à 120oF et une humidité relative de 70 à 80 % lorsque le bois est vert. Les températures peuvent atteindre 170 à 180oF lorsque le bois a une teneur en humidité de 10 à 15 %.

Les calendriers de séchage des résineux diffèrent de ceux des feuillus parce que la température et l’humidité relative sont décidées à des moments prédéterminés plutôt qu’en fonction de la teneur en humidité.
Comment sécher du bois pour menuiseries ?

Étape 1

Le bois humide ayant un taux d’humidité élevé sur les parties extérieures et intérieures sera sans contrainte. Dès qu’il sera sec, la partie extérieure descendra en dessous du point de saturation des fibres (fsp), qui correspond à une teneur en humidité de 28 à 30 %, avant que les parties intérieures n’atteignent le fps.

 Étape 2

Au fur et à mesure que l’atmosphère du four est chauffée et séchée, le séchage est plus rapide à l’extérieur, et les fibres extérieures auront tendance à se rétracter. Le cœur intérieur du bois sera à une teneur en humidité de fsp et empêchera l’enveloppe extérieure de se rétracter autant que possible. Le résultat sera le développement de contraintes de traction à l’extérieur et de contraintes de compression à l’intérieur du bois. C’est ce qu’on appelle la deuxième étape du séchage, comme le montre la figure 3.

Si la contrainte de tension maximale est dépassée au niveau de la fibre extérieure, un contrôle de surface se produit et est considéré comme un défaut de séchage. On peut éviter ce phénomène en séchant la charge à une température raisonnablement fraîche plutôt qu’à des températures élevées au début du processus de séchage.

De même, l’augmentation temporaire de l’humidité relative dans le four permet d’éliminer le contrôle de surface. Si le contrôle de surface n’est pas traité correctement, le développement des contraintes dans le bois peut être important et conduire à l’effondrement, un défaut de séchage important à la fin de la deuxième étape du processus de séchage. La figure 4 illustre un contrôle de surface extrême, un contrôle d’huile et un effondrement.

Étape 3

Au fur et à mesure que le séchage progresse, le centre de la planche perd suffisamment d’humidité pour passer en dessous du fsp. Il aura alors tendance à se rétracter, mais les fibres extérieures ont maintenant une tension différente de celle du premier stade du processus de séchage et empêcheront une partie du rétrécissement intérieur.

Lorsque cela se produit, la partie intérieure subit une contrainte de tension et la partie extérieure subit une contrainte de compression ; c’est ce qu’on appelle la cémentation.

Le cémentation se produit lorsque les couches superficielles du bois sont étirées plus qu’elles ne devraient l’être.

Le matériau cémenté présente de fortes tendances à l’écrasement. Si la surface du bois est mouillée, les noyaux secs résisteront à toute expansion et des contraintes seront introduites, produisant des déformations de compression à la place des déformations de tension causées par le cémentation.

Si les contraintes de compression sur la face du bois sont égales aux contraintes de tension précédentes, le bois devrait être exempt de contraintes. La réduction de la cémentation peut être facilement réalisée et peut même être inversée en contrôlant l’atmosphère du four.

La performance globale du four peut être contrôlée en prélevant des échantillons du four. Les échantillons doivent être prélevés dans le four pendant l’empilage. Le nombre d’échantillons dépend de l’état et des caractéristiques de séchage du bois en cours de séchage, du type de four et de l’utilisation finale prévue du matériau.

Habituellement, les échantillons sont coupés dans des sections centrales du bois pour déterminer la teneur en humidité, le contrôle de surface et le développement des contraintes.