Théorie de l'évaporation de l'humidité libre à l'intérieur du bois et recherche sur le séchage du bois à l'aide de tubes chauffants électriques en fibre de carbone

Selon la façon dont l'eau se combine avec les matériaux, la science du séchage divise les matériaux en trois catégories. La première catégorie est celle des corps poreux capillaires, où les changements dimensionnels sont minimes ou inexistants lorsque l'humidité change, comme le coke, le charbon de bois, la terre et le gravier. La deuxième catégorie est celle des colloïdes, dont la taille et le volume changent avec l'humidité, comme la gélatine. La troisième catégorie est celle des colloïdes capillaires et poreux, qui sont plus courants et présentent des caractéristiques des deux catégories précédentes. De nombreux objets que nous rencontrons quotidiennement, tels que le bois, le cuir, les céréales, les aliments et les herbes médicinales, appartiennent à cette catégorie.

Lors du séchage du bois de Rignan, celui-ci a tendance à se plisser. À la fin des années 1950, les chercheurs pensaient que ce phénomène était dû à une contrainte de séchage, le retrait superficiel étant plus important que le retrait interne au cours des premières étapes du séchage, ce qui entraînait une contrainte à l'intérieur du bois et provoquait la formation de plis dans le produit final. Toutefois, des recherches plus approfondies ont révélé que les plis ne sont pas dus à une contrainte de séchage macroscopique, mais plutôt à une tension capillaire microscopique. Les plis apparaissent lorsque la tension capillaire dépasse la résistance à la compression transversale. Par exemple, la limite de résistance à la compression d'une certaine essence de bois à l'état vert (état humide) est de 3,59 MPa. Le plissement peut se produire si le rayon des pores est inférieur à 0,04 μm. Il est donc primordial de comprendre l'apparition soudaine de la tension capillaire à l'intérieur du bois due à l'expulsion d'une grande quantité d'eau capillaire pendant le séchage.

Le modèle d'évaporation de l'humidité libre à l'intérieur du bois est assez fastidieux, c'est pourquoi je ne m'y attarderai pas ici. Nous allons plutôt parler du mécanisme de formation des plis pendant le séchage du bois. Lors de l'expulsion de l'humidité libre à l'intérieur du bois, il est nécessaire d'utiliser des températures basses dans les premières phases du séchage. C'est pourquoi nous laissons généralement le bois sécher naturellement à l'air libre jusqu'à un certain point avant de le placer dans les séchoirs. Le bois humide ne doit pas être placé directement dans les séchoirs, car il risque de se fissurer et de se déformer, ce qui entraînerait des pertes. Les fissures et les déformations sont dues au fait que le drainage des grands capillaires se produit plus rapidement à des températures élevées, entraînant une tension capillaire soudaine à l'intérieur des fibres de bois dépassant la résistance à la compression transversale, ce qui provoque des déformations et des fissures visibles dans le bois.

D'après la théorie selon laquelle la tension capillaire est à l'origine du plissement du bois, le remplacement de l'eau à l'intérieur du bois par des liquides ayant une tension superficielle plus faible pourrait-il réduire le plissement du bois pendant le séchage ? Des chercheurs ont tenté de remplacer l'eau à l'intérieur du bois par du méthanol et de l'éthanol, qui ont des tensions de surface plus faibles, et ont observé une amélioration significative du phénomène de plissement pendant le séchage. Toutefois, cette approche n'est pas économiquement viable pour une production quotidienne. Néanmoins, les résultats de cette recherche confirment que le plissement du bois est effectivement causé par la tension capillaire à l'intérieur du bois, fournissant ainsi une base théorique pour les efforts de recherche ultérieurs.

La vérification expérimentale révèle le schéma suivant de migration de l'humidité à l'intérieur du bois :

1. L'eau libre à la surface du bois et l'eau à l'intérieur des cellules s'évaporent complètement.
2. L'eau libre dans les cellules internes migre vers la surface le long des capillaires.
3. L'eau adhérente à la surface, c'est-à-dire l'eau contenue dans les pores, s'évapore également, réduisant l'humidité de surface en dessous du point de saturation de la fibre.
4. L'humidité à l'intérieur du bois est plus élevée dans les couches internes qu'en surface, ce qui crée un gradient d'humidité de l'intérieur vers l'extérieur.
5. En raison du gradient de teneur en eau, l'humidité à l'intérieur du bois migre des zones à teneur en eau plus élevée vers les zones à teneur en eau plus faible.

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